Antenas magnéticas

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J.Luis
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Re: Antenas magnéticas

Mensaje por J.Luis »

Este es un foro orientado principalmente a SIGINT (inteligencia de señales) .La obtención de inteligencia de una señal
pasa como primer escalón por el análisis de los parámetros de esa señal para averiguar cual o cuales decodificadores usar.

Hablamos de antenas y receptores por que son una herramienta auxiliar e imprescindible para que los analistas puedan adquirir
las señales del espectro electromagnético y posteriormente analizarlas y decodificarlas.Es por tanto lógico que aquí nos ocupemos
solo de receptores y antenas para recepción,más en este caso quiero hacer una excepción y voy a dar las directrices para diseñar
una antena magnética de polarización vertical para emisión recepción en C.B,ya que me costa que algunos miembros de este foro
son cebeistas y quizás muy interesados en antenas de tamaño reducido que puedan dar mejores prestaciones que antenas eléctricas
de coche montadas en base sobre una chapa de hierro con unos poco cm cuadrados.

El condensador de sintonia en una antena magnética estará sometido a tensiones muy altas ,cuando la antena está fuera de resonancia,
incluso con potencias de emisión muy bajas .
La separación entre laminas fijas móviles deberá tomarse en consideración ,así como la distancia entre el eje y las laminas fijas,
también consideraremos la separación dieléctrica entre las laminas fijas y el bastidor del condensador.Finalmente evitaremos ángulos
agudos y terminaciones aguzadas en las laminas para así minimizar el salto de arcos eléctricos.

Tomamos como condensador variable una unidad de 10 -100 pF y vemos que nuestra antena sintoniza desde 13.5 MHz hasta 43 MHz
y el mejor factor de ROE se obtiene en 25.5 MHz con una perdida de tan solo -75 dB.

Erratas
*Lloop=mu0mur(D/2)*(ln(8*D/d)-2)
mu0=pi*4e-7
mur=1
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Última edición por J.Luis el 08 Jun 2015 08:15, editado 1 vez en total.
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J.Luis
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Re: Antenas magnéticas

Mensaje por J.Luis »

....

El análisis de ganancia en una antena es aún mas complicado de lo expuesto hasta ahora

Cuando se hace el análisis de ganancia para una antena se consideran los lóbulos de radiación
principales.
Diferentes sistemas de antena (Dipolos,Beam,Groundplane,magnéticas..)tienen diferentes características
de radiación,por tanto a la hora de compararlas deberemos tener esto en cuenta.
Un parámetro fundamental a tener en cuenta es la altura de la antena con respecto al suelo ,ademas de
la conductividad del propio suelo.Las características de radiación en las antenas eléctricas son muy dependientes
de estos factores,las antenas magnéticas verticales se ven mucho menos afectadas por el
efecto suelo y la conductividad del terreno.

Un dipolo horizontal Lambda/2 y a una altura con respecto al suelo de Lambda/4 muestra un diagrama de
radiación en forma de toroide , para una altura con respecto al suelo de lambda/2 la forma esférica
es atenuada y presentara dos lóbulos a 30 grado respecto al suelo.Cuanto más alto este el dipolo con respecto
al suelo mas eficiente será y más lóbulos con diferente ángulos respecto al suelo presentará.
Lo anteriormente expuesto nos muestra que incluso una misma antena no podrá comprarse con si misma si no
se tiene en cuenta la altura a la que está instalada.
Vemos por tanto que una comparativa teórica entre antenas no es posible si no se consideran los factores
altura y conductividad del suelo,comparar antenas omitiendo los factores entorno ,altura y conductividad del suelo es
como comparar manzanas y peras.

En la practica es más complicado todavía

En la mayor parte de los casos ,las antenas para HF que usan los radioaficionados están mucho más próximas al suelo
que que Lambda/2 .En 40 m la antena debería estar colgada a 20 m del suelo para establecer comparativas entre antenas.
Diferentes antenas presentan diferentes perdidas debidas al efecto suelo y la proximidad de objetos
del entorno (casas ,techos metálicos ,árboles etc,etc).
Por este motivo no es posible comparar teóricamente la ganancia entre unas y otras sin considerar como
cada tipo de antena se verá afectada por el entorno.

