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Experimentando con una antena ISOTRON para la banda de 40 metros en espacio sumamente restringido

Primero que nada quiero comentar que esta es una antena acerca de la cual hay poca información técnica disponible (yo nunca la había escuchado en mas de 30 años de radioaficionado y se me hizo muy extraña, sobre todo para operar en HF por su forma y tamaño), es principalmente utilizada en Europa por operadores con muchas restricciones de espacio, mecánicas y/o visibilidad (igual que yo), y por varias entidades en otras partes del mundo (Embajadas, oficinas de gobierno, ONG’s etc. ).

Algunos radioaficionados que las conocen me comentaron que es una línea de antenas con mas de 40 anos en el mercado, lo cual nos indica que si funcionan. La pregunta es, que tanto?

De hecho investigando un poco de su historia encontré que fue desarrollada como antena experimental con variaciones de diseño mecánico basadas en un sistema teórico ideal resonante, aplicando las leyes de la física a un modelo que optimiza la emisión de energía RF (disipación de energía radiada, no calor, no magnetismo, etc. ). Y el objetivo principal es transmitir la mayor cantidad posible de energía en forma de RF efectiva con un diseño minimalista y super compacto al que sinceramente no estamos habituados en las bandas decamétricas de HF.

Correctamente calibrada y tomando en cuenta los factores descritos, esta antena es eficiente a pesar de su minúsculo tamaño, pero como cada entorno de operación es diferente (y siempre hay algo que perder), el proceso de calibración suele resultar muy tedioso, pues se ve afectado por el tipo de cable de alimentación usado y hasta por los objetos cercanos a la antena, su densidad, etc. Pero una vez calibrada es una antena efectiva y singularmente rara y peculiar por decir lo menos.

Comercialmente la empresa BILAL de Colorado, USA las fabrica desde hace mucho tiempo para diferentes bandas de HF (principalmente 80, 40 y 20 metros), siendo esta ultima un modelo popular ya que es fácil de instalar y calibrar a diferencia de las otras bandas, y existen otros fabricantes Europeos de tipo artesanal bajo pedido con sus propias variantes.

Sus reportes son Buenos en general, aunque hay casos donde algunos radioaficionados se quejan porque no pudieron hacerlas funcionar correctamente (ROE alta), pero después de analizar un poco sus comentarios en los diferentes foros, se concluye que la mayoría de esos colegas son operadores que no están acostumbrados a comprender el funcionamiento teórico de sus equipos y básicamente sus errores se reducen a una incorrecta instalación de los sistemas de aterrizaje eléctrico (que para este tipo de antena es un factor primordial).

Estas antenas son solo MONOBANDA y NO pueden resonar fuera de las frecuencias para las que fueron diseñadas, pero encontré curiosamente que se pueden instalar 2 o mas antenas de diferentes bandas ”en paralelo” utilizando una sola línea coaxial (usando conectores tipo “T”) y la eficiencia del conjunto no se ve afectada, lo que es muy curioso y digno de investigar si te gusta la teoría de RF.


Otro punto curioso es que las antenas son omnidireccionales y aparentemente pueden ser instaladas de manera vertical como horizontal sin mucha diferencia (no pude encontrar información acerca de sus patrones o lóbulos de radiación), y como se menciono mas arriba pueden ser colocadas en STACK compartiendo incluso el mismo tubo de instalación, lo cual es una gran ventaja a la hora de instalarlas en espacios reducidos y difíciles.

Tambien pueden ser instaladas en paredes de edificios o incluso en interiores dejando una distancia razonable de materiales metálicos o muy densos, lo cual es comprensible ya que la operación se basa en un circuito LC resonante a cierta frecuencia de diseño.

No requieren plano de tierra (radiales), pero si de un buen aterrizaje eléctrico, tampoco ningún tipo de balun o adaptador de impedancias, y según las reseñas tienen buen ancho de banda (especialmente entre 40 y 20 metros) y una vez calibradas a la frecuencia central deseada se pueden operar sin necesidad de usar tuners (hay que verificar….), sumando todas estas características se concluye que estas antenas son especificas para ciertos tipos de operación urbana de alto nivel de ruido o instalaciones temporales por su tamaño, o incluso en vehículos semifijos y quizás embarcaciones de cierto tamaño donde los sistemas de plano de tierra son inexistentes o deficientes.

Muchas de las opiniones parecen indicar que estas antenas funcionan mejor que la mayoría de las verticales si están bien instaladas y ajustadas, con un nivel de ruido de piso bajo que permite buenos contactos sobre todo en zonas urbanas o industriales, sin embargo como siempre estas son apreciaciones subjetivas y no dejan de ser antenas de compromiso, por lo que si se dispone del espacio y los recursos para antenas propias del DX, no hay que pensarlo mucho en cual es mejor opción.

