domingo, 4 de marzo de 2018

Loop Magnética para 40, 20 y 15m

Diseño de mi loop magnética

Loop Magnética por LU1MAW
Cuando empecé el proyecto de mi transceptor para CW tribanda, de tamaño pequeño y simple para poder salir QRP y hasta 50W me puse a buscar alguna antena adecuada para usarlo en las salidas al aire libre.
Luego de buscar y leer sobre antenas para uso en espacios reducidos encontré que la Loop Magnética es una de las mejores opciones, a pesar de tener un par contras que veremos mas adelante.
También es llamada STL (Small Transmiting Loop) es una antena que tiene fama de tener muy buena relación señal ruido y buen rendimiento a pesar de su pequeño tamaño siempre que se cumplan algunas condiciones.
En general se recomienda hacerla como mucho de 1/10 de longitud de onda. Si es mas grande que eso tengo entendido que es muy difícil de acoplar. Mientras mas grande es la antena mejor rendimiento tiene, esto se puede observar en la calculadora online, generalmente por practicidad las antenas usadas para 40m rondan el diámetro de 1m a 1.5m para uso de campaña, mientras que para estaciones fijas tranquilamente se pueden hacer de 2.5m de diametro, aunque esto dejaría afuera la posibilidad de trabajar con esa antena en frecuencias mas altas. Como todo, hay aspectos a considerar para tomar una decisión de compromiso.

Los objetivos que saqué en limpio luego de leer sobre el tema en los handbooks y en sitios en ingles como estos:
https://www.nonstopsystems.com/radio/frank_radio_antenna_magloop.htm
http://www.kk5jy.net/magloop/
http://www.zl1bjq.co.nz/magloop.html


Los objetivos son:

  • Multibanda, para cubrir las bandas de 40, 20 y 15m para utilizar mi equipo de CW tribanda
  • Reducir al máximo la resistencia de radiación
  • Estructura que soporte transportarla y ensamblarla
  • Tener un capacitor variable que soporte alta tensión.
  • Tamaño óptimo para ser llevada en mi vehículo utilitario

Calculadoras Online

Las calculadoras en Excel u online agarran todas las formulas de calculo y las integran en un sitio web o en una planilla para descargarla. Si bien no son exactas, nos dan una idea aproximada de los rendimientos, los tamaños y lo mas importante, una vez que tenemos definido un tamaño que se adecue a nuestras necesidades, podemos saber el valor del capacitor para la frecuencia mas baja.

Se pueden encontrar varias calculadoras, la que me resultó mas practica para usar es esta:
http://www.66pacific.com/calculators/small-transmitting-loop-antenna-calculator.aspx

Capacitor Variable

El capacitor variable fue lo que mas tiempo me tomó hacer y aun debe ser modificado un poco mas para dejarlo completamente terminado. El diseño es del tipo mariposa, ya que este capacitor duplica la tensión de ruptura de uno común, ya que tiene dos veces la distancia de aire entre las placas; para hacerlo tuve en cuenta que el tamaño sea justo para que entre en un caño de 110mm de PVC y así usar las tapas de estos caños para su base. Luego de hacer 20 placas rotativas y 44 placas fijas en aluminio del usado en aislaciones térmicas de 0.8mm de espesor obtuve unos modestos 150pF como máximo y 12pF como minimo... en un principio justo lo que necesito para que mi loop sea sintonizada en las 3 bandas.












Aro y soporte

Para reducir al máximo la resistencia de radiación lo mejor es utilizar cobre, mientras mayor es el diametro del caño que forma el aro mayor es mejor, aquí la limitación es el bolsillo y los materiales que se consigan. En mi caso yo compre caño de refrigeración de 3/4" (20mm). También es recomendable para reducir la resistencia por contacto, soldar las uniones al capacitor variable, en mi caso las deje atornilladas. 
El diámetro del aro lo hice a medida de la caja de mi camioneta, para poder transportarlo tranquilamente, es de 1.15m sujeto por dos caños de PVC de 40mm y algunos precintos como se ve en la foto.
Para el soporte, se deben usar materiales que no sean ferromagneticos, por ello use un tripode de aluminio y plastico de los que se usan para sujetar herramientas o camaras de fotos. Tambien hay algunos diseños en internet que utilizan una base de caños de PVC.
Uno de los factores a tener en cuenta es el tipo de acoplamiento, en mi caso me decidi a un aro de acoplamiento de 1/5 del tamaño del mayor, a diferencia de los otros tipos de acoplamiento populares como el del tipo gamma o de toroide de ferrite es el mas usado porque tiene buen rendimiento y no es dificil de ajustar. 
Encontré que esa medida de 1/5 no es critica para el ajuste de ROE, pero si lo es la distancia entre los dos aros, en mi caso con un par de cm queda ajustada en 1.2 en las tres bandas. Es decir, que solo hace falta resintonizar con el capacitor variable.

Algunos metros de caño de cobre de 3/4"




Detalle del aro de acoplamiento de 6mm


Prueba de transporte

Sujetando con precintos, se puede regular la distancia entre los dos aros

Primer acoplamiento con el capacitor
Acople mejorado con un tubito de cobre y tornillos


Loop lista para transmitir


Operación de campaña

Llevé la antena a las vacaciones familiares con muy pocas pruebas, pero con las pruebas suficientes como para saber que la frecuencia mínima era de 7500KHz, mientras que mi intención era que se pueda sintonizar a 7000Khz para poder salir en CW, la razón de esto es porque al capacitor variable le faltó capacidad. La solución mas rápida es hacerle un capacitor fijo, que al ponerlo en paralelo con el variable tenemos un aumento de capacidad, el cual también se podría sacar para operar en 15m.

Gracias también a Gustavo (CX2AM) quien con su experiencia en este tipo de antenas supo orientarme en las pruebas, ademas de enviarme algunos manuales propios. Les dejo el link aqui para que le escriban a su email.

Lo primero que intente fue hacer un capacitor fijo con una placa PCboard de pertinax doble faz. Una vez que comprobé que le estaba sumando aproximadamente 50pF luego fui recortando lo mas que pude para ver si era posible usarla de manera permanente y no tener que sacarlo cuando operaria en 15m.
Capacitor con el tamaño maximo



Luego de intentar varias veces con este capacitor fijo, la operacion en 40m era siempre con una ROE no menor a 4, por lo que decidí cambiar el sistema a usar un pedazo de cable coaxial, lo que funciono perfectamente y pude sintonizar sin problemas. La razon de esta falla aun la desconozco, pronto voy a realizar algunas pruebas mas para asegurarme del problema.

El resultado final fue el siguiente.
Un trozo de cable coaxial sirve de capacitor

Operando desde el balcón del hotel con una fuente de alimentación

73's! y grs OMs por sus reportes durante estas vacaciones que estuve estrenando mi antena.

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