Antena Multibanda T2FD

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Dipolo Plegado Inclinado T2FD

Sin duda es una de las antenas multibandas mas conocidas y mas empleadas en la actualidad. Este dipolo ha sido muy comercializado por diferentes fabricantes, pero sin embargo el fabricante de antenas mas reconocidos y mas solicitado al momento de adquirir dipolos multibanda es Barker & Williamson. No obstante lo anterior y en merito de quien en realidad desarrollo ésta antena, es conveniente hacer algo de historia y remontarse a 1949 que es cuando aparece el primer articulo describiendo la misma. Es G.L. Countryman W3HH quien reconoce haber tenido una fuente de información para el desarrollo del dipolo y que esa  fuente estaba bajo la dirección de la Armada "Norte Americana". Cave mencionar la curiosidad respecto del año en cuestión en la que se habría desarrollado la investigación de este particular artilugio irradiante. Personalmente creo que es durante esa época y las posteriores en que motivados por la guerra fría, el gobierno "Norte Americano" de la época no escatima  recursos para ir en ayuda y fomento de la investigación y desarrollo de sistemas que permitieran las radiocomunicaciones, las cuales demás esta decirlo, eran vitales para aquella época. Solo y como muestra de los alcances que se consiguieron durante ese periodo de tiempo es que me permito realizar un paréntesis para luego proseguir con el desarrollo del dipolo T2FD . A continuación sitaré  textualmente  la descripción uno de los mejores receptores de radio que se han fabricado.

Collins R390A

El Receptor de Radio ,Collins R390A/URR es considerado por todos los expertos y Radioaficionados del mundo como el mejor receptor de radio HF jamás construido,su cobertura es de 0.5 a 31.999 MHz y equipa 21 tubos de vacío, su electro-mecánica se diseñó en los años 50 y para uso militar con características tales como un amplificador de RF 6DC6 y un conjunto de 4 filtros mecánicos Collins.

Originalmente construido por Collins Radio Company en Cedar Rapids, IA, el R390A fue diseñado por 2 equipos,el equipo mecánico por Fred Johnson, mientras que el equipo de la electrónica fue supervisado por Ernie Collins Pappenfus, K6EZ. tanto la CIA y la NASA lo utilizaron para vigilar las comunicaciones del "Bloque Comunista",durante los años de la Guerra Fría, el R390A era tan valioso, que se clasifica TOP SECRET, una medida de seguridad que permaneció en vigor hasta mediados de la década de 1960.

Como dato anecdótico y para que sirva para hacerse una idea del potencial de este soberbio Receptor HF,el R390A está todavía en uso por la NSA ya que los operadores prefieren este antiguo Receptor a actuales superiores, el rendimiento de este Receptor supera a los mas modernos y carisimos Receptores actuales incluso a "veteranos y afamados" como Harris y Watkins-Johnson.

Bien, continuando con la presentación del dipolo plegado T2FD diremos que de acuerdo a información recopilada a lo largo de mucho tiempo, ésta antena o dipolo plegado se construyo más bien a fuerza de ensayo y error ya que como lo manifestó en su oportunidad G.L. Countryman W3HH en sus inicios se carecia de mayor información respecto del funcionamiento del dipolo, pero que sin embargo se constataba que entre sus características resaltaban y quedo impresionados por los siguientes atributos:

• 
  
  omnidireccional
• 
  
  Conciderable Ancho de banda  (3,5 a 30 Mhz)
• 
  
  Rango de impedancia plano
• 
  
  Apoyo unico para un lado de la antena, mientras el otro extremo permanece cerca del piso
• 
  
  Ganancia superior moderada respecto de un dipolo convencional horizontal

Observando la características, se puede apreciar las bondades de disponer de una antena de esta naturaleza. Sin duda alguna, muchos aficionados a las radiocomunicaciones se han propuesto como objetivo ensamblarla y hacerle funcionar, sin embargo ante tal aventura no son menores los problemas que han encontrados y tal vez en muchas oportunidades desecharon el proyecto por no encontrar la forma de enfrentar los problemas y sus respectivas soluciones. Es importante reconocer que a menudo nos hacemos asesorar y aceptamos rotundamente como cierto lo que nos plantea el asesor, sin embargo en mas de una ocasión ha resultado que el remedio no ha sido el esperado y optamos por repetir lo que a menudo se dice motivado por la incertidumbre "LA ANTENA ES MALA". Personalmente  pienso y sostengo aquello que dice "No existen antenas malas" solo existen unas mejores que otras. Siguiendo con mi personal apreciación creo que la T2FD es una excelente alternativa, mas aún cuando no se dispone de mucho espacio y se requiere trabajar en varias bandas de radio amateur.

