lunes, 1 de agosto de 2016

ANTENA NVIS


Como resultado de una serie de investigaciones intentando diseñar una antena  con poca ganancia en la recepción de emisoras Broadcasting en las bandas de Radio Aficionados (R.A) que no perturbaran las comunicaciones realizadas a corta distancia es que se desarrolló una antena sobre la base de  la teoría de cortinas de gran  ganancia , que rechazan el QRM desde ángulos bajos. Después de algunos  trabajos experimentales, resultó una antena de alta ganancia en distancias cortas y medias tanto en transmisión como en recepción.  Fue diseñada para la banda de 40 metros ,  es extremadamente simple, poco crítica y ofrece gran ganancia y factores de rechazo del QRM .
El resultado de esta investigación fue la denominada NVIS o CALIENTA BUBES ( Near Vertical Incident Skywave o antenas de onda ionosférica de incidencia casi vertical ). Los estudios de propagación y el trabajo de diseño de esta antena se realizaron en Empresas Dusina  en Melbourne , Florida, U.S.A, aunque ya los alemanes en la segunda guerra mundial la usaban con frecuencia.



Saltar distancias cortas y medias en la banda de 40 metros significa hasta aproximadamente 320 Km  de distancia radial desde el transmisor durante el día y hasta cerca de 1600 kilómetros en la noche . 

En pocas palabras , la antena que se describirá tiene un ganancia en onda directa de aproximadamente 9 DB basado en los datos de diseño de ingeniería desarrollados en el papel,  la literatura y el modelado en computación,  además de la  ganancia tiene un promedio de 15 dB de rechazo contra un bajo ángulo de QRM. Por lo tanto, los R.A.  que  usan  este tipo de agrupación de antenas pueden obtener una ventaja de alrededor de 14 dB en la fuerza de la señal recibida y unos 15 dB menos  de QRM cuando se comunican a través del ángulo alto de radiación de su señal ( o sea: otra estación con similar antena).

NOTA: Enlaces e información teórica respecto de las antenas NVIS al final de este artículo.

Por lo general no me dedico a cazar estaciones de gran distancia,  entonces analizando las distancias de mis comunicados pude comprobar que la inmensa mayoría de ellos los realizaba a corta o media distancia, no más de 300 kilómetros durante el día y nunca más allá de 1600 kilómetros durante horas de la noche, así es que me sedujo la experiencia de otras estaciones que la han experimentado alrededor del mundo y estudiando la teoría expuesta en diversas publicaciones, es que bajé el dipolo plegado para 40 Metros que estaba a 14 metros de altura y  decidí comprobar sus resultados.

La teoría enseña que un dipolo de media onda suspendido en el espacio a una altura de MEDIA longitud de onda ( 20 metros !!) tiene en el centro una impedancia de 75 Ohms. Un dipolo plegado tiene a esa misma altura 300 Ohms.

Cuando  en cualquiera de esos dipolos la altura es de un cuarto de onda se ha comprobado que su impedancia disminuye,  y que a medida que su altura se reduce la impedancia también decrece. 
Sucede también que  mientras más baja es la altura de la antena su angulo de "disparo" aumenta, por lo tanto se reduce el nivel de propagación IONOSFERICO por difracción que es la encargada de proyectar la señal a zonas lejanas. Sin embargo aumenta la EFICIENCIA DIRECTA. La señal en una antena NVIS es eventualmente radiada casi verticalmente a la ionosfera, luego es reflejada hacia la tierra proyectando un campo radial casi exento de fading en un radio aproximado de 300 Km, con una ganancia de 20db aproximadamente respecto de una onda emitida con angulo de radiación bajo o medio (300 Km en horas con baja propagación  y aproximadamente hasta 2000 km durante horas de buena propagación)

Deduje que si bajaba la antena a .15 lambda la impedancia del dipolo plegado se reduciría tanto que sería innecesario el uso de el balum 1:4  con el que operaba a 14 metros de altura. No tengo un analizador de antena así es que me dejé llevar por el entusiasmo y empíricamente con el medidor de ROE verifiqué mi deducción.
Por el mismo razonamiento anterior  inferí que la desadaptación reflejada en el uso de un dipolo plegado y linea de 52 ohms no debería ser importante.

Una vez finalizada la reinstalación del dipolo plegado (de acuerdo a las medidas expuestas al principio de esta nota, verifiqué el ROE.
Este fue el resultado en la prueba inicial:


Frec  MHz 
7.0
7.1
7.2
7.25
7.3
7.4
 R.O.E
1 : 1
1,2 : 1
1,3 : 1
1,5 : 1
1,5 : 1
3,0 : 1

SORPRENDENTE !!

La antena  bajo prueba  fue alimentada por 31 metros de cable RG-8 U  , y se utilizó alambre N º 26 en los reflectores. Se usó un Transmisor FT80C para las mediciones y un medidor de R.O.E. Bird 43.

