La antena "Pamperita". LU 6ETJ

La antena "Pamperita"
(Iniciado: 2006-11 Ultima actualización menor 2008-02-17)

Presentamos una configuración con algunas particularidades que la hacen novedosa y atractiva para ciertas situaciones. No la hemos visto en la literatura amateur ni en la profesional que disponemos, por ello creímos que hacía falta nombrarla (de estar equivocados, con gusto conservaremos su designación original y daremos crédito debido a su autor).

Resultaba un tanto vanidoso asociarla a nuestros nombres o distintivas y por otra parte también queríamos llamarla con algún nombre criollo que se identificara con nuestras historias y recuerdos; elegimos el fiel corcel de las historietas del indio Patoruzito y resolvimos bautizarla "Pamperita". Un nombre más técnico podría ser "Doblete multirresonante con su propia línea de trasmisión" o algo parecido. Pamperita es más fácil...

El proceso lógico que nos llevó a este diseño parte de una antena monobanda descrita por primera vez en QST de Agosto de 1991 por James Taylor, con el nombre de "Resonant feed line dipole", la encontré por primera vez en el Radio Amateur Handbook de la ARRL de 1996, pág. 20-17 y más tarde en el sitio web de Montgomery Northrup (N5 ESE): http://www.n5ese.com/rfd.htm mientras buscaba ideas prácticas de antenas para izar con barriletes (cometas-papalotes). (Hugo Martínez -LU 9DR- la halló en QST).

La primera modificación al diseño original consistió en sustituir el choke original de la monobanda por lo que creemos es una forma novedosa de aprovechar una línea de trasmisión como tal y como trampa resonante paralelo simultáneamente, pues la impedancia que él podía proveer no resultaba suficiente para ser aplicado sobre el extremo del dipolo formado.
Para elevarla a un valor conveniente mediante el choke haría falta aumentar las espiras y por ende el peso, condición inconveniente para un barrilete; eso me llevó a la idea de sustituirlo por una trampa, confeccionada haciendo resonar la parte exterior de la malla del coaxil arrollada en forma de bobina con un capacitor en paralelo (para una explicación más detallada, ver en esta misma web el artículo titulado "La Jeringa revisada" , una mejora al "Resonant Feed Line Dipole").

Hugo, con quien había realizado los experimentos de la monobanda original, propuso una magnífica idea: agregar más trampas y convertirla en multibanda, lo cual por supuesto ampliaba sus posibilidades prácticas. Su idea me entusiasmó de inmediato, por eso considero que legítimamente él es coautor del "invento"....

La Pamperita es un doblete multibanda para HF, conmutado con trampas, alimentado por su extremo físico (no es su extremo eléctrico, como enseguida veremos), que posee propiedades eléctricas y radiantes muy similares a las del dipolo multibanda con trampas estándar, proporcionando, en principio, similar diagrama de radiación e impedancias de alimentación.
No exige transmatch, acoplador o adaptador de impedancias como los sistemas usuales alimentadas directamente al extremo (Hertz-Zeppelin o similares), tampoco produce diagramas de radiación complicados a menudo indeseables como la Hertz operando en armónicos o la popular G5RV..

Como dije, no hemos visto esta configuración en la literatura amateur o profesional, aún así, es posible que el diseño preexista porque su simplicidad y practicidad lo hace casi obvio. Tampoco hemos visto en la literatura esta forma de hacer que un cable coaxil sea, simultáneamente, una línea de trasmisión y una trampa utilizando el lado exterior del blindaje de la línea de trasmisión, aunque esto también resulte casi una obviedad...Por estas razones creemos que la Pamperita es novedosa en más de un sentido.
"Novedoso" no es un valor en si mismo; interesa saber si puede aportar alguna ventaja operativa y/o funcional o algún progreso. Estamos seguros que el lector pronto advertirá sus posibilidades prácticas.

Para comprender el principio de funcionamiento conviene recordar que, en RF, la región exterior del blindaje de un cable coaxil (bastante superficial), existe como un conductor totalmente independiente del constituido por la región interior del mismo blindaje y está eléctricamente tan separada de la parte exterior como si efectivamente existiera un aislante convencional entre estas dos superficies, ¡ambas superficies conductoras, aunque parezca extraño, están aisladas por el mismo material conductor...!

Este interesante fenómeno se produce por el llamado "efecto pelicular" el cual hace, que la corriente de radiofrecuencia circule solamente por la zona cercana a la superficie de cualquier buen conductor (la corriente no puede penetrarlos, gracias a ello, podemos aprovecharlos como blindajes de RF).

