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Antena de halo

Diseño esbozado de una antena de halo típica de estilo moderno. Los tamaños y el espacio entre las placas terminales redondas se ajustan para sintonizar la antena con la resonancia; en algunos halos se omiten. La línea vertical gruesa y negra es el cable de alimentación , que termina en una pequeña caja negra que contiene un condensador de ajuste que, con la longitud del brazo gamma , coincide con la impedancia del punto de alimentación de la antena.

Una antena de halo , o halo , es una antena alimentada por el centro . 1 /2 Antena dipolo de longitud de onda , que se ha doblado en un círculo, con una rotura directamente opuesta al punto de alimentación. Los extremos del dipolo están cerca, pero no se tocan, y los extremos a cada lado del espacio pueden ensancharse para formar uncondensador, cuyo espaciado se utiliza para ajustar con precisión la frecuencia de resonancia de la antena. La mayoría de las veces, los halos se montan horizontalmente, lo que da como resultado que la radiación de la antena esté polarizada horizontalmente y sea casi omnidireccional.

Antenas de halo vs. antenas de bucle

Esta sección contrasta las antenas de halo con las antenas de bucle, que son eléctricamente diferentes, pero pueden confundirse ya que todas comparten la misma forma circular y pueden tener tamaños que son indistinguibles cuando se construyen para frecuencias dos veces más altas o la mitad de la frecuencia de diseño del halo. [a]

Halo vs. bucles grandes

Patrones de radiación de una antena de cuadro grande (izquierda) y una pequeña (derecha). Los bordes cuadrados y octogonales de color gris claro representan los cables de la antena. Los colores representan la intensidad de la señal: el magenta y el rojo son direcciones "calientes" de señal intensa; el azul y el índigo son direcciones "frías" o de señal baja o débil; el negro representa la ausencia de señal.

Aunque también es una antena resonante, la antena de halo es distinta de la antena de bucle de onda completa , que es casi exactamente el doble de su tamaño para la misma frecuencia de funcionamiento. En el caso de la antena de halo, cada mitad tiene aproximadamente un cuarto de longitud de onda y termina con un nodo de corriente (corriente cero y voltaje pico) en la ruptura. Los bucles autorresonantes con un perímetro de una longitud de onda completa tienen un patrón de radiación que alcanza su pico perpendicular al plano del bucle (a lo largo del eje z, en el diagrama siguiente) pero cae a cero dentro del plano del bucle, bastante opuesto al patrón de radiación de una antena de halo. Por lo tanto, a pesar de la similitud superficial, estos dos tipos de antena se comportan de manera fundamentalmente diferente.

Una antena de bucle de onda completa tiene una circunferencia de poco más de dos medias longitudes de onda, lo que es un poco más del doble del tamaño de una antena de halo diseñada para funcionar en la misma frecuencia. En contraste, los dos semicírculos de un bucle resonante tienen cada uno una longitud de media longitud de onda. No hay espacio entre ellos y cada semicírculo termina en el punto de conexión de los semicírculos, ubicado en el punto del círculo opuesto al punto de alimentación donde comienzan ambos semicírculos; la corriente y el voltaje son continuos a través del punto de conexión, que es un nodo de voltaje (corriente de pico y voltaje cero).

En el diagrama de radiación (izquierda), el bucle de onda completa, cuadrado y gris claro, tiene una señal máxima ( magenta ) en el costado de sus cables, con nulos en los lados izquierdo y derecho del diagrama; el bucle pequeño es el octágono gris claro, con su señal máxima dentro del plano del octágono de cable de antena, con nulos ( punto central negro ) en el costado de ellos.

Halo vs. bucles pequeños

Una antena de halo se diferencia de la antena de bucle pequeño en tamaño, [a] resistencia a la radiación y eficiencia , pero sus patrones de radiación son casi iguales. Una antena de halo es una antena auto-resonante : su impedancia de punto de alimentación no tiene reactancia / es puramente resistiva en la frecuencia de diseño. Una antena de bucle pequeño, por otro lado, tiene una resistencia a la radiación menor [b] y no es auto-resonante; requiere alguna forma de adaptación de impedancia para contrarrestar la reactancia del bucle; en la práctica, esto generalmente consiste en un capacitor variable que une el punto correspondiente al espacio de un halo.

Diagrama de conexión para una antena de halo con adaptación gamma .

La distribución de corriente a lo largo de los dos brazos de una antena de halo es similar a las corrientes a lo largo de los dos brazos (también de un cuarto de longitud de onda) de un dipolo de media onda (ver la animación allí ), siendo mayor en el punto de alimentación y cayendo a cero en los extremos (el espacio en el caso del halo). Por otro lado, un bucle pequeño tiene una corriente que es aproximadamente uniforme y en fase a lo largo del conductor. El halo, nuevamente como el dipolo de media onda, también tiene picos de voltaje en el espacio, mientras que es la corriente más grande cerca del punto de alimentación la más responsable de la radiación producida, con la antena irradiando ligeramente más hacia la división en el bucle. [ cita requerida ] El bucle pequeño irradia casi por igual en todas las direcciones dentro del plano del conductor.

