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Ver la versión completa : Antenas directivas LRS


jortuno
02/09/2012, 21:12
Antenas directivas 430 a 445 para LRS

Hola. Quisiera compartir con la comunidad del foro lo que traigo entre manos con este nuevo proyecto

Por todos es sabido que en un sistema LRS, la antena juega un papel tan importante como cualquier otro elemento del equipo.

Cuando nos ronda la cabeza el alejarnos mas y mas manteniendo un enlace de calidad, hemos de pensar en antenas mas directivas, con mas ganancia, receptores mas sensibles y selectivos a su señal y menos sensibles a las espurias e interferencias.

De ahí que usando mi experiencia en el mundo de la radio afición, he decidido diseñar y fabricar dos tipos de antenas directivas con conceptos similares, lo mas ligeras y compactas posibles como para que sean portables y con la suficiente ganancia y ancho de banda, como para que sean útiles en un LRS y de esta manera hacer una comparación entre ellas.

Las antenas que se usen en LRS, han de tener un ancho de banda amplio, ya que los equipos emisores de ultima generación, no transmiten en una frecuencia fija, sino que pueden ir dando saltos dentro de un margen de frecuencias de ahí que las antenas usadas han de tener el suficiente ancho de banda como para que su rendimiento no baje en demasía.

En las pruebas que ha realizado, ambas antenas cubren con creces este requerimiento puesto que pueden funcionar perfectamente dentro del abanico de 425 Mhz a 447 Mhz. No obstante, si el equipo va a trabajar algunos MHz arriba o abajo, estas se podrán re-sintonizar muy fácilmente.

He decidido realizar pruebas de ancho de banda y ROE para 2 antenas directivas para la banda de 435 Mhz.

Ambas antenas muy conocidas en el mundo de la radio afición, por su elevado ancho de banda e importante ganancia son:

· La antena cubica o Quad que se caracteriza por su alta ganancia, buen ancho de banda, muy compacta y supera en características a una yagi de similares medidas y elementos.

· La LFA Loop yagi , que es una variante mejorada de la yagi clásica en la que obtenemos mas ancho de banda. El origen de esta antena es la yagi, a la que se le ha modificado el elemento radiante (dipolo) por un LOOP obteniendo mejoras con respecto al ancho de banda frente al dipolo estándar, además de no necesitar ningún balun o elemento adaptador de impedancias.

Ambas antenas están construidas con tubos y pletinas de aluminio fácilmente localizables en comercios de bricolaje (Leroy, AKI, Bauhauss, etc…)y sobre todo muy ligeras y baratas. Quiero recordar que la yagi no llega a los 10 € y la cubica a los 17 €

No dispongo nada mas que generador de radio, walquies, medidor de ROE y medidor de campo, con lo que las pruebas que he realizado no tienen el rigor que pudiesen tener si hubiese usado un analizador de redes o equipos mas sofisticados.
No obstante concluyo con una grafica de ROE en la que me indica de alguna manera el rendimiento y el ancho de banda útil.

La ganancia aproximada de la Loop yagi de 7 elementos ronda los 11 dBi (8,85 dB sobre el dipolo) y la Cubica aproximadamente 13 dBi (10,85 dB sobre el dipolo)


L1070025.jpg (http://www.aeromodelismovirtual.com/attachment.php?attachmentid=35040&stc=1&d=1346612322)



(http://www.aeromodelismovirtual.com/attachment.php?attachmentid=35040&stc=1&d=1346612322)

Usando el Medidor de ROE, he obtenido estas curvas:


roe.jpg (http://www.aeromodelismovirtual.com/attachment.php?attachmentid=35046&stc=1&d=1346612739)

(http://www.aeromodelismovirtual.com/attachment.php?attachmentid=35046&stc=1&d=1346612739)

Como se puede observar la loop yagi tiene algo mas de ancho de banda que la cubica. Si ponemos como tope una ROE de 1:1,5 para asegurar un rendimiento elevado y evitar calentamientos del transmisor por uso prolongado, podemos decir que la loop Yagi tendría un ancho de banda desde 424 Mhz hasta 445 Mhz y la antena cubica desde 428 Mhz hasta 445 Mhz. En ambos casos el comportamiento es excelente.

