Dipolo rígido para 40m con cargas lineales

Este proyecto comenzó cuando vi que era más económico comprar dos antenas BC2 de marca Eiffel (usadas) que comprar el aluminio para hacer un dipolo de estas características.

Dibujo esquema con las medidas del dipolo acortado.

Los objetivos que establecí fue lograr una antena monobanda y que no tenga complicaciones constructivas, es por eso que después de algunas pruebas descarté el uso de bobinas como elemento de carga y acortamiento ya que para tener un rendimiento aceptable debemos ponerlas al 50% (aprox) de cada rama del dipolo, por otro lado para acortar con un sombrero capacitivo debía necesitar más aluminio, por eso me decidí a acortar usando cargas lineales.

Diseño

Para las cargas lineales se emplearía cable eléctrico de 1.5mm que además de cumplir la función de acortar la antena evita que el dipolo se curve en los extremos por su propio peso, es decir que cumple también una función mecánica. Si UD vive en zona ventosa no dude en usar cable más grueso o mejor aún se puede usar el cable llamado "Copper" que telefónica deja tirado en rollos durante las instalaciones telefónicas, ese alambre soporta muy bien la tracción por el tipo de aleación que lo conforma.
La carga lineal es una línea abierta de 10cm que cumple en este caso la función de acortar la longitud total del dipolo y al mismo tiempo le acomoda la impedancia en el punto de alimentación a casi 50 Ohms. El acortamiento logrado es de aldededor del 37%.

Rendimiento

El rendimiento como todo dipolo acortado es menor que un dipolo de media onda, según lo que se puede observar en la siguiente imagen, la diferencia con un dipolo rígido a la misma altura pero de media onda completa es de menos de 1dB, algo que es imperceptible si tenemos en cuenta que entre cada señal S del S-Meter tenemos 6dB, además tenemos la ventaja de poder orientarlo.

Comparación del plano vertical de dipolos a la misma altura y condiciones de suelo real

La altura y el tipo de suelo cumplen un rol importante en el diseño por eso debemos intentar hacer el último ajuste estando la antena en la posición final, se recomienda a no menos de 15m.
Para el ajuste podemos usar un puente en el extremo de la carga donde va el aislador para la unión con el soporte mecánico, preferentemente nylon de pesca o algun otro similar que tenga resistencia y tratamiento UV.
Además de ese punto podemos jugar con el largo de la misma y esto implica aumentar la impedancia parte resistiva y parte reactiva inductiva. Por eso debemos jugar con ambos valores hasta obtener 1:1 de ROE, el cálculo arroja 300Khz de ancho de banda, cubriría toda la banda de 40m.

Curva de ROE, 7070 como frecuencia central para poder operar en CW y SSB

 
El largo de las dos antenas BC2 es de 6.15m y vamos a necesitar alargarla un poco (50cm por cada rama) y para esto podemos optar por alguno de dos caminos. Uno es alargar con cable desde el punto de alimentación, esto implica alargar el soporte del dipolo para sujetar el aluminio correctamente. La otra opción es consiguiendo aluminio del diámetro correcto para sumarle lo que falta y esto nos permite tener un soporte central de 1.5m solamente.

Click aquí para descargar el archivo de diseño de Mmana-gal.

BALUN

Como se trata de una antena dipolo debemos usar un BALUN, como la impedancia en el punto de alimentación es prácticamente 50 Ohms éste debería ser 1:1 y nos va a servir para evitar las corrientes de modo común (corriente por malla).
El estudio de G3TXQ sobre los choke BALUN es excelente, por lo tanto tenemos en cuenta esta tabla para analizar las opciones en 7MHz.

Impedancia con diferentes choke BALUN

La opción cara: bobinar 17 espiras de RG-58 en un toroide de ferrite de 2.4" Mix 43.
La opción económica: bobinar 25 espiras de RG-58 con un diámetro de 10.7cm, una opción puede ser un tubo de PVC 110mm o una botella de gaseosa (vacía XD).