Como anteriormente se dijo, no se dispone de mucha información respecto de la construcción de la misma, sobre todo aquello que tiene relación con la carga resistiva la cual "Cierra el circuito del los dos brazos de la Antena". Si bien existe alguna información en la cual se proporcionan algunos valores de la mencionada resistencia como por ejemplo 300,390,400,450,500,550,600 y hasta incluso 1000 ohm respectivamente, no son pocas aquellas personas que se preguntan ¿y cual es el valor ideal para la carga? y raudamente  se ecuchan consejos...........mira instala una carga de 390 con un balun de 4:1 o nó mejor con un balun de 6:1 !!!  ah! pero mejor le pones una carga de 300 ohm!!! y bueno la respuesta  anterior es muy utilizada por quienes opinan respecto de la mentada antena, ademas sostienen afirmativamente que se trata de una antena Rómbica y de ahí el hecho que se requiera de la instalación de una "Carga Resistiva". Pero personalmente sugiero que vayamos por parte, lo primero que se debe afirmar es que la "Carga Resistiva " de la T2FD no es una carga, sino un elemento terminador o de equilibrio de red y llegado a este punto traigo a la memoria de muchos el dispositivo que se instalaba en las viejas redes de PCs basadas en la utilización de linea coaxial de 75 ohm. Aquellos que se recuerdan de tal dispositivo seguramente en alguna oportunidad les sucedió o al menos escucharon de que a alguien se le olvido instalar el tapón (conector BNC cerrado) al final de la red, generalmente en el último nodo de la red. Cuando lo anterior sucedía, la red no funcionaba o por lo menos trabajaba muy mal. Bueno en realidad lo que pasaba era que secillamente la red estaba desequilibrada y que el "Tapón" no era sino una resistencia de 75 ohm alojada en el conector BNC. El símil del ejemplo anterior es entonces valido para el caso puntual de la T2FD, la cual si no dispone de una elemento terminador o de equilibrio apropiado, secillamente no estará equilibrada y por ende en un modo de transmisión no conseguiremos un SWR adecuado, el cual podría en algunos casos ser extremadamente alto y perjudicar el normal funcionamiento de nuestro equipo transmisor. Sabemos casi por cultura radial general que la máxima transferencia de energia se produce sí y solo sí las impedancias de la fuente y la carga son iguales, es decir, en la individualidad de los elementos que dispongamos entre y desde el tranceptor y la carga o antena sean de igual magnitud respecto de la impedancia. En otras palabras si nuestro equipo tiene una impedancia de salida de 50 ohm, la linea de transmisión otros 50 ohms y finalmente nuestra antena también dispone de la misma impedancia, entonces y solo entonces tendremos la máxima transferencia de energía fuente-carga. ahora bien quisiera destacar una situación particular y tal vez un tanto conceptual y ella es que no necesáriamente un resistencia implica una carga para la fuente o por lo menos no del todo, una manera de comprender éste último punto es quizás por medio del conocido puente de Wheatstone, en el cual si instalamos una resistencia entre los punto medios de cada brazo y sí estos últimos están en perfecto equilibrio, no circulara corriente por este último dispositivo. El dispositivo o resistencia del ejemplo, existe, es real y está instalado, pero no es una carga para el sistema ya que éste último está en equilibrio, pero que sucede si por algún motivo variamos el valor de dicha ¿resistencia? bueno; a gritos podemos afirmar que ¡ Nada !  ya que por esa resistencia no circula corriente, independiente del valor que ella tenga,  por cuanto la corriente esta en equilibrio en ambas ramas del puente y es precisamente por las ramas del puente por donde sí circula corriente. Queda de manifiesto que no todas las resistencias o cargas son necesáriamente una "Carga". Respecto del ejemplo anterior habrán quienes sostengan que, claro ello se explica por que se trata de de un ejemplo en el cual quizás se abordo con una componente continua, pero sin embargo ello también sucede en un modo AC y para los mas avezados pueden desarrollar el citado ejemplo trabajando en el dominio del tiempo, con una función por ejemplo Sen(wt) o Cos(wt).