Tanto los patrones de radiación del halo como los de los bucles pequeños son opuestos a los del bucle de onda completa, siendo máximos en el plano del bucle, en lugar de perpendiculares a él; las antenas de halo irradian solo una pequeña cantidad perpendicular al plano del bucle, y los bucles aproximadamente1/ 10 ⁠ Las ondas , o más pequeñas, en términos prácticos no tienen radiación perpendicular ("nula").

Los halos suelen orientarse con el plano del bucle alineado horizontalmente, paralelo al suelo, para lograr un patrón de radiación aproximadamente omnidireccional en el plano horizontal y minimizar la radiación vertical desperdiciada. Los bucles pequeños, por otro lado, suelen orientarse verticalmente para aprovechar la recepción "nula" del bucle pequeño apuntando su dirección "sorda" (perpendicular al plano del bucle) hacia una fuente de interferencia.

Comprensión errónea de la brecha del halo

Aunque algunos autores consideran que el hueco en el bucle de la antena de halo la distingue de una antena de bucle pequeña (ya que no hay conexión de CC entre los dos extremos), esa distinción se pierde en RF : los extremos de alto voltaje doblados juntos están conectados de manera capacitiva, y la conexión eléctrica de RF se completa a través de una corriente de desplazamiento . A pesar de la inversión abrupta del voltaje a través del hueco, la corriente de RF que une el hueco es continua (aunque posiblemente sea cero momentáneamente).

Un tipo de halo de "dipolo plegado", similar al halo patentado originalmente. [1] Ganancia a lo largo del eje Y 1,2  dBi , ganancia a lo largo del eje Z −10  dBi , ganancia a lo largo del eje X −1,7  dBi . Alimentado en el centro del conductor inferior (en la marca roja; línea de alimentación no mostrada), sostenido en el centro del conductor superior que está a potencial de tierra para RF.

El hueco en el halo es eléctricamente equivalente al condensador de sintonización en un bucle pequeño , aunque su capacitancia parásita no es tan grande como la necesaria para un bucle sintonizado : no se necesita capacitancia ya que la antena de halo ya es resonante, pero como de todos modos está presente algún pequeño acoplamiento capacitivo , los brazos del dipolo se recortan a partir del 97% de un cuarto de onda cada uno para restaurar la resonancia. Además, los extremos del halo a menudo se presionan aún más juntos, para aumentar su capacitancia mutua y luego los extremos se cortan aún más cortos para compensar, con el fin de hacer que el patrón de radiación sea aún más omnidireccional y para producir una radiación vertical aún menos derrochadora [c] (para un halo montado horizontalmente).

Diseños de Halo modernos vs. originales

Las primeras antenas de halo [2] utilizaban dos o más bucles paralelos, modelados a partir de una patente de 1943 [1] que era un dipolo plegado en un círculo, similar a la ilustración de la derecha. [3]

El diseño de doble bucle se puede ampliar a múltiples bucles apilados eléctricamente en paralelo . Cada bucle adicional aumenta la resistencia a la radiación en proporción al cuadrado del número de bucles, lo que amplía el ancho de banda de la ROE, aumenta la eficiencia de la radiación y, hasta cierto punto, ayuda con la adaptación de la impedancia a la línea de alimentación.

Las antenas de halo más recientes tienden a utilizar un bucle de una sola vuelta, alimentado con un adaptador gamma de un solo brazo . [d] El enfoque más nuevo utiliza menos material y reduce la carga del viento, pero tiene un ancho de banda más estrecho , puede ser mecánicamente menos robusto y, por lo general, requiere un balun de corriente para inhibir la radiación de la línea de alimentación.

Ventajas y desventajas de una antena halo

Como todos los diseños de antena, la antena de halo es un compromiso que sacrifica una cualidad deseable por otra cualidad aún más deseable; por ejemplo, los halos son pequeños y moderadamente eficientes, pero solo para una sola frecuencia y una banda estrecha a su alrededor. Las siguientes secciones analizan las ventajas y desventajas de las antenas de halo tanto desde el punto de vista práctico como teórico.

Ventajas

Antena de halo de 6 metros para radioaficionados móviles montada en el techo del automóvil (por WA8FJW ). Observe el triple bucle.