Será por esto que también se llaman "Ugly BALUN"? Foto de M0JCQ

Construcción

Continuará... :-)

Mejorando la Yagi VHF portable

Esta es la mejora para poder armar mas rápido y de manera tal que sea mas seguro el contacto de los conductores del cable coaxil con cada unas de las ramas del dipolo irrandiante en la Yagi que fue diseñada hace varios meses atrás (click aqui para ver el artículo anterior). El objetivo es poder armarla en alrededor de 1 minuto y sin que haga falta sacarse los guantes en caso de que sea una situacion de frío en la montaña.

Las trabas exéntricas en la posición liberada

Se colocan los segmentos de aluminio

Al quedar trabados se debe verificar que los aluminios se encuentren en su lugar

En esta posición se presionan los segmentos de aluminio contra los cables del coaxil

Vertical portable multibanda

Luego de la activación SOTA en Paramillos LUM/PC-004, donde un viento fuerte rompió uno de los últimos tramos del poste telescópico empecé a buscar alguna alternativa vertical para usar en las cimas. Por suerte pude reparar el poste de fibra de Dx-Wire "Midi" con un poco de cinta.

Hasta ahora estaba usando una antena End Fed Half Wave con un acoplador sintonizado hecho por mi; luego cambié de circuito por uno mas versátil planteado aquí por KX0R George. Y un dipolo multibanda llamado dipolo encadenado, sintonizado para 40, 20 y 15m.

Dipolo encadenado, la EFHW tambien en V invertida.

Luego de probar este nuevo sintonizador para hilo largo en la cumbre del Capén Chango junto al maestro LU2MGQ, pude ver que realmente tiene un buen rango de adaptación de impedancias, incluso muy bajas; ideal para experimentar una vertical!

Hice varios ensayos con Mmana-Gal y leyendo en el foro de sota sobre la famosa vertical tribanda de QRP Guys pensé que sería bueno experimentarla. Al igual que los reportes y cambios que se sugieren en el foro con Mmana-Gal encontré que es mejor utilizar pocos radiales elevados y sintonizados en vez de pocos radiales de una medida fija y a nivel del suelo.

El dipolo encadenado ahora son dos radiales sintonizados

Las antenas verticales son muy dependientes de las características del suelo y al usarla portable y en las activaciones SOTA es necesario usar siempre un sintonizador para ajustar posibles cambios de impedancia de una cima a la otra.
Otra ventaja es que este diseño usa un dipolo encadenado para formar los radiales sintonizados a 1/4 de onda para cada radial.

Usé un largo de cable para formar la vertical y traté de sintonizarlo pero la reactancia capacitiva en 40m es muy alta y no podía cancelarla con el sintonizador asi que le agregué una bobina que me permitió ajustarla sin problemas; la misma es de alrededor de 17uH.

Para las bandas de 20 y 15m pude ajustar sin ayuda de bobinas por eso el circuito quedó asi:

El switch corticircuita la bobina para las bandas altas

La perfomance fue bastante buena a pesar de estar acortada. Es importante que los radiales esten alejados del suelo por lo menos algunos 30 o 40cm.

El centro de dipolo (naranja) lo dejé pero los cables solo se conectan al punto de tierra del sintonizador (rojo)

Yagi 3 Elementos para uso portable

Estos son los planos de una Yagi que diseñé para ser usada de manera portable durante una activación SOTA. Eso no implica que se pueda usar en otras aplicaciones portables ya que ademas permite armarla y desarmarla relativamente rápido.

Diseño

Para diseñarla usé un programa gratuito llamado MMana-Gal, que usa como motor el famoso simulador de EZNec. Teniendo en cuenta los materiales que podría conseguir por aquí.

El boom es un caño de marca Tubelectric de PVC de 20mm, normalmente usado en las instalaciones eléctricas. Para los elementos diseñé las piezas para imprimirlas 3D en plástico, pero se puede utilizar cualquier otro componente que permita deslizar las varillas para armarla y desarmarla en el caso de que se pretenda un uso portable como el mío.

