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.

Prueba Electroventiladores de Berlingo Multispace 1.6 HDI

Hace poco compré esta Berlingo con motor 1.6HDI 16v, y como es usada quise saber si estaban arrancando bien los electroventiladores. Busque en los manuales de usuario y no encontré nada al respecto (si alguien tiene el manual de taller se lo agradecería) .

Lo que hice fue buscar el sensor de temperatura del agua y reemplazarlo por una resistencia variable, ir bajando la resistencia hasta ver a que valor de temperatura comienza a prender el electroventilador para refrigeracion.

Pietempol Air Camper de Foam para radiocontrol

Esta es la primera vez que construyo con este tipo de material. La madera balsa tiene unos precios extremadamente altos por la zona donde vivo, asi que decidí probar usar este material.

Compré dos planchas de 1.2m por 1.2m de 5mm de espesor y una plancha igual pero de 3mm

Segun el vendedor este material tambien es conocido como foamboard, pero no deprom, al parecer estos son nombres comerciales.

El proyecto se inició buscando algun modelo para que mi hijo pueda aprender a volar y lo mejor es un modelo de ala alta, aun mejor ala en parasol. Buscando algun modelo encontre que el Pietempol parece una buena opción.

El plano lo baje de internet, buscando Pietempol en las imagenes de google.
Luego lo que hice fue interpretar desde las 3 vistas a un fuse tipo cajon con las medidas de escala para que un kit de motorizacion electrica de 1kg aprox de empuje lo pueda llevar ok. Segun algunos modelos similares, la envergadura deberia rondar los 80 o 85cm.
Tal vez no es un tamaño ideal para aprender ya que puede resultar un poco dificil llevar un modelo liviano y pequeño con algo de brisa. Para los dias calmos puede resultar bien.

El cajon de vuelo, completamente en foam de 5mm listo para  trabajar en el cajon de motorización. La idea es hacer que se pueda sacar facilmente para usarlo en algun otro modelo

Detalle del cajón de motorizacion y soportes del ala "struts"

Para hacer la tapa superior, curvada, hice algunas pruebas hasta que encontré qeu la mejor manera fue usando la plancha de foam de 3mm y marcandola longitudinalmente para que sea mas maleable a la curvatura. con un poco de pegamento funciono de maravillas. Luego le calamos el agujero para cockpit.

Las alas y el tren de aterrizaje colocados

Comenzando el trabajo de pintura

Para la pintura, usé mi aerografo con pintura acrilica de las que venden en las casas de artesanias.

Detalles del motor Ford

 El cajon de motorizacion, aloja una bateria LiPo de 3 celdas, el variador, el receptor y el motor en la punta.

Luego de sacar estas fotos, salimos a probarlo, pero el modelo estaba algo pesado de cola, el CG algo atrasado y con un viento lateral tuvimos un aterrizaje forzoso. Lamento no tener el video. En este momento le estoy haciendo unas alas nuevas y las reparaciones de la punta del fuse ya fueron realizadas.

Alimentación en el Transceptor de CW

Esta publicación es para ampliar la publicación anterior sobre el desarrollo de un quipo de CW a partir de un Cahuane.

Circuito de alimentación

El circuito de alimentación se uso el mismo que tenia el Cahuane, con el rele que está en la placa de filtros en la parte posterior del equipo. Este rele cumple dos funciones, una es la de conmutar la antena en rx/tx y la otra es conmutar la alimentación de 12v que viene de la llave frontal.

Circuito sacado del Manual del Cahuane

En mi caso que tuve que sacar la llave frontal con switch de corte y poner un potenciómetro de volumen mas pequeño la entrada de 12v es permanente.

Rele en la placa de filtros.

El circuito original tiene un transistor NPN cuya base es controlada en tension directamente por el ptt que se encuentra en el microfono de palma.

Como en mi caso lo hice de CW, le envié la señal de PTT desde el Arduino Nano con 5v cuando quiero que transmita, pero algo muy importante es que como el equipo no es QSK (Full break in) es decir que no podría conmutar rápidamente entre rx y tx, no conviene mandar la señal al relé que la que enviamos al transistor que corta la RF para CW.

Si así lo hiciéramos, el relé estaría conmutando al mismo ritmo que la transmisión de CW!! y esto no es aceptable para la vida útil del relé. Lo que hice es sacar una señal para CW que interrumpe la señal de RF y otra para el relé que espera unos 400ms antes de enviar la señal de cambio a rx. Ahora al transmitir, a unas 15 ppm aprox, se mantiene el equipo en tx.

