ANTENAS EN HF (ALTA FRECUENCIA)

INTEGRANTES:

SERGIO AVENDAÑO CUEVARONALD BEJAR BORJA

FELIPE ACEVEDO BUSTAMANTE

Antenas y Propagación

INTRODUCCIÓN

Una antena es un dispositivo diseñado con el objetivo de emitir o recibir ondas electromagnéticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa.

Para nuestro caso vamos a hablar específicamente de las antenas en HF, la cual basada en su ancho de banda de trabajo podremos diferenciarla como alta frecuencia.

La transmisión en banda HF tiene un rango de frecuencia de operación de 3 a 30 MHz y permite comunicaciones de centenares y hasta miles de kilómetros.

 ¿POR QUÉ DISEÑAR ANTENAS EN HF?

Porque ofrece la mejor solución de imagen con la más alta resolución, además se utilizan principalmente para mediciones de alta precisión, imágenes de hormigón y otros. Las podemos ver en aplicaciones como estructura, medicina forense, estudios de carreteras, espesor de la capa o de otra índole, en general aplicaciones que requieren mediciones de alta resolución e imágenes.

 VENTAJAS:

La distancia no es limitante, pueden obtenerse enlaces a distancias muy largas (miles de Km). Se pueden alcanzar lugares con ubicaciones complicadas sin necesidad de repetidores (ya que no es necesaria la visibilidad directa de las antenas). Es una solución viable para cualquier situación, ya que no requiere de estudios concretos de propagación.

 DESVENTAJAS:

Limitaciones técnicas por la baja velocidad obtenida. Enlaces de peor calidad con mucha variabilidad en cortos intervalos de tiempo.  Además, sólo puede usarse a ciertas horas, dependiendo del canal, y con protocolos y modulaciones especiales. Entorno muy sensible a errores por los desvanecimientos ocasionados por las incertidumbres de la propagación ionosférica. Consumo de energía ligeramente mayor que VHF y mucho mayor que WiFi (normalmente se utilizan transceptores de 100 W)

ESPECTRO RADIOELECTRICO

RADIODIFUSION (BROADCASTING)

Desde principios de la radio (ya en los años 20), las ondas en estas frecuencias se utilizan para la radiodifusión en AM debido a la facilidad con que atraviesan obstáculos y a la relativa sencillez de los equipos de aquella época.

En efecto, la estabilidad de los osciladores comienza a plantear serios problemas a partir de los 10 MHz.

Por otro lado, en aquellos años las radios a válvulas termoiónicas tenían grandes capacidades parásitas, lo que les impedía utilizar frecuencias más altas.

Las ondas medias fueron progresivamente cayendo en desuso con la llegada de la FM, que por necesitar mucho ancho de banda, fue alojado en la región VHF.

Actualmente, las frecuencias en ondas medias están siendo progresivamente reutilizadas para poder transportar audio digital (DRM).

COMUNICACIONES AERONÁUTICAS INTERNACIONALES:

El Servicio Móvil Aeronáutico opera dentro del espectro de la onda corta (HF) entre las siguientes frecuencias asignadas por la Unión Internacional de Telecomunicaciones:

2.850 a 3.025 KHz 3.400 a 3.500 KHz 4.650 a 4.700 KHz 5.450 a 5.680 KHz 6.525 a 6.685 KHz 8.815 a 8.965 KHz

RADIOAFICIONADOS (HAMS):

Es una banda dentro del espectro de radiodifusion que esta separada unicamente para este proposito

TABLA DE ASIGNACION DE FRECUENCIAS (HF)-EJEMPLO

PROTECCIONES EN UNA INSTALACION Aislamiento Materiales Apaltallamiento Toma de tierra Proteccion contra rayos

ANTENA DIPOLO MÚLTIPLE O BIGOTE DE GATOTipo: Dipolo múltiple

Diseño: REMER

Impedancia: variable

Modelado: MMANA-GAL Banda: Multibanda

Notas: Diseño para las bandas de 10-20-40-80 metros.

Diagrama de radiación en la banda de 80 m.

La antena bigote de gato es un array de varios dipolos de media longitud de onda cortados para trabajar a varias frecuencias. En este diseño se contemplan las bandas de 10, 20, 40 y 80 metros. Cada rama de cada dipolo comparte conexión con las ramas del mismo lado del resto de dipolos.

DIPOLO MULTIHILO DE BANDA ANCHA CODAN C463Tipo: Dipolo multihilo en V invertida

Diseño: Codan Limited (Australia)

Impedancia: 50 ohm

Modelado: MMANA-GAL

Banda: 2 - 30 MHz

Notas: Antena en el suelo con mástil de 5 m. Cargas no simuladas.

Diagramas de radiación en 11, 13.25, 15.5, 17.75 y 20 MHz. 

La C463 es un dipolo multihilo (3 hilos) de banda ancha, apto para ALE, con balun y cargas de valor no especificado en la web del fabricante. Puede instalarse horizontalmente (mejor para DX) o en V invertida (mejor para NVIS).

DIPOLO DE BANDA ANCHA HF/VHF COMROD AH-52

Tipo: Dipolo en V invertida

Diseño: Comrod Communications GroupImpedancia: 50 ohm

Modelado: MMANA-GAL Banda: 2 - 88 MHz

Notas: Cargas no simuladas.

Diagramas de radiación en 11, 13.25, 15.5, 17.75 y 20 MHz.

La COMROD AH-52 es un dipolo en V invertida de banda ancha, apto para ALE, con dos brazos de 25 metros y cargas en los extremos.