Antena Cubica o Quad:


L1070027.JPG (http://www.aeromodelismovirtual.com/attachment.php?attachmentid=35042&stc=1&d=1346612739)

(http://www.aeromodelismovirtual.com/attachment.php?attachmentid=35042&stc=1&d=1346612739)
L1070028.JPG (http://www.aeromodelismovirtual.com/attachment.php?attachmentid=35043&stc=1&d=1346612739)

(http://www.aeromodelismovirtual.com/attachment.php?attachmentid=35043&stc=1&d=1346612739)

Antena LFA Loop Yagi


L1070030.JPG (http://www.aeromodelismovirtual.com/attachment.php?attachmentid=35044&stc=1&d=1346612739)
(http://www.aeromodelismovirtual.com/attachment.php?attachmentid=35045&stc=1&d=1346612739)

(http://www.aeromodelismovirtual.com/attachment.php?attachmentid=35045&stc=1&d=1346612739)
L1070033.JPG (http://www.aeromodelismovirtual.com/attachment.php?attachmentid=35045&stc=1&d=1346612739)

En las pruebas preliminares que he realizado con dos walkies, a nivel del suelo y con señales analógicas de audio.

El walkie transmisor conectado a la antena directiva y el receptor conectado a un dipolo vertical, aplicando al primero 1 vatio de potencia, para asimilarse lo mas posible a las condiciones de emisión recepción de un sistema LRS. Con estas condiciones, he conseguido con ambas antenas este enlace de 14,7 Km en línea recta con una recepción mas que aceptable, apreciándose algo mas de calidad y menos fading en el caso de la antena Quad.

Esto puede ser un buen punto de partida ya que las comunicaciones a nivel de superficie de la tierra tienen bastantes mas atenuaciones que las aéreas debido a la atenuación producida por la curvatura de fresnell.

En el momento que nos elevemos sobre la superficie de la tierra, bien el transmisor o el receptor este fenómeno se minimiza, así pues un aeromodelo FPV al elevarse sobre la superficie de la tierra, la curva de fresnell se eleva también y las atenuaciones bajan. En conclusión podemos tener mas alcance cuando el aeromodelo este en el aire.

Como he dicho son las primeras pruebas preliminares y con señales analógicas no concluyentes pero indicativas del comportamiento de las mismas. Me queda hacer pruebas con un LRS real y observar la RSSI y los Failsafes.


distancia enlace.jpg (http://www.aeromodelismovirtual.com/attachment.php?attachmentid=35047&stc=1&d=1346613046)



En un próximo post, indicaré como las he construido, medidas y la forma de ajustar a la mínima ROE


Saludos


(http://www.aeromodelismovirtual.com/attachment.php?attachmentid=35043&stc=1&d=1346612739)

jjsueldo
03/09/2012, 02:27
Excelente Hilo :biggrin2:

A la espera de mas Datos ¡¡¡¡¡¡¡

jortuno
03/09/2012, 20:12
CONSTRUCCIÓN DE LA ANTENA LFA LOOP YAGI

De los dos tipos, esta fue la primera antena que construí. No había construido ninguna antena LFA LOOP YAGI y quería ver el resultado.
El calculo esta realizado para trabajar en el centro de la banda (430 - 440 Mhz), es decir en 435 Mhz.

He de aclarar que los cálculos están hechos como los hago tradicionalmente, a papel y calculadora; no he utilizado ningún programa de diseño y modelado (4NEC2, MMANA-GAL o similares) y los ajustes realizando prueba tras prueba hasta llegar al mas optimo.

Basándome en las antenas realizadas por GOKSC para 432 Mhz, la he redimensionado para hacerla resonar en 435 Mhz y adaptarme a una longitud total de 1 mtr de BOOM que es la longitud del tubo que vendían en el centro de bricolaje y medida muy adecuada para transportar


Estas son las medidas redimensionadas:

Reflector = 33,4 Cm
DE2= 29 Cm
DE1= 2 unidades de 14,3 Cm
Director 1= 31,5 Cm
Director 2= 30,2 Cm
Director 3= 29,3 Cm
Director 4= 28,9 Cm
Director 5= 28,5 Cm

Separación de los elementos medidos desde el Reflector:

DE2 = 8,5 Cm
DE1 = 14,7 Cm
Director 1= 21,3 Cm
Director 2= 36,7 Cm
Director 3= 52,3 Cm
Director 4= 69,7 Cm
Director 5= 92,8 Cm

El elemento radiante LFA LOOP tiene una longitud total de 1 λ aproximadamente
Este elemento lo vamos a hacer ajustable para poder centrar la antena en la frecuencia de resonancia que queramos (claro esta que dentro de unos márgenes) y por lo tanto tener mínimas ondas estacionarias (ROE)

Como podemos ver en el dibujo de GOKSC, esta compuesto por 3 varillas de tubo de aluminio de 6mm dos unidades de DE1 y una DE2 y dos piezas en forma de U de varilla maciza de 4 mm. Estas últimas son las que cierran la estructura que encajan perfectamente y se deslizan dentro de los tubos de 6mm.