LU9MZO Usando la Yagi desde el co Colorado de Cacheuta

Los elementos que forman la Yagi son varillas de 3mm de aluminio usadas como aporte de soldadura. No son muy económicas, pero son ideales por lo livianas y la resistencia mecánica de las mismas.

Alimentación

Al tratarse de una Yagi OWA, se puede alimentar directamente en el punto central sin adaptación gamma y sin balun por una cuestión de simpleza al armado y desarmado. La disposición de los elementos parásitos y su longitud hace que la impedancia en el punto de alimentación sea de 50 Ohms.
El contacto eléctrico con el cable coaxil se logra por fricción entre el elemento irradiante que tiene un chanfle y roza contra el conductor que entra desde afuera por un orificio pequeño.

Contacto sin soldaduras

Medidas

Las medidas son:

Longitud del director: 89.5 cm

Longitud del Irradiante: 99.4 cm

Longitud del Reflector: 100.6 cm

Distancia entre Reflector/Irradiante: 60.7 cm

Distancia entre Reflector/Director: 87.5 cm

(Dejar 15 o 20cm de boom para sujetarla con la mano y poder almacenar dentro los elementos cuando está desarmada)

Análisis

El análisis teórico arrojó muy buenos resultados!. Se hizo para polarización horizontal. Usando tierra real y altura de 2m sobre la misma.

El efecto del suelo deforma el lóbulo hacia arriba

ROE Mínima en 146.520 MHz pero se puede usar en toda la banda

Ganancia y Frente/Espalda

Obtenemos una antena con las medidas justas para emplear las varillas de aluminio y si bien la ganancia es de 12.5dB y con un frente espalda de 24dB para la frecuencia calculada.

Uso portable

Uno de los primeros en experimentar el uso en la montaña fue Juan Manuel LU4MJM; luego también Diego LU9MZO y en mi caso en mas de 15 oportunidades; siempre con buenos resultados. Por las dudas siempre trato de verificar contra una rpt el contacto de los elementos, en TX y RX; también pido reportes con cambios cortos al principio y estoy atento a la temperatura del handie. Si bien es una antena muy liviana puede comenzar a cansar el brazo luego de varios minutos extendido, por ese motivo llevo también un poco de cuerda para sujetarla a los bastones o a algún otro soporte

LU9MZO en la zona de la cordillera principal

Con los elementos dentro del tubo, no ocupan mucho lugar!

Usando un poste que sostiene una EFHW para 40m como apoyo en la cima del Co Capén Chango.
Ver mas info en www.sota-argentina.com.ar

Acoplador sintonizado para antena EFHW

Habiendo experimentado la antena End Feed Half Wave (EFHW) O bien hilo de media onda alimentado por un extremo con un Un-Un 49:1 con toroide de ferrite, algunos amigos del grupo de SOTA me recomendaron utilizar un acoplador sintonizado.

Encontre buena información en este sitio:
https://m0ukd.com/homebrew/baluns-and-ununs/end-fed-half-wave-antenna-tuned-coupler-efhw/

 

Circuito de M0UKD

Tambien en otro sitio donde hay mucha información es en el de AA5TB:
http://www.aa5tb.com/efha.html

Basicamente, ambos son iguales. Adaptando una impedancia de entre 2000 y 5000 Ohms, característica de la antena EFHW en su punto de alimentación.
En mi caso no tengo un núcleo T200-6 y tampoco me pareció la mejor opción hacer como M0UKD haciendo el secundario "al aire"; por lo que opté por hacer el transformador como autotrafo.

Cálculo

Para el cálculo tuve en cuenta que el capacitor variable con el que lo iba a hacer es de 300pF.

Realización Práctica

Antes de ponerlo en una cajita, hice algunas pruebas de campo detalladas mas adelante, aqui dejo el desarrollo en imagenes desde el principio:

Midiendo el Un-Un de 49:1

Pruebas en el campo

 Lo que hice fue ir al Parque Gral San Martin y montar la antena, y mientras hacia un QSO con Chile en 40m le pedi un momento para intercambiar el acoplador desde el Un-Un al LC, el colega de Chile no acusó ningun cambio, por lo tanto supongo que deberé seguir haciendo otras pruebas en el laboratorio de mi casa.

