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Antena Carolina Windom OCF Multibanda para HF

(Análisis, diseño y construcción de mi propia versión)

Por Miguel XE1UD

Hoy les voy a presentar mi nuevo proyecto de antena para HF basada en un dipolo OCF (Off-Center feed) o alimentada fuera de centro.

Las antenas dipolo de la familia OCF son un grupo de antenas interesantes debido a que tienen características que las hacen funcionar de forma distinta a los dipolos clásicos alimentados por el centro, aprovechan resonancias por armónicas y el acoplamiento de impedancias permite que funcionen como antenas MULTIBANDA de manera muy eficiente, siempre y cuando sean calculadas correctamente.

A pesar de que la teoría de operación es la misma que en cualquier dipolo clásico de media onda, al ser alimentadas en un punto que NO corresponde al centro de la media onda, hace que sus características eléctricas con respecto a la RF sean muy diferentes.

Al no ser una antena balanceada mono banda, las corrientes y voltajes que circulan por ella hacen que los brazos se alternen para resonar en las diferentes armónicas de una frecuencia BASE (normalmente la frecuencia de operación más baja que queremos usar).

Para lograr el efecto de resonancia alternada en las armónicas de una frecuencia base; el punto de alimentación se desplaza hacia un lado de la antena dipolo clásica, de tal forma que las diferentes bandas de HF de radioaficionado que queremos operar coincidan al resonar debido a la relación de impedancias originadas al sumarse y restarse las corrientes y voltajes originados por nuestro radio en cada uno de los brazos asimétricos, y esto se logra al aplicar un desplazamiento de alimentación adecuado fuera del centro de la antena (existen varios puntos posibles de resonancia a lo largo de los alambres de un dipolo, el objetivo es seleccionar el adecuado).

Aunque ya existen varios modelos pre-calculados de offsets en internet, quise realizar un análisis de operación para determinar cuál de las opciones de offsets disponibles me proporcionaría la mayor cantidad de bandas funcionales con suficiente ancho de banda y bajos niveles de SWR que pudieran ser manejados por el antena tuner integrado de mi radio, y que los puntos de resonancia dieran una relación de impedancias adecuadas para operar con línea coaxial estándar de 50 ohm.

Primero hice una gráfica de resonancia armónica tomando como base la banda de 40 (se pudo haber calculado con las bandas de 160 mts o 80 mts). Pero por restricciones de espacio físico y al no ser estas bandas de mi interés personal hice mi dipolo a 7.150 MHz usando los métodos de cálculo normal.

Encontré varios puntos resonantes a lo largo del dipolo que coinciden aproximadamente con los diseños de algunas antenas comerciales OCF (factores que van desde 22% hasta 40%) y que según los fabricantes permiten la operación en la mayoría de las bandas.

Sin embargo en la realidad esto NO ES 100% cierto, ya que aunque varios diseños permiten operar en algunas de las bandas superiores a la banda base, no todas presentan valores similares en niveles de SWR o el ancho de banda adecuado o requieren de un tuner externo para poder acoplar nuestro radio.

También es importante mencionar que esta familia de antenas requiere de adaptación de impedancias (generalmente del orden de 200 a 300 ohm), por lo que para trabajar con mi radio que opera a 50 ohm se requiere un balún de 4:1 en el punto de alimentación, y los nuevos diseños de antenas OCF *conocidos también como Carolina Windom optimizadas o nuevas Carolina Windom utilizan las corrientes de retorno generadas por el desbalanceo de los brazos sobre el exterior de la línea coaxial como un “tercer” elemento radiante que proporciona polaridad vertical al conjunto modificando los lóbulos de radiación del dipolo y para lograr este efecto se usa también un aislador de corrientes o choke de 1:1 por debajo del balún adaptador de impedancia 4:1 (y para proteger al radio también).

Como yo deseo operar en 40/20/15 y 10 mts de ser posible, solamente con el tuner integrado de mi radio y mi antena debe ser construida en configuración “V” invertida por cuestiones de espacio, escogí el offset de 38% que me proporcionaría al menos en teoría, un balance entre valores de corrientes máximas radiadas y mínimos valores de SWR, por lo que me dispuse a calcular el punto óptimo utilizando el software MMANAGAL y haciendo varias corridas ajustando los valores de los brazos de mi dipolo teórico alrededor de ese porcentaje.

Como pueden observar en la gráfica anterior, MMANAGAL me indico que en las frecuencias correspondientes mi mejor opción es usar un offset de 0.385 o 38.5% hasta 39% de desplazamiento OCF para obtener valores razonables de SWR en todas esas bandas.

Al modificar mi modelo MMANAGAL como “V” invertida con 3 mts de diferencia de alturas (120 grados de apertura aproximada) y offset de 38% observe que las SWR mínimas quedaban por debajo de las frecuencias centrales que me interesan (incluso fuera de la banda), por lo que realice varios ajustes en la longitud original del dipolo, manteniendo la relación del offset y después de varias pruebas termine con una longitud total de 19.75 mts (brazos de 12.15 y 7.6 mts) y una relación del 38.48% con lecturas de mínimas SWR casi en los centros de las bandas deseadas y además descubrí que incluso puedo utilizar también la banda de 6 mts.

A continuación les presento los resultados de mi diseño, patrones y lóbulos de radiación, así como las ganancias relativas estimadas para cada banda.

Para la banda de 40 mts:

Para la banda de 20 mts:

Para la banda de 15 mts (SWR manejables, pero habrá que probar con mi radio):

Para la banda de 10 mts:

Y sorpresivamente para la banda de 6 mts:

Para la adaptación de impedancias en la construcción de la antena, utilice un balún de núcleo de aire 4:1 hecho con el siguiente diagrama:

Para aislar la corriente de retorno del cable coaxial, inicialmente pensé en utilizar un choke de núcleo de aire 1:1 que ya tengo hecho de proyectos anteriores, sin embargo decidí construir un nuevo balún 1:1 con cable coaxial y ferrita como se muestra a continuación.

Ya que para este proyecto en particular la función NO es balancear impedancias sino suprimir las corrientes de retorno RF que circulan sobre el exterior de la línea coaxial, por lo que este diseño es más adecuado para ese fin.

*NOTA: existen varios usuarios de este tipo de antenas que no utilizan este componente y deciden “jugar” con la longitud del cable coaxial que alimenta la antena, ya que como mencione inicialmente, en este diseño, el coaxial debajo del adaptador de impedancias del punto de alimentación trabaja como tercer elemento radiante.

Yo sin embargo considero que esta forma de operar es demasiado riesgo para el radio, además de la controversia de cuanto cable hay que dejar, y además podría ocasionar posibles efectos de interferencia RFI en equipos electrónicos cercanos, así que por seguridad y para evitar problemas con los vecinos yo si lo incluí tal y como lo marca el esquema original.

73 de Miguel Darío XE1UD

Mario

Amante de la radio.

Un comentario

  1. Acabo de realizar una sencilla hoja de Excel para realizar una Carolina Windom OCF optimizada con su tercer radiante vertical de forma que ustedes puedan calcular de forma muy sencilla su antena ingresando unicamente la frecuencia de la banda BASE (la banda mas BAJA) que deseen operar y la hoja de calculo hace el trabajo de calcular las medidas de los brazos incluyendo la distancia del coaxial radiante entre el acoplador de impedancias 4:1 y el choke de corriente. Este archivo se integrara a la coleccion en la seccion correspondiente de esta pagina. Saludos de Miguel Dario XE1UD

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