Es muy complicado establecer los cálculos aritméticos para comparar una antena dipolo Lambda/2 y una antena magnética
de solo Lambda/16 .Las comparaciones y pruebas se han obtenido situando ambas antenas a 10 m del suelo.
El inicio de estas pruebas fue debido a mi curiosidad,curiosidad que me impulsó a construir antenas magnéticas ,las cuales
en teoría no eran muy prometedoras, dado su pequeño tamaño y
por tanto su baja impedancia de radiación solo de 3 mOhm para Lmbda/16,lo que induce a pensar en un rendimiento muy bajo.

Influenciado por el estudio de literatura de antenas,construí yo ,DK5CZ,una Delta-Loop vertical de 1 onda
para la banda de 80 m con el vértice hacia abajo , situado a 15 m del suelo y polarización vertical, también construí una una Lazy-Loop horizontal de onda completa ,teniendo mi dipolo Lambda /2 para establecer comparaciones.

En invierno la propagación es mejor en las frecuencias bajas,por tanto trabajé la banda de 80 m (3.5 MHz)
y obtuve las siguientes conclusiones:
La Delta-Lopp cuyo diagrama de radiación es en teoría estrecho,teóricamente bueno para DX ,fué la peor ,viéndose afectada por más interferencias (ruido de procedencia humana).
La Lazy-Loop para la banda de 80 m,solo separada del suelo Lambda/8 ,en teoría con diagrama de radiación en forma toroidal,arrojaba una mejora media de 10 dB sobre la en teoría mejor Delta-Loop.
La AMA 5 con solo 1.5 m de diámetro estaba una unidad "S" (Smeter) por encima del dipolo de 1/2 onda.
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J.Luis
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Re: Antenas magnéticas

Mensaje por J.Luis »

La radiofrecuencia no es magia negra ni cosa de parapsicologos o adivinadores.Nada relacionado
con la ciencia lo es.
Cálculo ,diseño ,simulación ,análisis ,construcción y medidas ,ese es el único camino.Todo lo demás
es solo teoría magufa.

Una antena magnética no es un dispositivo maravilloso creado por ilusionistas,una antena magnética es
el resultado de infinidad de cálculos,análisis,simulaciones y pruebas.
No existen antenas magnéticas tipo llavero para H.F,eso no son antena son telares.

La longitud de circunferencia para un buen rendimiento podrá calcularse con la formula empírica de
Käferlein:

47250/F.min en kHz

Los extremos de banda de funcionamiento vendrán limitados en frecuencias bajas por la disminución
de la impedancia de radiación (Zr) ,que puede alcanzar valores tan bajos como 0.001 ohm y con esos
valores de Zr el rendimiento se acerca a "0".

El limite superior de trabajo vendrá limitado cuando la longitud de la circunferencia del Loop alcance
la dimesión de 1/4 de onda ya que la antena empezara a comportarse como una antena para componente
eléctrica del campo

Una antena magnética montada verticalmente será muy ineficiente para la componente eléctrica del campo por la proximidad al suelo,una antena eléctrica deberá situarse a 1/4 de onda del suelo como mínimo.
Una antena magnética es una antena completa ,exactamente como un dipolo y por tanto su relación tamaño 1/2 de onda será muy pequeña resultando de esto una atenuación adicional de la componente eléctrica del campo.

El diámetro del conductor del que construyamos nuestra antena magnética es un factor determinante a al hora del rendimiento,debido a la relación (Zr Rp).Rp es la resistencia ohmica pura del conductor y viene determinada por la resistividad del material ,el diámetro y la longitud, para una frecuencia determinada.

La impedancia de radiación será dependiente del Área del Loop y la frecuencia...

A=pi*rx2

r=D/2

Zr= 3.38 * 10e-8 * (Fx2 * A)x2=ohm

*No tengo P.I de como escribir cuadrado en el pu** Windows ,usaré x2 para cuadrado y x3 para cubo

Una bombilla de incandescencia será tanto más eficaz cuanto menos energía en calor radie ,pues con la antena lo mismo.

Construir una Loop con un alambre de 1 mm de diámetro es como quien tiene tos y se rasca los güe...

Montar horizontalmente a poca altura del suelo una antena magnética es como tener tos y rascarse los güe..

El conductor de una Loop debería ser un tubo de cobre cuyo diámetro sea lo mas grande posible ,50 mm
de diámetro no es ninguna barbaridad..