Agregado de un medidor de ROE

Para eliminar la necesidad de llevar ademas del acoplador un medidor de ROE, le agregué uno en la misma caja del acoplador. Lo hice con 3 resistencias de 150 ohms en paralelo y asi poder usarlo con 15W

Amplificador MiniPA-70 paso a paso

Este amplificador se vende por internet como MiniPA70, es un kit de fabricación china y viene sin mucho mas que los componentes en una bolsa. Es un circuito capaz de entregar 70W con una entrada de 5W, diseñado originalmente para ser operado con los QRP comerciales como FT-817, Elecraft KX2, KX3.

Imagen de la publicación en eBay

La primera impresión es la buena calidad de la placa que es doble faz, de fibra de vidrio y con un diseño bastante cuidado y optimizado.
En mi caso con una pequeña modificación lo usaré para un Mountain Topper MTR-3B, de manera portable.

Detalle de la placa

Estos son los faltantes que tiene el kit y que son necesarios para terminarlo:

1. Circuito
2. Manual
3. Disipador (Debe llevar uno si o si)
4. Ventilador para el disipador (tiene un conector para este)
5. Conectores SMA para filtro
6. Elementos para el armado de al menos un filtro pasabajos.
7. R6 (figura en la placa pero no en el plano)

Probablemente si viniese con todo eso que nombro mas arriba mas alguna caja y tornillería el precio seria el doble de lo que sale en este momento; entre 15 y 30usd mas envío dependiendo del lugar y de la disponibilidad.

Los pasos para armarlo fueron los siguientes:

1 - Buscar Información

Si buscamos MiniPA70 o MiniPA-70 en google vamos a encontrar mucha info en foros y sitios personales. Particularmente destaco como importantes estos:

http://pa-11019.blogspot.com/2016/11/diy-kits-70w-ssb-linear-hf-power.html

http://ea8arx.blogspot.com/2018/06/minipa-70-step-by-step.html

https://www.reddit.com/r/amateurradio/comments/bbuq1z/minipa70_part_1_the_build/

https://ralph-ab1op.blogspot.com/2018/05/minipa-70-watt-hf-amplifier-unboxed.html

2 - Verificación del KIT

Bien, ya con el kit en la mano debemos verificar que coincide con la información que tenemos a mano. Es decir, no hay que confiarse ya que algo puede haber cambiado entre las publicaciones que puse mas arriba con la versión que tengamos nosotros. Por ejemplo, en varias de las imágenes de los sitios anteriores veo que los componentes de montaje superficial no estaban soldados en la placa como fue en mi caso. Por suerte todo el resto era igual y sin sobresaltos.

2 - Armado de los transformadores adaptadores de impedancia

Luego de verificar que todo esté en orden con la información que disponemos, comenzamos el armado de los transformadores de entrada y de salida. El de entrada el primario como en todos estos transformadores esta formado por tubos y las placas de los extremos donde estos tubos van soldados se obtienen al sacarlas del troquelado que tiene en la placa del kit. En este paso, la precaucion que hay que tomar es que las placas queden paralelas entre si, y perpendiculares a la mesa de trabajo ya que luego hay que soldarla a la placa.
Al soldarla se logra obtener el punto de media espira que se ve en el circuito y la espira completa también. Por ahora no pasamos el alambre del secundario ni los soldamos, antes hay que soldar algunos otros componentes.

3 - Soldar el relay de conmutación de antena

Para soldar este rele, hay que doblarle los pines hacia afuera con cuidado pero a 90° para que quede bien soldado. Soldar uno de los pines, acomodar la posición y soldar el resto.

4 - Soldar los terminales de PTT y FAN

Soldamos estos conectores antes de los transformadores porque si los transformadores están puestos, costará mucho llegar cómodos con el soldador.

5 - Soldar los Transformadores

Soldamos los transformadores sin escatimar en estaño para asegurarnos de que quede bien soldado la union con la placa, prestar atención de que un lado quedan los dos tubos unidos y del otro lado abiertos.
Una vez soldados bobinamos; con cuidado de no raspar el esmalte; 2 espiras en el trafo de entrada y 3 en el de salida, en mi caso sobró como 15cm de alambre esmaltado.