Por tal razón, las líneas de trasmisión coaxiles están formadas únicamente por la superficie exterior del conductor central y la superficie interior del blindaje (entendiendo por superficie un espesor muy pequeño del material conductor).
De esta manera, la superficie exterior del cable en realidad no forma parte de la línea de trasmisión, es como si se tratara de un conductor independiente concéntrico; aprovecharemos este conductor independiente para construir una de las ramas del dipolo la cual, para todos los fines prácticos, se comporta como un conductor "hueco", por cuyo interior corre la verdadera línea de trasmisión...

En el dibujo vemos un corte transversal de un coaxil. En anaranjado se representa la malla de cobre y el conductor central, en blanco el aislante. Las corrientes de la línea de trasmisión propiamente dicha, serían las circunferencias rojas. La corriente que circula por la parte exterior se representa en azul, esta corriente puede ser absolutamente independiente de las que circulan por el interior de la malla.

Comprendiendo que la superficie exterior del cable coaxil en realidad no forma parte de la línea de trasmisión, podemos visualizarla como un conductor separado concéntrico; nosotros aprovecharemos este conductor independiente para construir con él una de las ramas de nuestro dipolo (como en el diseño original) y las bobinas de las trampas conmutadoras de banda.

Como vimos, la verdadera línea de trasmisión está en "interior" de la malla del coaxil, la línea encontrará al final de su recorrido (su lado derecho en la figura), un conductor unifilar, soldado al conductor interior de la línea, el que pasará a ser la rama derecha del dipolo, (el abultamiento representaría la soldadura), en ese mismo punto, la superficie conductora interior de la malla se comunica eléctricamente (para la RF) con el lado exterior de la ella misma unicamente en el punto señalado con la flecha, gracias a eso, la superficie exterior (azul) pasa entonces a comportarse como la rama "izquierda" del dipolo. Naturalmente, la malla en este punto, físicamente, no se conecta a ninguna parte.

Resumiendo: al final de la línea nos encontramos con las dos ramas que constituyen un dipolo común y corriente, la de la derecha es el cable unifilar, la de la izquierda es la superficie exterior de la malla del coaxil. Un posible montaje práctico de la pieza que sirve de centro de dipolo se muestra en la fotografía siguiente.

Para que la longitud de la rama constituida por la parte externa de la malla tenga el cuarto de onda "reglamentario" (medio dipolo), es necesario interrumpir la RF que circula por ella en un punto situado a un cuarto de onda, contando hacia la izquierda desde el centro. Por supuesto no podemos cortarla simplemente, pues cortaríamos también la superficie interior que, como vimos, si, forma parte de la línea de trasmisión. Aquí es donde aparecen las trampa "raras" que pasaremos a describir.

Aunque son bien conocidas las trampas para antenas realizadas con secciones de cable coaxil sintonizadas con su propia capacidad, no debemos confundirlas con las trampas de la Pamperita, pues aquellas son radicalmente diferentes, en todo caso las de la Pamperita serían idénticas a una trampa convencional construida con un alambre común y su capacitor en paralelo.

El truco en la Pamperita consiste en que la misma línea de trasmisión al tiempo que alimenta al dipolo y forma una de sus ramas, como acabamos de explicar, se constituye simultáneamente en una o más trampas resonante paralelo mediante el artificio de arrollarla sobre si misma y conectar en la malla un capacitor con características adecuadas a la potencia y frecuencia de trabajo, ¿simple verdad?.

Así, en el lugar donde corresponda interrumpir el circuito para la RF se arrollarán algunos centímetros de la línea formando una bobina solenoide, conectando entre los extremos del tal arrollamiento un capacitor en paralelo (ver la figura) de la capacidad y tensión de trabajo adecuada. Nótese que este capacitor se conecta entre dos partes del lado exterior de malla del coaxil y en ninguna modo con el conductor central del mismo.

Los valores numéricos de L y C de estas trampas pueden ser exactamente los mismos que los de cualquier trampa de antena convencional de nuestro agrado por lo que podemos repetir un diseño anterior exitoso aplicando el nuevo concepto que nos permitirá alimentar al sistema por su extremo.

Nótese en el dibujo que del lado del coaxil hay dos trampas, mientras que del lado del alambre una sola, esto es lógico puesto que la trampa más cercana al equipo (la de 80 m, que establece el largo máximo del dipolo en su banda más baja, está sustituida por un simple aislador en la rama de la derecha.