En el hilo Káferlein para H.F están los resultados de los cálculos;rendimiento,capacidad versus frecuencia,factor de merito "Q",Impedancia de radiación,resistencia de perdida,Inductancia ,reactancia inductiva...

Esta es la unica cera que alumbra,todo lo demás son entelequias Magufas
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J.Luis
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Re: Antenas magnéticas

Mensaje por J.Luis »

...Continuamos con el trabajo de Käferlein

Aquí se puede ver claramente que en onda corta , especialmente en las frecuencias más bajas , las
consideraciones para establecer comparaciones prácticas son completamente inútiles porque el ambiente influye
en el rendimiento. Si el bucle delta se hubiera montado en optimas condiciones de espacio libre,
habría sido superior a la del dipolo para DX , pero esa es la práctica y con ella debemos vivir.

Meses de pruebas prácticas y mediciones han demostrado que la antena magnética con un perímetro próximo
a 1/4 de onda es comparable a un dipolo 1/2 onda suspendido a poca altura del suelo y esto se hace mas patente
en frecuencias bajas.

Debido a los buenos resultados obtenidos con una antena magnética con perímetro de solo 1/16 longitud de
onda decidí construir las AMA 11 ,12 y 13.

Estas antenas tiene un un perímetro pequeño comprendido entre 1/12 y 1/32 longitudes de onda,estando
dichas antenas diseñadas para espacios muy reducidos y en la parte alta de la banda para la que fueron
diseñadas son en la practica comparables a un dipolo de 1/2 onda.

En frecuencias bajas ,estas antenas son entre 2 y 3 unidades "S" inferiores con relación a un dipolo
de 1/2 onda,pero compensan esta desventaja con una mejor relación S+N/N.Al fin y la cabo lo importante
no es con cuanta fuerza una señal nos llega si no su inteligibilidad,y esto es debido a lo extremadamente
selectivas que son sobre todo en frecuencias bajas.


Comenzamos el trabajo

Debido a los experimentos prácticos anteriores ,los resultados obtenidos , el proceso de calculo
desarrollado ,vemos con claridad que para establecer comparaciones practicas útiles entre un dipolo
de 1/2 onda y una de estas antenas ,deberemos considerar no un dipolo ideal si no un dipolo practico
con las perdidas de entorno.

Un dipolo de 1/2 para frecuencia de 3.5 MHz y suspendido a 10 m de altura ,es decir lambda/8 hasta
el suelo ,arrojó una ganancia teórica de aprox -13 dBi con respecto a un dipolo teórico ideal de 1/2 onda
en el espacio libre.
La antena magnética AMA 5 en la misma frecuencia y condiciones similares y con un perímetro de tan solo
lambda/16,presentó una ganancia de aprox -15dBi con respecto a un dipolo ideal de 1/2 onda.La diferencia en
la practica es solo de 2 dB con relación al dipolo suspendido a 10 m del suelo y 39 m de largo.
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Re: Antenas magnéticas

Mensaje por J.Luis »

Entré hoy en la Web de AMA para buscar una foto con la intención de mostrar el emplazamiento de alguna
de estas antenas y me encuentro con la noticia de que la empresa cierra y no fabrica más antenas
magnéticas
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Re: Antenas magnéticas

Mensaje por J.Luis »

La explicación de esto es que el dipolo radia bien hacia las áreas apuntadas por sus lóbulos de radiación ,mientras que la AMA recibe todos los ángulos de elevación y por lo tanto irradia a nivel total

Una antena AMA montada verticalmente cubre todos los ángulos de elevación y así logra independientemente de la altura de la capa ionizada reflejar hacia todos los puntos.
El dipolo como antena direcional cubre bien solo algunas áreas y depende del angulo de radiación y como sea el angulo incidente en la ionosfera.

El perímetro de una antena magnética podrá seleccionarse de manera libre entre lambda /4 y lambda /32..

*NT.Ya vimos que la impedancia de radiación de estas antenas depende del cuadrado de la frecuencia y el área.Si la circunferencia de la antena para una frecuencia dada es muy pequeña ,su área también lo será por tanto su impedancia de radiación será muy baja y la resistencia de perdida será grande con respecto a la impedancia de radiación ,por tanto el rendimiento será muy bajo.

Cosas a tener en cuenta para construir una antena magnética eficaz

El rango de operación para una antena magnética multibanda no debería cubrir un ancho de banda mayor que una octava,de no ser así la eficiencia de la antena disminuiría notablemente en las frecuencias bajas.