Estas piezas móviles nos ayudarán a ajustar la ROE. Las dos terminaciones de las piezas finales hemos de hacerlas lo suficientemente largas 4 ó 5 Cm como para tener un buen margen de ajuste. La separación entre los elementos DE1 y DE2 es de 5,8 Cm, que es justo la longitud de las dos piezas.

Para conectar o alimentar la antena, se hace con cable coaxial de 50 Ω, yo he empleado RG58, con un nivel de compromiso entre atenuación, potencia soportada, tamaño y flexibilidad, aunque también recomiendo no usar mas de 3 ó 4 mtrs de este cable puesto las atenuaciones ya se hacen sentir.

Como elemento soporte de toda la antena (BOOM), he usado un tubo de aluminio cuadrado de 16 x 10 mm al que le he practicado un agujero pasante de 6,5 mm entre sus dos caras paralelas por el cual se introduce el elemento parasito. Un tornillo rosca-chapa ó pasante con tuerca por la cara perpendicular del tubo, sujeta al elemento para que éste no se mueva.

El elemento Loop va montado sobre dos trozos de fibra de vidrio u otro material (Baquelita, metacrilato, plástico, etc.) a modo de soporte aislante puesto que el Loop no puede estar en contacto con el boom que además nos sirve para hacer las conexiones del cable coaxial. En la conexión DE1 podemos poner un conector del tipo BNC o directamente el coaxial; yo lo he soldado directamente a unos terminales atornillados a las varillas de DE1 y evitar pequeñas perdidas del conector . Es indistinta la posición de conexión malla-vivo.



Como complemento final, es recomendable realizar un simetrizador-balun con el mismo cable coaxial que hace de filtro y además evita que el cable radie señal al aire. Lo podemos hacer arrollando 2 vueltas del coaxial a modo de espira lo mas cerrado posible sin llegar a estrangular o deformar el cable. Para mantener el cable enrollado, podemos sujetarlo con una bridas de nylon.

Ajuste:

Para realizar el ajuste es recomendable hacerlo en el exterior, lo mas alejado de elementos metálicos que puedan interferir en el mismo.

Un trípode fotográfico y un listón de madera seca, tubo de PVC o cualquier elemento aislante, separado del trípode al menos 1 longitud de onda.

Un medidor de ROE que cubra las frecuencias de UHF y el propio Transmisor del LRS.

Comenzamos a transmitir y alargaremos o acortaremos por partes iguales las piezas de terminación del LOOP hasta que la ROE sea la mínima.


Una vez ajustada, fijaremos estas piezas bien con un pequeño granetazo, punzonazo ó con un tornillo pasante.

La potencia aparente que nos puede dar esta antena depende de su ganancia +8,85 dB sobre el dipolo y eso equivale a multiplicar X 9,47 veces la potencia aplicada a la antena.

¿Que quiere decir esto?

Que la señal que recibe el receptor en la línea del eje de transmisión será 9,47 mayor que si utilizamos un dipolo estándar ya que la energía electromagnética radiada la concentra en ese eje.

Dicho de otra manera:

Si transmitimos con esta antena con un vatio de potencia de RF, tendríamos el mismo alcance que si transmitiéramos con un dipolo estándar con 9,47 vatios.

En recepción ocurre igual. El nivel de señal medidos en DBm´s que recibe un receptor con esta antena es el resultado de sumarle 8,85dB si lo comparamos con lo que recibe el mismo dipolo estándar.

En el proximo post pongo medidas y construccion de la antena Quad

Espero que os sirva de ayuda

Saludos

monchitosi
13/02/2013, 19:38
Como no me gusta crear hilos nuevos que dificultan la busqueda de informacion , aprovecho este . Estoy seguro Jortuno que no te importara , de paso dejo algunas consultas .

Tengo a medio construir esta antena http://www.lu1dma.com.ar/grupooeste/antena%206%20ele%20432.htm

En vez de varilla de 6mm he puesto de 4mm .

El tubo gamma tambien de 4mm . Tengo un capacimetro con el que puedo afinar la capacidad a esos 4 0 5pf que vienen a ser mas o menos los supuestamente necesarios .

Esta es una pregunta ..... Al conectar directamente el tx a la antena sin linea de transmision de por medio ¿¿¿ seguiria funcionando bien el sistema ??? o tal vez el diseño implica el uso de la linea de transmision coaxial desbalanceasda de 50ohmios.

Otra pregunta ...... cuando me venga esto http://www.ebay.co.uk/itm/Digital-VHF-UHF-Power-SWR-Meter-for-Two-Way-Radio-RED-DOT-1050A-100-500mhz-/251150915557?ssPageName=ADME:L:OU:ES:3160 ¿¿¿ creen que puede servir para medir potencia y roe con el tx orange 433mhz ( 100mw ) ???? o tal vez deba amplificar antes la potencia del tx .

jortuno
14/02/2013, 14:45
Como no me gusta crear hilos nuevos que dificultan la busqueda de informacion , aprovecho este . Estoy seguro Jortuno que no te importara , de paso dejo algunas consultas .