En la práctica cotidiana acostumbramos a montar los dipolos de alambre con aisladores en sus extremos, los que se hacen firmes a sus puntos de anclaje o sujeción mediante cables o alambres que también son conductores, sin tener en cuenta sus efectos de inducción mutua con la antena. Se originan corrientes de RF en dichos conductores dependiendo de su longitud y disposición mecánica que afectarán un poco el diagrama de radiación y la impedancia (ver el artículo ¿Cómo sujetas tus dipolos? en este mismo sitio web).

En un montaje de dipolo convencional con la bajada perpendicular al centro, eso será prácticamente todo lo que normalmente sucederá, pero en nuestro sistema uno de los elementos de sujeción del "dipolo" es la propia línea de trasmisión coaxil que vincula la antena con nuestro equipo, por lo tanto la corriente que en el dipolo común es inducida sobre el alambre de sujeción aquí lo hará sobre la superficie exterior del blindaje y, por medio de ella podrá alcanzar nuestro shack de trasmisión si no se toman alguna sencilla medida para evitarlo. No debe temerse a estas corrientes más que a cualquier otro alambre que este cerca de la antena y llegue al shack, tal como la bajada de otra antena cercana
La medida preventiva puede consistir en un sencillo choke que se hace arrollando algunas espiras del cable de bajada. Puesto que ellas estarán a nivel del suelo o la entrada al QTH, su peso ya no tendrá mayor importancia.
De todas maneras, esta situación no necesariamente constituirá un problema puesto que muy a menudo sucede algo similar con la bajada común cuando ella no baja perpendicular al dipolo o cuando no se usa balun, por lo tanto no es tan de temer.

Montaje "encubierto" (stealth)

Si se construyen (sobre todo una monobanda) con el brazo de alambre realizado con otra pieza de idéntico cable coaxil (usando únicamente la malla como un simple conductor), puede hacerse firme en un poste de CATV, de alimentación de energía eléctrica o telefónicos (en Argentina se utilizan tendidos aéreos para estos servicios), de este modo tiene una buena chance pasar inadvertida al vecindario lego.

Fotos de trampas y piezas construidas por Hugo Martínez (LU 9DR)

Tres variantes constructivas de las trampas	Vista interiores. Se observan los capacitores de sintonía

Un centro para que la resistencia mecánica no recaiga sobre la soldadura de unión entre el centro del coaxil y el cable unifilar.	Variante para usarla como dipolo común (dos ramas) o alimentada al extremo como "Jeringa" (quitándole el cable unifilar de la izquierda que se muestra conectado a la malla mediante tornillo y terminal)

Generalidades acerca de las trampas

(Lo que sigue es válido para trampas de antenas en general).

Para que la trampa sea efectiva, es necesario que su impedancia sea mucho mayor que la existente en el extremo de la rama del dipolo que se forma con esta interesante configuración. La impedancia en ese punto del dipolo es muy elevada, fácilmente puede alcanzar los 5000 ohms o más. Para que la trampa sea tal, su impedancia en frecuencias cercanas a la de resonancia ha de ser de cuatro a diez veces mayor, esto significa valores superiores a los 20000 ohms o mejor.
La impedancia a resonancia depende del Q de la bobina y el capacitor y también de la relación L/C. Una relación L/C elevada produce a igual Q más impedancia que una L/C más baja. Comparando las curvas se ve claramente:

La curva roja corresponde al módulo de la impedancia de una trampa formada por un inductor de 1 mH en paralelo con un capacitor de unos 125 pF. El Q de la bobina es 100, por lo tanto su resistencia equivalente paralelo está en el orden de los 8900 ohms, que es el valor mostrado en el recuadro amarillo (la imprecisión es por la dificultad de colocar el cursor en el punto exacto).
La curva azul representa la impedancia de una trampa compuesta por un inductor de 20 uH en paralelo con unos 6,3 pF, también con un Q de 100, lo cual representa una resistencia equivalente paralelo de unos 177000 ohms. Vemos que con este par de valores la trampa es más eficaz para interrumpir el circuito, pero en el extremo inferior de la banda (no se muestra) cae a unos 50000 ohms. Una trampa formada con un inductor de 5 uH en paralelo con unos 25 pF podría funcionar.
Nótese que la curva roja aunque tiene menor Z es muy plana y amplia (poco selectiva), esa trampa se prestará mejor para otras aplicaciones (como puede verse en mi artículo "La trampa balun").

Los capacitores deben resistir con holgura tensiones de hasta 2000 V para equipos de 100 W PEP y hasta 5000 V para equipos de 1 kW PEP y ser aptos para operar con corriente en RF.

De no obtenerse en formatos comerciales adecuados, pueden construirse fácilmente tanto con placas planas como con secciones de cable coaxil tipo RG-213, pero su construcción excede el marco del presente artículo.