Como esta es una antenna sumamente peculiar, quise fabricar una para verificar la PRUEBA DEL CONCEPTO y despejar mi duda sobre las capacidades de operación.

Entrando en materia….

La foto del inicio es de una antena original de la marca BILAL:

Obviamente no se dispone de los detalles de construcción ni de sus medidas e incluso algunas imágenes del manual se ven a escalas diferentes (lo cual impide estimar las dimensiones por comparación entre elementos), lo cual salta a la vista si se observa el manual de instalación comparado con una foto real del producto del mismo modelo.

Pero cruzando datos entre las fuentes de información disponibles se puede deducir lo suficiente para intentar la construcción en casa de un modelo para 7 MHz (40 Metros) especialmente las dimensiones del sistema .

De la imagen anterior se deducen 2 datos CRITICOS que son el diagrama eléctrico básico y los valores de inductancia de la bobina central.

Todos los demás valores son relativos y principalmente tienen que ver con las características estructurales de diseño, sin embargo hay un detalle importante que si merece tomarse en cuenta….

*Encontré que existen al menos 2 variantes de construcción, cuya principal diferencia esta en el modo de “alimentar” la antena, uno es conexión directa a la bobina de carga (diseño original), y otro que utiliza una segunda (primera?) bobina de acoplamiento inductivo para transferirle energía al conjunto LC (transformador de acoplamiento) y que ayuda a calibrar la antena para obtener minima ROE, pero el resto de la construcción es idéntico en los modelos que pude encontrar siendo las principales diferencias en los materiales usados y detalles mecánicos que no afectan la operacion.

En mi caso me decidí por el diseño de alimentación directa que aunque al parecer es mas difícil de ajustar, esta soportado por la cantidad de tiempo que la empresa ha permanecido en el mercado de antenas. (Además de que la lógica indica que parte de la energía siempre se pierde en un acoplamiento inductivo).

Manos a la obra….

Que necesitamos?

Materiales y dimensiones:

2 laminas conductoras de 67.5 cm x 10 cm (Cobre, aluminio, acero, etc. incluso hay quien ha usado placas de mica con papel aluminio pegado. En mi caso fui a un deposito de chatarra local buscando pedacería de ductos de aire acondicionado porque no encontré lamina metálica adecuada en 2 ferreterías muy conocidas, pero en su lugar encontré laminas de aluminio industrial de cocina, ligeras, resistentes y ya cortadas a mis medidas por $20 pesos cada una…. excelente!).

2 rectángulos 20×9 cm de material aislante rígido (mica, plástico, acrílico, etc. que no se vea afectado por la humedad, y como tampoco encontré acrílico use tapas planas de toner y fundas de DVD plásticas que si funcionan como espero puedo reemplazar mas adelante por mica o plástico rígido). 

2 varillas roscadas de 27 cm aprox. c/u con 8 tuercas y 4 arandelas por varilla.


10 m de alambre calibre 14 (para la bobina principal y acoplamiento en su caso*).

1 tramo de coaxial RG58-U (para conectar bobina al SO239 con suficiente holgura).

1 conector SO239 o BNC hembra para conectar la línea de RF.

8 tornillos cortos con tuercas y arandelas (para fijar las placas aislantes).


1 cilindro de PVC o plástico rígido de 100 mm de diámetro (alrededor de 15 a 20 cm de altura). Yo use 2 tapas de tubería PVC de 3” pegadas al centro, lo que me dio el perímetro, altura y resistencia mecánica correctas para montar la bobina y el soporte estructural de la antena. (La bobina debe quedar de aprox. 15 cm altura según el alambre usado y hay gente que ha usado botes de plástico duro, aquí la medida critica es el diámetro, y que tenga suficiente resistencia estructural pues junto con las varillas roscadas forman el soporte mecánico central de la antena).


Conectores de ojillo adecuados a las varillas roscadas usadas (para unir la bobina eléctricamente a la(s) varillas y/o al coaxial de alimentación).

Cinta adhesiva para sujetar la bobina en su lugar (las espirales serán fijadas con pegamento cuando se completa el ajuste de calibración inicial).
Pegamento de cianoacrilato para fijar permanentemente la(s) bobina(s) una vez calibrada (y unir el cilindro en mi caso).

2 tramos de tubería de PVC de pared gruesa o tubo de fibra de vidrio de mínimo 40 cm cada uno para fijar la antena paralela al mástil metálico de soporte con anclajes tipo “U” y la tornillería adecuada. NOTA, el mástil metálico deberá estar correctamente aterrizado, sin embargo no hay ninguna conexión eléctrica entre el mástil y la antena.

… y herramientas manuales variadas.