6 - Armar y soldar el choke binocular

Tambien lo hacemos con cuidado de no raspar el esmalte y de no romper el binocular de ferrite que tiene las paredes algo finas para el alambre tan grueso que lleva, con dos espiras estamos ok.

7 - Soldar los transistores

Para soldar los transistores se deben recortar los pines un poco para que no se vayan a tocar las carcazas de los dos MOSFETs entre si. Tener mucho cuidado de no manipularlos con estática porque se les puede quemar la compuerta, para evitar esto conviene tocar masa antes de manipularlos.

8 - Instalar el disipador

Con los transistores soldados, podemos marcar el disipador en la posicion de los transistores, y de los soportes de la placa, en mi caso usé un disipador reciclado de una PC antigua y solamente usé dos de los soportes de la placa.
Es muy importante colocar el tornillo y separador, con la base en aislante de goma conductiva o de mica con grasa siliconada para favorecer la disipación.

9 - Soldar las resistencias R4 y R5

Soldamos ahora las resistencias de 2W, para evitar que estas aporten calor a los transistores no las pondremos muy pegadas a estos, asi que se recomienda dejarlas a unos 4 o 5mm por lo menos separadas de los transistores.

10 - Verificar 

• Con una lupa las soldaduras y la zona cercana a las soldaduras que hicimos. Remover cualquier exceso de estaño o posibles cascaritas
• Verificar que la posición del preset de BIAS se encuentre a la mitad y medir con el tester cual de los dos extremos es el que se encuentra conectado a masa.
• Medir continuidad entre el pin central de los transistores y el disipador, verificar que esten aislados!

11 - Alimentar con 12v

Alimentamos con 12V, medimos corriente de reposo, tocamos que no haya ningun componente exesivamente caliente, de hecho ninguno deberia calentar. En el caso de encontrar algo caliente desconectar y revisar todo nuevamente.
Poner un jumper en el conector de PTT y medir con el tester la tension en la salida del trafo de entrada; debemos ajustarlo en 1.5v para luego aumentar en los pasos siguientes.

12 - Conectar equipo y carga fantasma

Conectamos un equipo que le podamos regular la potencia en AM, un roimetro entre el equipo y el amplificador y la salida del amplificador directamente a la carga fantasma.
Con el equipo transmitiendo en 7MHz y medio watt de potencia medimos que la roe a la entrada no supere 1:1.7. cuando colocamos un jumper en el PTT mientras está el MiniPA-70 alimentado con 12V y con el tester midiendo corriente DC.
Luego de medir y verificar la ROE en la entrada pondremos el medidor de potencia y ROE en la salida.
Ahora podemos medir 1W de salida del equipo (lo medimos sin poner el jumper en PTT)

13 - Pruebas

Con el equipo en 1W medimos el consumo y la potencia de salida debería ser de alrededor de 15W. Verificamos que no calienten los transistores. Ajustamos VR1 a un valor máximo de 3.5v NUNCA LLEVARLO AL MÁXIMO!!! ademas de distorsionar mucho, se van a quemar los transistores.
Poner nuestro equipo en SSB con 1W de salida y con algún otro equipo medir potencia y sobre todo distorsión.
Aumentar de a poco la potencia de entrada y verificando, temperatura, potencia de salida, consumo de corriente y distorsión....continuar así hasta los 5W de entrada o los 70W de salida.

14 - PTT por RF.

En mi caso usándolo para el MTR-3B, pero puede ser usado en otro equipo también, ya que con el agregado de una placa para que se active el PTT desde la RF en la entrada.

Circuito utilizado

Método Manhattan

Ya listo para la operación, en mi caso usándolo con el MTR-3B como exitador en CW, le regulé VR1 para obtener 20W con los 2W de entrada. Estos 10dB pueden hacer la diferencia en una operación SOTA. El consumo alimentado con una batería LiPO de 11.1V es de 2.2A

73 de LU1MAW