Usos prácticos

Aunque físicamente está alimentada al extremo, pero no requiere de transmatch porque su impedancia es la del dipolo común, tampoco toma de tierra pues es una Hertz en toda regla.
Al no utilizar sintonizador el extremo del dipolo (donde está el tanquecito) puede estar alejado de los objetos cercanos reduciendo las pérdidas respecto de una Hertz alimentada al extremo directamente con el acoplador.
Puede descolgarse fácilmente desde un balcón elevado para una operar provisoriamente con polarización vertical, sin necesidad de planos de tierra.
Como requiere un solo punto de anclaje es fácil de instalar en campamentos y situaciones precarias.
Con un barrilete (cometa) adecuado (recomiendo el Rokkaku) tendremos una antena eficiente y fácil de alimentar
Si se construye con el brazo de alambre realizado con otra pieza de idéntico cable coaxil (usando únicamente la malla como un simple conductor), puede hacerse firme en un poste de CATV, de este modo tiene una buena chance pasar inadvertida al vecindario. Otro recurso para la lucha contra la sinarquía antiantenista que se ha apoderado de la mente de nuestro vecindario...

Tip: Recuerde que las mismas trampas (las de cable coaxil) cuando se intercalan en el punto de alimentación de un dipolo común pueden utilizarse como "Choke Balun" (el nombre correcto sería "Trampa balun") para antenas monobanda que operen en la banda para la cual la trampa resuena.

¡Se requiere tipografía "Symbol"! (inductancias in microhenrys)

Banda	80 m	40 m
Bobinas en coaxil (tipo RG-58)
Diámetro de la bobina	63 mm	63 mm
Longitud de la bobina	67 mm	40 mm
Número de espiras (juntas)	12,25	6,75
Longitud de coaxil bobinada en la forma	2495 mm	1554 mm
Bobinas en alambre
Diámetro del alambre	4,5 mm	4,5 mm
Separación del alambre entre centros	5 mm	5 mm
Datos generales aproximados de todos las trampas
Frecuencia de resonancia	3600 kHz	7100 kHz
Inductancia de la bobina	7,8 mH	3,3 mH
Capacidad en paralelo	250 pF	150 pF
Q calculado aproximado	420	480
Impedancia calculada aproximada en resonancia	75 kohm	70 kohm

Cada rama de la sección de 40 m tiene aproximadamente 9,75 m (longitud total del dipolo formado en 40 m = 19,5 m). Frecuencia de resonancia aprox. 7.15 MHz
Cada rama de 80 m tiene aproximadamente 18 m (longitud total del dipolo formado en 80 m = 36 m). Frecuencia de resonancia aprox. 3,65 MHz. Esta dimensión incluye la sección de 40 m
Altura de la antena aprox. 10 m.

(Recuerde que la frecuencia de resonancia del sistema depende de la altura de la antena y las longitudes pueden requerir ligeros reajustes. Comience ajustando para la frecuencia más alta).

Datos constructivos para 40 m y 20 m

(Calculados y ensayados por Hugo Martínez - LU 9DR)

¡Se requiere tipografía "Symbol"! (inductancias in microhenrys)

Banda	40 m	20 m
Todas las Bobinas en coaxil (tipo RG-58)
Diámetro de la bobina	50 mm	40 mm
Longitud de la bobina	45 mm	40 mm
Número de espiras (juntas)	9	6,25
Longitud de coaxil bobinada en la forma	1415 mm	785 mm
En la rama de alambre solo se utiliza la trampa de 20 m, también hecha con coaxil
Datos generales aproximados de todos las trampas
Frecuencia de resonancia	7070 kHz	14100 kHz
Inductancia de la bobina	3,38 mH	1,27 mH
Capacidad en paralelo	150 pF	100 pF
Q calculado aproximado	500	500
Impedancia calculada aproximada en resonancia	73 kohm	57 kohm

Cada rama de la sección de 20 m tiene aproximadamente 5 m (longitud total del dipolo formado en 20 m = 10 m). Frecuencia de resonancia aprox. 14,2 MHz
Cada rama de 40 m tiene aproximadamente 10,5 m (longitud total del dipolo formado en 40 m, 21 m). Frecuencia de resonancia aprox. 7,1 MHz. Esta dimensión incluye la sección de 20 m.
Altura de la antena aprox. 10 m.

(Recuerde que la frecuencia de resonancia del sistema depende de la altura de la antena y las longitudes pueden requerir ligeros reajustes. Comience ajustando para la frecuencia más alta).

Taylor James E (W2 OZH). RFD-1 and RFD-2: Resonat Feed-Lines dipoles, QST, Agosto de 1991 pag 24