Antenas simples para satélite
(Como trabajar con satélites de forma sencilla)
Dice un dicho popular en México: “Cada maestrito tiene su librito”, o lo
que es lo mismo, cada quien tiene su propia forma de ver y hacer las
mismas cosas.
Y tratándose de radio afición, nada es más cierto ya que existen infinitas
maneras y combinaciones para realizar las mismas actividades. Sin
embargo hay premisas que nunca pueden ser ignoradas y una de ellas es
que el elemento MAS IMPORTANTE de cualquier estación de radio es y
siempre será la ANTENA, aun antes que los equipos de radio, aun antes
que las fuentes de energía y los diversos accesorios que podamos
incorporar a nuestras estaciones.
Dependiendo de nuestros presupuestos y situaciones particulares; si
cuentas con un perfecto ambiente, espacio libre disponible, línea de vista
con bajo horizonte hacia los 360 grados de tu localidad y una cantidad de
dinero suficiente para comprar antenas direccionales automatizadas con
rotores y un excelente sistema de radios, adelante… ya estás listo!
Pero qué pasa cuando cualquiera de estos factores (o varios) se
convierten en obstáculos para poder trabajar con satélites?
En ingeniería existe una regla estadística llamada 80/20 que dice que para
poder solucionar un problema “siempre debes solucionar primero el factor
más relevante (80%), y después solucionar los siguientes (20%)…”. Y
adivinen cual es el factor primordial?
Pues las antenas…
Y basado en la experiencia de muchos radioaficionados a satélites, las
soluciones pueden ser diferentes dependiendo de nuestras necesidades:
La solución para estaciones móviles pudiera ser usar antenas portátiles.
Estas antenas pueden ser realmente efectivas.
… Y también pueden funcionar como estaciones de base.
Portátiles:
En este popular segmento encontramos varias opciones, como las
populares antenas Arrow VHF/UHF que tienen una gran aceptación en la
comunidad satelital y de las cuales existen variantes y opciones incluso
para ser fabricadas por nosotros mismos.
Ver mi artículo: https://crecj.org/mi-propia-antena-para-satelites/
O podemos optar por otros diseños como las
logarítmicas ELK 2M/440L5 de doble banda (que
también pueden ser replicadas por nosotros).
… y por supuesto cualquier combinación de antenas Yagi doble banda
para las cuales existen muchas opciones y esquemas disponibles en
Internet.
Pero qué pasa si yo deseo trabajar desde mi casa?
Pues para esto existen varios modelos
motorizados de antenas direccionales
que generalmente son las mejores
opciones para trabajar desde base
(Aunque ciertamente NO son las
opciones más económicas o las más
simples de instalar y operar).
Ver mi artículo:
https://crecj.org/control-automatico-para-antenas-de-satelite/
Y aquí se pone interesante…
Resolvamos primero el factor MAS IMPORTANTE
Cuál es nuestro objetivo y cuál es el principal factor a resolver?
En las comunicaciones satelitales debemos “cubrir” cualquier posible
trayectoria de los satélites LEO, es decir… nuestras antenas deben poder
recibir y transmitir hacia cualquier dirección en un azimut de 360 grados, y
además como los satélites son estaciones móviles que se desplazan por el
cielo, debemos procurar que la mayor cantidad de energía sea radiada
sobre nosotros, a diferencia de las comunicaciones normales de VHF y
UHF donde se requiere que las energías se dirijan y se reciban hacia el
mismo nivel de altura. Es lo que hacen las antenas motorizadas; buscan la
trayectoria del satélite en tiempo real, y lo siguen para tener la mejor
calidad de señal.
En términos técnicos simples esto significa que requerimos antenas con un
patrón de radiación que incluya estas características:
 Que sea Omnidireccional (dirigido a 360 grados)
 Y que los lóbulos también apunten hacia arriba
Combinando estos 2 requisitos, obtenemos lo que en ingeniería se conoce
como patrón “ISOTROPICO”. Que aunque es muy parecido al patrón
Omnidireccional se diferencia en que también se incluye radiación “hacia
arriba”.
Patrón Omnidireccional:
Patrón ISOTROPICO:
.. Y adivinen que…
Cualquier antena vertical puede ser ajustada para simular un patrón
isotrópico que nos permita trabajar con satélites de radioaficionados.
Pero no todas las antenas verticales son aptas para este fin, ya que por
una parte necesitamos que la antena tenga la suficiente sensibilidad para
recibir las débiles señales de los satélites y las verticales se caracterizan
por tener un relativo nivel alto de ruido, y por otra parte no todas las
verticales tienen lóbulos verticales ALTOS, porque una antena de ¼ de
onda no es igual que una 5/8 y una antena con carga es diferente a una
antena sin carga.