Desventajas

Notas

  1. ^ ab Tenga en cuenta cuidadosamente que para todos los tipos de antena, para la medición de patrones y rendimiento, el tamaño de una antena se mide como una fracción (o múltiplo) de la longitud de las ondas recibidas o transmitidas a través de ella; por lo tanto, el "tamaño" efectivo de cualquier antena cambia siempre que su radio adjunta se sintoniza a una frecuencia diferente.
  2. ^ Dado que la resistencia de radiación de la antena pequeña es pequeña, quizás como máximo unos pocos ohmios , la potencia convertida en ondas de radio puede verse eclipsada por la potencia perdida por el calor, debido a la resistencia en el conductor, que es de al menos unos pocos ohmios. Para un mejor rendimiento de transmisión, siempre se prefieren antenas más grandes, pero en longitudes de onda largas ( MF y LF más bajas ) el tamaño de cualquier antena resonante (incluidas las antenas de halo) es inviablemente grande y, debido a que son más compactas que un dipolo o monopolo , se utilizan de todos modos pequeños bucles como la opción menos mala.
  3. ^ abc La radiación de ángulo alto no es útil para las comunicaciones por radio, excepto para las ondas ionosféricas de incidencia casi vertical (NVIS) o para enviar señales a naves espaciales en órbita rápida con una antena fija. Para el caso especial de las comunicaciones por satélite, es conveniente un patrón de radiación que cubra uniformemente todo el cielo; sin embargo, la radiación vertical de un halo horizontal, que de otro modo se desaconseja, es demasiado escasa para cubrir uniformemente el cielo.
    Para las comunicaciones locales mediante NVIS , es necesaria la radiación vertical, pero en las frecuencias bajas en las que la señal ascendente puede reflejarse hacia abajo, las longitudes de onda largas hacen que los tamaños de los bucles de media onda sean complicados. Además, las frecuencias utilizables para NVIS cambian de un día para otro y, una vez construido, ningún diseño de halo puede cambiar de tamaño para adaptarse según sea necesario al cambio casi diario de la longitud de onda.
  4. ^ Un adaptador gamma estándar de "un brazo" , que proporciona una alimentación desequilibrada, a diferencia de un adaptador en "T" equilibrado de "dos brazos" (un adaptador gamma para cada lado del punto de alimentación). El uso de un adaptador gamma desequilibrado es solo una característica típica de los halos modernos; no es esencial para su diseño. Hay otros métodos menos comunes de alimentación de halos que funcionan igual de bien, o incluso mejor, y cualquier tipo de alimentación puede soportar un halo conectado a tierra, si la conexión del halo al mástil de soporte se coloca (como se muestra en las ilustraciones) en el centro eléctricamente neutro del bucle o bucles y tiene una conexión a tierra a través del mástil.
  5. ^ Las frecuencias de transmisión de bucle pequeño factibles son aquellas cuyo perímetro está comprendido entre aproximadamente ⁠ 1/ 8 ⁠ λ ~ ⁠  1 /3⁠ λ ,
    donde lalongitud de onda, λ , viene dada por λ = ⁠  299,79 metros  / f [en MHz ]⁠ = ⁠  983.563 pies.  / f [en MHz ]⁠ .
    La frecuencia de funcionamiento más alta está determinada por la capacidad mínima del condensador de sintonización del bucle pequeño. La frecuencia más baja por la capacidad máxima y por la cantidad de pérdida aceptable: a frecuencias más bajas, el tamaño eléctrico del bucle del mismo tamaño físico es menor, lo que reduce drásticamente la resistencia a la radiación (ya bastante baja para bucles pequeños) y hace que la eficiencia de la antena, que ya es marginal, sea muy pobre.
    Un rango más común, pero demasiado conservador, es ⁠1/ 10 ~ ⁠​ 1 /4⁠ onda,que se aplica ade recepción. El tamaño más pequeño está motivado por el deseo de mantener la alta directividad del nulo de recepción del bucle, en lugar de tamaños más grandes preferidos para una mejor eficiencia de transmisión. Para recibirondas cortasymedias, un rango de tamaño de antena de bucle mucho más pequeño es bastante práctico, con circunferencias de hasta quizás ⁠1/ 16 ⁠ longitud de onda o menor. No existe tal latitud con una antena de halo: solo puede ser (muy cerca) ⁠ 1 /2⁠ ola.

Referencias

  1. ^ Patente estadounidense 2324462, Leeds, LM & Scheldorf, MW, "Sistema de antena de alta frecuencia", expedida el 13 de julio de 1943, asignada a General Electric Company 
  2. ^ Stites, Francis H. (octubre de 1947). "Un halo de seis metros". QST . pág. 24.
  3. ^ "Dipolo plegado". Teoría de antenas .
  4. ^ ab Tildon, Edward P. (diciembre de 1956). "Efectos de polarización en la telefonía móvil VHF". QST . págs. 11–13.
  5. ^ Danzer, Paul (septiembre de 2004). "Un halo de 6 metros". Revista QST . págs. 37–39.

Enlaces externos