PROCESO:

Prepare las dos laminas metálicas con las dimensiones correctas, haciendo las perforaciones para la tornillería, los dobleces de las 2 laminas son idénticos y solo la lamina inferior lleva un agujero extra para el conector del coaxial.

Como no tengo prensa ni tornillo de trabajo, primero arme las placas aislantes con sus tornillos y use ligeros golpes de martillo para marcar los agujeros de las laminas en sus lugares exactos antes de doblar las laminas (ayuda marcar cada lado de los aislantes para que los agujeros coincidan sin problema.

Para hacer los dobleces rectos me apoye con las bisagras de una puerta metalica a fin de que los dobleces quedaran lo mas parejos posible (no muy exactos, pero si lo suficiente…).

Forme la estructura hexagonal uniendo las placas metalicas con las placas de material aislante y tornillos cortos que no sobresalgan de las uniones.

Coloque ambas varillas roscadas en cada extremo del cilindro asegurándome de no introducirlas mas de lo necesario ya que afectaría la operación de la bobina. Atornille y selle las varillas para que quedaran fijas en los extremos, colocando una terminal de ojillo en la parte superior (que lleva la parte “FIJA” de la bobina).

Hice un pequeño agujero lateral para enrutar el extremo superior del alambre de la bobina y el extremo inferior de la bobina queda libre para poder realizar el ajuste y después se sella la bobina para que no se mueva, conectando la punta inferior con un tornillo al centro del cable coaxial (la varilla de abajo no tiene conexión eléctrica mas que a la lamina metálica inferior).

En la parte inferior del cilindro hice un par de agujeros de drenaje para evitar que si por alguna circunstancia entra agua de lluvia o se condensa humedad, no haya acumulación de líquidos que afectan la inductancia y operación de la bobina.

Como en mi caso uso el diseño de alimentación directa, solo el centro del coaxial se conecta a la parte inferior de la bobina y la malla de cable coaxial únicamente va conectada al exterior del conector SO239 en la placa inferior y sirve para “aislar” el núcleo del coaxial de la RF existente entre las placas capacitivas.

Coloqué el conector SO239 en su lugar y soldé el pedazo de coaxial RG58-U (se puede fijar el coaxial con abrazaderas plásticas a una de las paredes aislantes para mayor estabilidad mecánica).

Para la calibración sera muy útil contar con un analizador de antenas ya que se tiene la información de la frecuencia resonante con cada ajuste y la ROE sin tener que transmitir, pero en su defecto un medidor sencillo de SWR externo puede cumplir con esa función, siempre usando la minima potencia del radio.

Si las medidas son erráticas desde el inicio, hay que asegurarse que la antena esta correctamente aterrizada y montada sobre el poste que le servirá de soporte, ya que esto influye en la calibración y así evitamos hacer cortes no necesarios.

La bobina se enrollara inicialmente con 20 o mas espirales y se irá recortando poco a poco durante la calibración, y debería quedar al final con alrededor de 16 o 17 espirales; lo cual puede variar de antena a antena y depende también de la frecuencia central preferida y el tipo de alambre utilizado, por eso siempre es mejor poner vueltas de mas y recortar en pequeños tramos, que tener que añadir espirales en caso de que la frecuencia resonante inicial sea muy alta. Esta es la parte mas tediosa de la construcción y requiere paciencia y tiempo ya que posiblemente sera necesario realizar varios cortes y medidas en cada ocasión.

Al finalizar la construcción de la antena, los ángulos de las laminas inferior y superior deberá ser de aprox. 105 ° y el tamaño de la estructura deberá ser de aprox. 51 cm de ancho y 56 cm de alto con la bobina al centro del conjunto (los extremos de las varillas roscadas ayudan a este ajuste).

Para terminar sera necesario volver a checar la antena ya instalada en su lugar final de trabajo ANTES de comenzar a usarla, para verificar si no esta siendo afectada por obstáculos u objetos metálicos cercanos.

Espero que a alguno de ustedes les sea de utilidad esta información y les permita aprender mas acerca de los diferentes sistemas radiantes que existen a nuestra disposición, no solo existen las antenas de alambre clásicas que todos hemos hecho en alguna ocasión. *(O si así lo prefieren, simplemente pueden abrir su pagina de Internet preferida y ordenar la antena que mas sea de su agrado 😉

73 de Miguel Dario XE1UD

Mario

Amante de la radio.

2 comentarios

  1. excelente trabajo para poder experimentar; Pense que hacer experimentos era solo cuando estaba pequeño. Pero mientras mas pasa el tiempo me doy cuenta que es al reves, deberíamos de sorprendernos cuando no lo hagamos.

    • La radio experimentación es y ha sido un motor de desarrollo tecnológico y ha tenido grandes logros. Es el espíritu de la radio afición ! Saludos Cesar!

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