Como hemos visto en otras ocasiones (https://crecj.org/instalacion-deantenas-moviles/ ), la mejor opción para satélites con antenas verticales
son las de ¼ de onda con plano de tierra ajustado hacia abajo, para que el
patrón vertical sea lo más elevado posible y se comporte más como
isotrópica que como omnidireccional.
Esta opción es un excelente modo de iniciarse en esta modalidad a bajo
costo y de manera simple. (Recuerden que hay que hacer una antena para
VHF y otra para UHF, o también pueden experimentar con antenas
verticales de doble banda)
Estas antenas son fácilmente fabricadas usando las siguientes formulas:
¼ de onda para VHF 144.00MHz: (300 / 144.00MHz) * 0.25 * 0.96 = 0.5 (m)
¼ de onda para UHF 435.00MHz: (300 / 435.00MHz) * 0.25 * 0.96 = 0.166 (m)
Sin embargo existen otras opciones simples y con mejores prestaciones
para operar satélites desde una estación de base, y es construir o
comprar una antena diseñada para obtener este tipo de radiación
ISOTROPICA que tanto buscamos…
La primera opción son las antenas HELICOIDALES que tienen la
desventaja de ser difíciles de construir por sus características mecánicas
y la complejidad de los cálculos para hacerlas resonar de forma exacta en
ciertas frecuencias.
La segunda opción son las antenas tipo “Batidora de Huevos”
(Eggbeaters), cuya principal desventaja es que requieren forzosamente de
una adaptación de impedancia con baja perdida para que sean
realmente de utilidad.
Ambos tipos de antenas
ISOTROPICAS tienen las
características de radiación ideales
para satélites sin elementos
móviles
Y por último, pero con la ventaja de su extrema simplicidad, unos
arreglos de antenas tipo MOXON (en fase y polarización vertical), que
son fáciles de construir y presentan características peculiares que
explicare a continuación:
Las antenas MOXON son la versión más simple del concepto Yagi, pues
consisten de un elemento dipolo radiante y un elemento reflector, por lo
que su patrón de radiación POLARIZADO es más ancho (menos
direccional) que las Yagi completas que incluyen adicionalmente 1 o más
elementos directivos (lo que aumenta proporcionalmente su
direccionalidad), y es precisamente esta característica de direccionalidad
ancha y que son antenas polarizadas lo que nos permite modelar un
arreglo de antenas simples y apropiadas para satélites.
Patrón de radiación de una Yagi
simple de 3 elementos, comparado
contra una Moxon (a la derecha)
Las antenas Moxon tienen lóbulos front-to-back de aproximadamente 180
grados, son polarizadas y sus patrones son anchos y si combinamos
estas características en un arreglo similar al siguiente básicamente
estaremos logrando una antena omnidireccional de 360 grados, con alto
ángulo de radiación vertical, simple, liviana y fácilmente adaptable a
nuestros equipos de radio para satélite.
A conectada al núcleo del arnés coaxial
de 50 Ω
B conectada al núcleo del arnés coaxial
de 75 Ω
C conectada a la malla del arnés coaxial
de 75 Ω
Arreglo de antenas Moxon
interconectadas por la base de los
reflectores, en polarización
VERTICAL en fase de 90 grados y
alimentadas con arneses de 50 y 75
Ω respectivamente para una banda
en particular
Arnés 1 -> A y D
Arnés 2 -> B y C
D conectada a la malla del arnés coaxial
de 50 Ω
E es la interconexión de los reflectores
unidos por la base y SIN conexión a los
arneses
Esquemático de interconexión
de los arneses coaxiales a los
elementos radiantes (feeders)
del arreglo de Moxons
cruzadas para una banda
determinada.
NOTA: Hay que fabricar un arreglo para VHF y otro para UHF
Para calcular las dimensiones se puede usar software para construcción de
Moxon o algún tutorial ajustando las dimensiones para VHF y UHF, y para
auxiliarse en la construcción de los arneses se pueden utilizar las siguientes
medidas.
Para VHF:
2 cables de 75 Ω (cable de TV) = 433mm + 1 cable de 50 Ω (RG58) = 340mm.
Para UHF:
2 cables de 75 Ω (cable de TV) = 145mm + 1 cable de 50 Ω (RG58) = 114mm.
Quedando instaladas de la siguiente manera:
Saludos y como siempre…
Nos vemos en el siguiente artículo.
73 de Miguel Dario XE2UD