El condensador de sintonia de una antena magnética multibanda debería tener una capacidad residual (mínima) muy baja.

Cual es la eficiencia de una antena magnética en la practica?

Voy a dar mi opinión al respecto.Es posible alcanzar grandes distancias solo con antenas muy eficientes y transmisores de alta potencia?

Vemos tabla eficiencia de la antena versus unidades "S" del Smeter..
*S 9 =100 uV EMK o 50 uV sobre 50 Ohm

Eficiencia de la antena en % ----------------------------0,1%--0,5%--1%--- 5%---10%-- 25%--50%--80%--100%
Pérdida unidades "S" versus % eficiencia----------------5 ----3,8----3,3---2,2--1,6----1----0,5---0,2----0

Longitud de antena optima.

Debemos diferenciar entre antenas magnéticas monobanda y multibanda.

Para las bandas de 160,80 y 40 m la mayor eficiencia se logrará con antenas monobanda

La mejor forma de construir antenas magnética multibanda se dará para esta combinación de bandas

160 m-80 m; >>> 80m-40 m; >>> 40m-30m-20m;>>> 20m-17m-15m-12m-10m;>>> 30m-20m-17m-15m-12m

Longitud optima para antenas magnéticas monobanda

Máximo Lambda /4

Ventaja muy alta eficiencia mayor incluso del 95 %

Desventaja Muy grandes para frecuencias bajas

Longitud optima para antenas magnéticas multibanda

300.000/4=75.000-37%=47.250/ Frecuencia más baja en KHz

Esta ecuación demostró ser muy valida en la practica

El diámetro de la antena será el resultado de dividir la longitud obtenida con la formula anterior entre pi

D=(47250/Fmin Khz)/pi


El rango de frecuencia de trabajo de la antena no debería ser mucho mayor de una octava
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Re: Antenas magnéticas

Mensaje por Rapidbit »

Una vez terminada tu tésis, solo queda encuadernar.
Menudo curro te estas pegando.
Gracias.
Saludos.
EA4CP, AMSAT-EA 423.
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Re: Antenas magnéticas

Mensaje por J.Luis »

Gracias a dios ya me queda muy poquito para terminar la primera fase del trabajo,luego me tomaré un descanso de
varias semanas para consultar más bibliografía y empezar con la simulaciones Sonnet etc,etc...

Me parece que las AMA son una opción bastante interesante para los que no dispongan de más sitio que la superficie de un piso de ciudad,aunque
una terracita vendría de perlas para colocarlas.

Pásate por el hilo Käferlein para H.F a ver como de factible la ves .En principio un tubo fontanería de cobre con 28 mm de diámetro
daría un rendimiento aceptable en gran parte de la O.C..

Doblarlo para hacer un aro perfecto?
No sé ,imagino será jodido,pero la geometría con mejor rendimiento es el aro circular.

Pd.A día de hoy no sé los diámetros estandarizados de tubos de cobre para fontanería.Consulté la Web de un fabricante y da la resistencia eléctrica
y la admitancia ,pero no da los diámetros :)
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Re: Antenas magnéticas

Mensaje por ANgazu »

Excelente trabajo.


Como tienes conocimiento, experiencia y herramientas, cuando tengas un "ratin" - y si haces el favor- mira a ver si puedes diseñarme un stub coaxial para 421 Mhz ( el nuevo chisme no parece saturarse, pero por si acaso), que parece que lo que atenuan me daria un margen aceptable.

Saludos.
ANgazu.
"Seguiremos adelante......"
"8472"
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Re: Antenas magnéticas

Mensaje por J.Luis »

Susordenes.

RG58C/U
Velocidad de propagación 0.66*C
SBF 421 MHz
Z 50 Ohm
Zr 0.00 Ohm para la banda pasante
Zi banda pasante 50 Ohm
Longitud del cable 117.6 mm (abierto)
Capacidad paralela C=15.12 pF
Inductancia serie L=37.8 nH


Usé este cable por que me pareció bastante fácil de encontrar,pero bueno no es .
El cable de la simulación es un cable de la librería Agilent ,crear un modelo de cable RG58C/U no es fácil ,
el fabricante da muy pocos datos ,mas esto es muy aproximado a lo que hará tu Stub
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