ANTENA LOOP CIRCULAR DE UNA ESPIRA : TEORIA

La antena loop circular de una espíra que pretendemos diseñar tiene como principio de operación un embobinado primario y un secundario; es por eso que ésta antena tambien se conoce como antena magnetica.

La antena de Magnética fue empleada ampliamente en sistemas militares, aunque se la conocia mas por el nombre de cuadro o loop. Generalmente esta formada por una espira conductora, aunque podrian ser más, formando una circunferencia, cuadrado, hexágono u octógono, cuyas dimensiones físicas pueden variar desde 30 o 40 cm de diámetro, hasta varios metros, según la frecuencia y el rendimiento esperado. La inductancia de la espira habitualmente está sintonizada por un condensador variable. La antena se acopla a la línea de transmisión por medio de un eslabón o un acoplamiento capacitivo tal como se muestra en la figura.

El eslabón de acoplamiento tiene un diámetro que será aproximadamente 1/5 a 1/6 del diámetro del loop para una correcta adaptación a una línea de 50 Ohms.

Las principales ventajas de éste tipo de antena son:

• No requiere una altura mínima de 0,15 de onda, como los dipolos de ½ onda.

• No se requieren puntos donde sujetar los extremos.

• No requiere el espacio ocupado por los radiales.

• Es más o menos portable y de fácil instalación.

• Al ser de banda ancha, puede ser utilizada para más de una banda

Por todo lo anterior, resulta una antena ideal cuando hay restricciones de espacio o para operar en las salidas al campo o camping especialmente en las frecuencias más bajas de HF.

Sus principales desventajas son:

Al ser una antena de polarización vertical, la reflexión en tierra esta en fase con la producida por la antena de forma que ambos campos se suman. Precisamente por esto la podemos instalar tan baja como queramos sin que se registren perdidas considerables. En las antenas dipolo (en polarización horizontal) al estar en contrafase ambos campos se anulan, por eso requieren ser colocadas relativamente altas respecto al suelo.

Teniendo en cuenta que el rendimiento de una antena viene determinado por la resistencia de radiación respecto a la resistencia de perdidas (conductores, dieléctricos, tierra, etc.) y que en la antena magnética dependen de la resistividad de su conductor y de su condensador de sintonía, es relativamente fácil conseguir en la banda de 40m. que con una antena de solo 3 m. de diámetro se obtenga un rendimiento similar al de un dipolo y que además puede instalarse a baja altura.

Para conseguir minimizar las perdidas resistivas es necesario emplear un material que sea muy buen conductor, como el cobre, El aluminio ya se considera una solución de compromiso. El conductor deberá tener un diámetro mínimo de 25 o 30 mm. Las uniones, si las hay, tienen que ser eléctricamente perfectas, preferentemente soldadas (con plata, a ser posible) y las conexiones al condensador variable mediante cinta o tubo aplastado.

Si la antena ha de emplearse solo en recepción, su realización no será tan exigente y podra emplearse un condensador normal de bajo aislamiento, ya que una pérdida de 10 o 15 dB no será tan importante.

La antena magnética o de cuadro forma un circuito resonante serie y como las perdidas resistivas tienen que reducirse al máximo para obtener un buen rendimiento, el "Q" resultante es extraordinariamente alto por lo que el ancho de banda es muy estrecho. Esto obliga a resintonizar el condensador al variar ligeramente la frecuencia. Debido a tan alto "Q" con tan solo 100 Watios, aparecen en bornes del condensador, tensiones del miles de voltios.

ANTENA LOOP CIRCULAR DE UNA ESPIRA : DISEÑO

A la hora de la fabricación se opto por realizar una circunferencioa de 53 cms., ya que por cálculos y pruebas posteriores concluimos que se ajustaba más para obtener la frecuencia deseada.

La resistencia de radiación del cuadro de la antena magnética puede calcularse con la ecuación

Para que pueda sintonizarse mediante un condensador, evidentemente la loop deberá ser inductiva a la frecuencia de trabajo, esto limita su tamaño, pero justamente esta es una ventaja que deseamos aprovechar.

Como regla práctica se calcula de manera que su perímetro no exceda 1/4 de onda a la frecuencia de trabajo más alta y de allí se obtiene, su diámetro (o diagonal).

1/4 de onda = 1.875 m

Diámetro = 1.875 m / p = 53,18 cm.

Con diámetros muy grandes, en general la inductancia será tal, que no será posible sintonizarlo mediante un condensador variable debido a la capacidad distribuida. Para saber la inductancia aproximada de una loop circular se puede usar la siguiente formula:

donde p = Perímetro de la espira medido a través del centro del conductor en m; d = diámetro del conductor en mm.

Reemplazando valores para nuestro caso, obtenemos que L =34.20mH

Conociendo ya la inductancia es sencillo calcular la capacidad mínima necesaria para la frecuencia más baja de operación, de la siguiente manera:

Así para el caso que estamos tratando C = 365pF

Este condensador de sintonía requiere una cuidadosa consideración ya que estará sujeto a tensiones de RF muy elevadas aun con potencias pequeñas.

CONSTRUCCIÓN

 Veremos aquí la construcción de la antena loop diseñada, usando un cable de los que se usan para telefonía. Este tipo de cable telefónico vienen con 8 cables internos identificados con colores.

La antena consiste en un aro de aproximadamente 1/2 metro de diámetro, el que se realizo con alambre rígido. Posteriormente se montó el cable sobre este aro, siguiendo la misma forma de círculo, y se sujetaron los cables internos con cinta aisladora.

Luego se pelaron los extremos de cada uno de los cables internos del cable telefónico. Se debe tener en cuenta que lo que se intenta hacer es una gran bobina, con bobinado primario y secundario.

Primero elegimos el color del cable para el secundario, el marrón. Seguidamente se empezó por la punta izquierda y se elegió un color para el primario, el blanco; luego se tomó al extremo blanco en la punta derecha y se unió con otro color de la punta izquierda, y así se fueron conectando los cables consecutivamente (bien soldados) hasta terminar con todos los colores.

Nos quedaron dos puntas de este primario, formando una bobina continua hecha de 7 cables diferentes, en este ejemplo la punta izquierda será de color BLANCO y la derecha con el último color que nos quedo, el amarillo. Ese será todo el bobinado primario, que va conectado a un condensador variable de 365 ó 410 pF (dial de radios viejas). Los dos extremos del cable marrones (bobinado secundario) irán directamente al receptor.

Se tuvo en cuenta que la longitud del cable comprado se calculo en base al perímetro de la circunferencia del aro, entonces:

Perimétro = 3,14 x 53 cms. = 1,66 metros de cable.

BIBLIOGRAFIA