Tengo a medio construir esta antena http://www.lu1dma.com.ar/grupooeste/antena%206%20ele%20432.htm

En vez de varilla de 6mm he puesto de 4mm .

El tubo gamma tambien de 4mm . Tengo un capacimetro con el que puedo afinar la capacidad a esos 4 0 5pf que vienen a ser mas o menos los supuestamente necesarios .

Esta es una pregunta ..... Al conectar directamente el tx a la antena sin linea de transmision de por medio ¿¿¿ seguiria funcionando bien el sistema ??? o tal vez el diseño implica el uso de la linea de transmision coaxial desbalanceasda de 50ohmios.

Otra pregunta ...... cuando me venga esto http://www.ebay.co.uk/itm/Digital-VHF-UHF-Power-SWR-Meter-for-Two-Way-Radio-RED-DOT-1050A-100-500mhz-/251150915557?ssPageName=ADME:L:OU:ES:3160 ¿¿¿ creen que puede servir para medir potencia y roe con el tx orange 433mhz ( 100mw ) ???? o tal vez deba amplificar antes la potencia del tx .

Ante todo ,perdona por no haberte contestado antes, no habia visitado el hilo.
En principio veo que vas a usar un sistema de acoplamiento gamma match. Si bien es un buen sistema con un ajuste muy bueno pudiendo llegar a ajustar las ROE a 1:1 prácticamente. La única pega que le veo es que no tiene tanto ancho de banda como otros sistemas de acoplamiento. Lo de la varilla de 4 ó 6 mm. afecta solo un poco a la longitud de los elementos, pero nada que te pueda preocupar ya que haciendo ajustable los extremos del elemento principal llegarás al ajuste idóneo.
Con respecto a la colocación directa antena-transmisor sin linea de alimentación por medio, eso sería lo ideal puesto que las pérdidas son nulas. Normalmente los transmisores tienen la salida no balanceada de 50 ohms y el acoplamiento gamma match tambien es no balanceado, por lo que no hay desadaptación en lo referente a linea-antena desbalanceada-balanceada. Lo que si te puede afectar por la cercania, es la ubicación del transmisor, puesto que si lo colocas directamente al gamma match, en la misma antena, puede deformar el lóbulo de radiación de la propia antena. Yo te recomendaría que lo ubicases cerca pero fuera de la misma para evitar este inconveniente. Medio ó un metro de cable RG58 con especificaciones militares y unos buenos conectores, no te va a introducir muchas perdidas. Para el ajuste de la impedancia y en consecuencia ROE ya se encarga el Gamma. Precisamente con este sistema de acoplamiento, puedes adaptar perfectamente la impedancia de salida del transmisor a la impedancia de la antena que son en ambos 50 Ohms.
La realidad es que siempre hay que poner algo de linea de transmisión (cable coaxial) para poder acomodar mejor la antena al lugar de instalación. Si decides incluir un trozo de coaxial para separar el transmisor, recuerda enrollar al aire un par de vueltas de este cable con un diámetro interno de 8 o 10 mm. y sujetarlo con unas presillas de nylon al boom de la antena para que actue como inductancia o choque de radiofrecuencia y no radie energía el cable.

No es necesario hacer el ajuste con un capacimetro ya que el ajuste bueno se realiza con un medidor de ROE como el que tienes pedido. Lo que no se si ese medidor tiene suficiente sensibilidad como para calcular la ROE con tan solo 100 mW. Puedes usar la potencia maxima del transmisor si con la minima no llega a calcular el medidor de ROE.
Ajusta la antena al centro de la banda donde vas a trabajar, si vas a disponer de varios canales.

Espero haberte ayudado.
Saludos
José

monchitosi
14/02/2013, 17:27
Gracias por la informacion jortuno.

De momento espero para recibir el material .

Un saludo

jortuno
14/02/2013, 17:44
Observando la foto del gamma match de tu antena, no se si el soporte atornillado a la madera que sujeta el sistema de acoplamiento esta conectado a masa.
Si no es así deberia ir conectado al centro del dipolo y a la masa del transmisor.
Saludos

monchitosi
15/02/2013, 21:32
:laugh: , ya estaba friamente calculado .La presion que ejercen los tornillos asegura la conexion . El diseño como ves es sencillo y efectivo , otra cosa es que funcione bien tal cual .

juan2021
19/09/2016, 23:06
Buenas tardes amigo necesito ayuda para construir una antena frecuencia 118-136 que me recomiendan saludos y buenas tardes