Continuando con el desarrollo de la T2FD se verá y se puede comprobar que si por ejemplo decidimos de instalar una resistencia de terminacion de 390 ohm y en conjunto un balun con relación 4:1 en el feedpoint de la antena, dicha relación de transformación, de atraz hacia adelante implicaría que la linea de transmisión debiera ser de:

• 
  
  390/4=97,5 ohm

los cuales nada tienen que ver con los tradicionales 50 o 75 ohm de impedancia de las lineas coaxiales que a menudo se utilizan. Ahora bien podríamos escoger por ejemplo una terminación de 200 ohms en conjunto con un balun con relación 4:1 y utilizar como linea de bajada un coaxial de 50 ohm o también una terminación de 300 ohms y balun con relación 4:1 eligiendo como bajada un coaxial de 75 ohm e incluso para aventurar algo más probaríamos una terminación de 450 ohm y balun  9:1 de relación de transformación  y bajada de 50 ohm y así sucesivamente muchisimas combinaciones, las cuales numéricamente sean ciertas, pero nuevamente podría aparecer la pregunta ......¿ y cual es la combinación correcta?. Bien llegados a este punto siendo el mismo y obligadamente un punto de partida, tal vez la respuesta podría ser ¡ No sé! y continuar diciendo una frase para el bronce "Solo sé que nada sé" y son precisamente estas últimas palabras las que me motivan a escribir el presente articulo.

Buscando documentación realcionada con la T2FD he encontrado que esta antena es capaz de trabajar con diversas impedancias de entrada, las cuales están relacionadas con el elemento de equilibrio, el cual insisto muchos llaman resistencia de carga. Bueno y entonces ¿como es posible que una antena trabaje con tal abanico de posibilidades respecto de la impedancia y que ello solo sea función de relacionar el elemento de equilibrio con la impedancia de entrada de la antena?. Quizas el camino mas corto de explicar dicha situación sea la de ver y modelar la T2FD con un sistema  de un dipolo plegado, para el cual y para su análisis se modela este tipo de dipolos analizando dos modos por separados y luego sumarlos, estos modos son el modo par e impar respectivamente. Lo que en este modelo se realiza es la de descomponer al dipolo plegado en dos dipolos paralelos unidos en los extremos, estando uno de ellos alimentado en el centro con nuestro generador. la descomposición del dipolo plegado puede realizarse en el modo par o modo antena, con la misma alimentación en los dos brazos, y el modo impar o modo línea de transmisión, con dos generadores con signos opuestos. Las corrientes totales que circulan por el dipolo plegado, son la suma de las corrientes individuales en los dos modos, tal que:

• 
  
  I total=I impar + I par
• 
  
  El modo impar equivale a dos líneas de transmisión en cortocircuito, alimentadas en serie. Aunque no contribuye a la radiación, sí afecta la impedancia a la entrada.
• 
  
  El modo par de la línea de transmisión equivale a dos dipolos paralelos, alimentados con la misma tensión. Teniendo en cuenta la simetría del problema, las corrientes deberán ser iguales en los dos dipolos y valer cero en el extremo.

En el modo par los dos dipolos se pueden conciderar como un cuadripolo caracterizado por su respectiva matriz de impedancias tal que:

V1=I1Z11+I2Z12

V2=I1Z21+I2Z22

Teniendo en cuenta la simetría:

Z11=Z22

Z21=Z12

Para de ésta manera, la impedancia mutua de dos dipolos cercanos tiende a la impedancia de un dipolo aislado, es decir:

Z21 tiende a Z22

De lo anterior y mediante un desarrollo matemático de puede decir que el dipolo plegado equivale a un dipolo simple con un transformador de relación de tensiones 2:1 conectado a su entrada. El circuito equivalente para dicha conformación es dos impedancias en paralelo, de comportamiento reactivo opuesto (líneas de transmisión en cortocircuito y en circuito abierto) . Respecto del ancho de banda, este es mayor al de un dipolo simple ya que las reactancias del circuito de antena se compensan.

En el caso particular en que el dipolo plegado tenga una longitud de lambda cuarto, se puede aseverar que tal dipolo tendrá una impedancia de entrada  4 veces mayor a la del dipolo aislado.

Como conclusión se puede afirmar que un dipolo plegado, equivale desde el punto de vista de radiación a un dipolo simple con una corriente del doble de valor y con una impedancia  4 veces mayor.

Bueno hasta aquí muy valido lo del dipolo plegado, pero hora si es tan cierto todo lo anterior, prodremos aceptarlo como verdadero para la T2FD???



..........................Continuará

Apuntes y Bibliografia:

-Daniel Morales P.

-Miguel Ferrando, Alejandro Valero. Dep. Comunicaciones. Universidad Politécnica de Valencia