Mi primera impresión auditiva utilizando un viejo receptor RCA CR91, o un Tecsun PL600 acoplado inductibamente a su antena telescópica , o un  Yaesu FT80C,  era el bajo ruido de banda (muy por debajo de lo habitual), en horas de mala propagación por la tarde. 
Esperé el atardecer un par de horas antes de la puesta de sol y llamé general en AM : me respondió LU9PAM desde San Juan reportando señales muy intensas durante todo el comunicado. Del mismo modo sus señales eran muy intensas (S9+30 Db)
La noche siguiente, un par de horas antes de  media noche, siempre en AM, comuniqué con CE7FFD quien se encuentra a 1200 kilómetros al sur de mi estación en la Isla grande de Chiloe. Su reportaje y a pesar de una interferencia sostenida fue halagador ( Sus señales eran S9+20dB). También esa misma noche aparece reportando LU8EHA desde Buenos Aires (1300 Km de distancia) quien me escuchaba bien, con señales S9+10 y solo afectado por intensos estáticos locales generados por una tormenta eléctrica sobre su localidad (Sus señales de S9+40dB).
Ambas estaciones las escuché en el RCA CR91 con señales muy intensas y  exentas de desvanecimiento. Lo mismo pude comprobar en otras audiciones realizadas en días posteriores referente a estaciones ubicadas en diferentes latitudes de la república Argentina: con un mínimo de desvanecimiento.
La potencia de mi transmisor de AM no sobrepasa los 40 Watts !! y me parece extraordinario que después de haber intentado durante más de 30 años ELEVAR la antena para obtener mejorías, construir Delta Loop, antenas de onda completa, antenas largas, etc. pueda comunicar con esta antena a escasos 2,80 metros de altura...  parece irónico, aunque ha resultado divertido y satisfactorio.
Es posible utilizar una NVIS en configuración V invertida, también usar un solo plano reflector. Existe mucha información en la red, con explicación teórica, planos y formulas para diseñar su propia NVIS y aunque esta antena está destinada a comunicaciones de corto alcance  es fácil establecer comunicados  en horas del día  de hasta cerca de 300 Km, debido a la naturaleza de la banda de 40 metros . Por  la noche  la antena es entonces eficaz para distancias de 1600 Km  y  a veces más con ganancia realmente sorprendente.


CONSTRUCCIÓN.-
La antena es de la clase alta ganancia y consta de una única antena dipolo colocado muy cerca de y por encima de una pantalla reflectora tal que  limite la radiación a 90 grados más o menos  y a 35 grados aproximadamente.
 La antena se hace de una manera muy simple como se detalla a continuación y  de la siguiente manera :  Una linea bifilar de 300 ohm tipo de televisor estilo dipolo plegado se corta a la longitud de 19, 75 mtrs  y se alimenta en el centro con coaxial  RG 58 U o RG 8 U de 50 Ohmios. El dipolo plegado se suspende lo más tensamente posible  2,13 Metros por encima de un terreno plano con tres postes de madera o algún otro soporte adecuado ( el tercer poste es para evitar el deep central producto del peso del coaxial). Si  se usan postes metálicos  se sugiere usar cuerdas de nylon de aproximadamente 1,50 en cada extremo  de la antena,  a fin de reducir el efecto capacitivo en los extremos del poste metálico.  En el suelo, directamente debajo de la antena  se disponen tres cables  que pueden ser desde  21 Mtrs hasta 24 metros ( Su longitud no es critica). Estos elementos  se estiran directamente en el suelo por debajo de la antena.

Cada cable reflector  se coloca a lo largo del suelo en paralelo a la antena y aproximadamente 1,80 metros  separados uno de otro. Estos  tres alambres instalados debajo de la antena  forman  la pantalla reflectora, como una Yagi.

Estos  cables reflectores  se colocan en la superficie  del suelo pero pueden estar bajo  el suelo si se desea. Un poco mayor eficiencia se traducirá si son colocados sobre la superficie de la tierra ,  aproximadamente 10 centímetros , cuidando de prevenir a quienes transiten en su proximidad a efecto de no tropezar con los alambres.  Los extremos de los cables pueden atarse a pequeñas estacas de madera .  El calibre de estos alambres puede ser  aproximadamente N*26 y si es más que el número 14 ya es un derroche.
Muy seguramente si usted no tiene un dipolo plegado y quiere construir un dipolo extendido clásico con las medidas anteriores,  la ROE aumentará, pero no se detenga , pruebe verificando el punto de resonancia del dipolo con un Deep Meter o analizador de antena... un poco de ROE de hasta 1:3 no produce perdidas importantes o significativas.

Referencias y Lincks:

NVIS texto en PDF de XE3WMA

Ningún transmisor es mejor que una buena antena !