Este sistema se conoce como half-break in o semi-break in. Este valor se puede modificar desde el programa del Arduino.

También se podría haber logrado lo mismo interponiendo un temporizado entre la señal de CW y la que llega a PTT relé. Pero teniendo un arduino y con pines libres, no es problema hacerlo por firmware.

Luego con los 12v en rx, lo convierto en la entrada de un 7805 para alimentar todo lo que trabaje con esa tension, como el Arduino y el DDS; y un 7809 para alimentar otros dispositivos como el NE602.

Con los 12v de transmisión en parte va directa a los transistores y otra parte va controlada por un pin con capacidad PWM y un LM317 para poder variar la potencia de salida del equipo desde el Arduino por software.

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Medidor de señales S para un receptor de Conversión Directa

Esta publicación es para ampliar la publicación anterior sobre el desarrollo de un quipo de CW a partir de un Cahuane.

Midiendo intensidad de señal

Medir intensidad de señal en un superheterodino no resulta tan complicado como con un receptor de conversión directa; y mas difícil aun es lograr que la salida haga una fluctuación lineal entre 0 y 5V para leerlo desde un puerto analogico desde mi Arduino Nano.

Normalmente es mas fácil porque se usan instrumentos analógicos que con pocos uV desplazan la aguja.

Luego de investigar un poco sobre como funciona un medidor de señales S, existe un estándar que dice que entre cada numero de S hay 6dB de diferencia, es decir que entre un S3 y un S4 hay 6dB de diferencia, o lo que  en otras palabras dice que para subir de un S3 a un S4 la estación remota debería cuadruplicar su potencia. Si una estación que emite con 1w nos llega con S3, con 4w debería llegar en S4, pero para llegar S9 debería transmitir con 4KW!!

Inversamente, si recibimos con un S9 y esta transmitiendo con 100W, con solo medio vatio lo escucharíamos con S5!!...Interesante no?

Este es uno de los argumentos mas usados para entender por que el QRP funciona y es divertido practicarlo.

Volviendo al caso de un receptor de conversión directa, se puede sacar de un lazo de AGC obtenido desde el audio y aplicado en el front-end del mismo aunque no es lo mismo que en un superheterodino porque no estaría detectando una portadora en su frecuencia de cero batido, en un DC necesitamos audio para analizar. Tambien se puede obtener rectificando el audio, filtrarlo y convertirlo en una señal DC que varia proporcionalmente al nivel de audio... vúmetro no?
Después de todo las señales S no son tan precisas como pensamos, porque la calibración del s-meter varía entre marcas, es al final una medida relativa de la fuerza con la que una señal entra por la antena.

S-Meter obtenido desde el audio y con salida analógica

Una version con amplificador operacional y salida analógica

Al ver las versiones con operacionales, recordé que una de las funciones de los operacionales es de ser rectificadores de precisión y que se puede obtener un valor de DC sin (prácticamente) la caída de tensión que tiene un diodo al conducir. Una mejora importante de los ya clásicos circuitos de S-Meter derivados desde una señal AF.

Rectificador de precisión

Se puede leer mas sobre estos circuitos aqui

Ahora bien... necesito que sea con una sola fuente.. .y el resultado fue el siguiente:

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El rectificador de precisión en la práctica y el amplificador tiene R2 de 100K y R4 de 10K variables para ajustar mejor los resultados.

Una solución mas elegante

Algo mejor que lo anterior es usar el SA604a, es un integrado que tiene la función de RSSI (Received Strength Signal Indicator)

El CI fue diseñado para ser usado con RF hasta unos pocos MHz pero sin duda se puede usar para audio y obtener una salida lineal con respecto a una entrada logarítmica.... mucho mas preciso para usarlo como S-Meter.

Lamentablemente aquí donde yo vivo el distribuidor ni lo conocía a este circuito integrado...

Y una solucion mejor?

Sin duda la mejor solución para el S-Meter es usar un AD8307 que es un amplificador logarítmico desde DC hasta 500MHz y tiene una salida lineal tambien.

AD8307 como parte del proyecto PHSNA

Los usos que tiene el AD8307 son enormes para los radioaficionados, porque siendo un medidor de potencia podemos usarlo para muchos proyectos, Vatimetro de RF, desde uW hasta KW!!, como analizador de antena, analizador de redes para graficar respuesta de filtros, como medidor de ROE, como medidor de intensidad de campo (FSM), y... por que no, como S-Meter (o RSSI) obteniendo la señal directamente de RF desde el front-end!

Aquí se puede leer un articulo al respecto.

Continuará...