DIPOLO DE BANDA ANCHA DE 2 HILOSTipo: Dipolo de banda ancha

Diseño: Australiano

Impedancia: 300 ohms

Simulación: 4NEC2

Banda: 3-30 MHz

Notas: Cargas resistivas e inductivas.

Diagrama de radiación en la banda de 17 m (18 MHz).

Todos los hilos son de cobre, con una sección de 1 mm. Los ocho separadores utilizados en la antena son metálicos, con un diámetro de 12.5 mm. La potencia máxima aplicada a la antena no ha de exceder los 350 W.

DIPOLO HORIZONTALTipo: Dipolo horizontal

Diseño: REMER

Impedancia: 50 ohm

Modelado: MMANA-GAL Banda: Monobanda

Notas: Longitud del brazo en metros = 142,5 / (F MHz)

Diagrama de radiación de un dipolo para 20 m instalado a 2 m sobre el suelo

BandaLongitud brazo

(m)

20 m 5,089

40 m 10,178

80 m 20,357

El dipolo horizontal tiene dos brazos con una longitud total en metros calculada con la fórmula L = ( 142,5 / Frecuencia MHz ) y se construye con hilo de 2 mm de diámetro. Se muestran las longitudes para las bandas de 20 m, 40 m y 80 m.

ANTENA MARCONITipo: Hilo vertical

Diseño: REMER

Impedancia: 50 ohm

Modelado: MMANA-GAL

Banda: Multibanda

Notas: Longitud total en metros = 71,25 / (F MHz)

Diagrama de radiación de una antena Marconi de 7 MHz en su en su tercera banda armónica

La antena Marconi es un hilo vertical de 1/4 de longitud de onda, alimentado por su base. Precisa de un plano de tierra lo más conductivo posible. La antena es resonante en los armónicos impares de la frecuencia de diseño y opera como antena de media longitud de onda o sus múltiplos en armónicos pares. La longitud total del hilo en metros se calcula con la fórmula L = ( 71,25 / Frecuencia MHz ).

ANÁLISIS DE MONOPOLOS DE HFMonopolo sobre tierra perfecta.Se analiza un monopolo ideal de 1/4 de longitud de onda para trabajar en la banda de 20 metros, ajustado a una frecuencia central de 14,1 MHz. Estructura de la antena.En 4NEC2, disponemos el monopolo en el eje "Z", de forma completamente perpendicular al plano "XY" 

Monopolo de 1/4 de onda sobre tierra perfecta, simulado en 4NEC2. 

Diagrama de radiación en el plano vertical del monopolo de 1/4 de onda sobre tierra perfecta.

Si analizamos el plano vertical del diagrama de radiación observamos que el lóbulo principal se encuentra en la dirección de la contraantena, con una ganancia máxima de -1,3 dBi a una elevación de 30 grados. La relación frente/espalda es de 4,6 dB, por lo que es recomendable orientar la contraantena en la dirección en la que se encuentre la estación remota. La eficiencia de radiación es del 16 %.

ANTENAS RÓMBICASTipo: Ondas progresivas

Diseño:

Impedancia: 300 ohmios

Modelado: 4Nec2 Banda: Multibanda

Notas: Antena de banda ancha. Diseño para la banda de 20 m.

Las antenas rómbicas sin terminación están formadas por dos brazos dispuestos en forma de V que terminan en circuito abierto. Cada brazo está formado por dos tramos de longitud "L" y el conjunto forma un rombo, es decir, los ángulos opuestos son del mismo valor.

Antena rómbica. The ARRL Antenna Book, Cap.13, 20ªEd.

El valor de "L" ha de ser un múltiplo de la mitad del valor de la longitud de onda de diseño. La antena se alimenta por el extremo opuesto al vértice que queda en circuito abierto.

se muestra el diseño clásico de una antena rómbica horizontal de tres hilos terminada en una carga resistiva, normalmente de valor comprendido entre 600 y 800 ohmios. En este diseño, analizado por Laport en 1952, cada brazo de la antena está formado por 3 hilos, con el objetivo de conseguir un ancho de banda más grande.

Antena rómbica horizontal de 3 hilos. Radio Antenna Engineering, p.316 (Laport, 1952).

Diagramas de radiación de la antena en varias bandas.

SLOPING VEE 470Tipo: Dipolo en V invertida

Diseño: N/D

Impedancia: 235 ohmios

Modelado: MMANA-GAL Banda: Banda ancha

Notas: diseño con cargas resistivas de 470 ohm. Requiere balun 4:1.

En este diseño de Sloping Vee, cada brazo del dipolo tiene una longitud de 12 metros y dispone de una carga resistiva de 470 ohmios puesta a tierra. La altura del mástil ha de ser de 6 metros como mínimo. La bajada de antena tendrá que ser en escalerilla con la impedancia adecuada y opcionalmente con un balun 4:1. Se recomienda el uso de acoplador, especialmente para trabajar en ALE.

Diagramas de radiación en 11, 13.25, 15.5, 17.75 y 20 MHz.

ANTENA WINDOMTipo: Hilo, horizontal

Diseño: REMER

Impedancia: 50 ohmios

Modelado: MMANA-GAL Banda: Multibanda

Notas: longitud total en metros: 142,5 / F (MHz). Resonante en armónicos pares.

Diagrama de radiación en 14 MHz.

La antena Windom es una antena horizontal que tiene dos brazos con una longitud total en metros calculada con la fórmula L = ( 142,5 / Frecuencia MHz ). La antena se alimenta a una distancia del 14 % de su longitud total, tomada desde el centro. Se recomienda el uso de un choque de RF para evitar la corriente de vuelta hacia el transceptor.