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TITULO:
DISEÑO, PLANIFICACIÓN Y DESARROLLO DE UNA ESTACIÓN
EN HF DE ALTA COMPETITIVIDAD PARA RADIO DEPORTIVA
AUTOR: SALVADOR DOMÉNECH FERNANDEZ
TUTOR: FCO. JAVIER JIMENEZ LEUBE
• Miembros del Tribunal:
Presidente: D. Javier Gismero Menoyo
Vocal: D. José Manuel Riera Salís
Secretario: D. Francisco Javier Jiménez Leube
Suplente: D. Ramón Martínez Rodríguez-Osorio
• Fecha de lectura y defensa: 13 julio 2012
• Calificación obtenida: Matricula de Honor
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR
DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACIÓN
DISEÑO, PLANIFICACIÓN Y DESARROLLO DE
UNA ESTACIÓN EN HF DE ALTA
COMPETITIVIDAD PARA RADIO DEPORTIVA
Salvador Doménech Fernández
JUNIO 2012
A Pilar y a nuestros armónicos
Salva, Pablo, Fernando y Miguel
AGRADECIMIENTOS
A Javier Jiménez Leube por su acertada dirección y guía en la realización del PFC
y por tantos años de amistad.
A Manolo EA8ZS, Pekka OH1RY, Juan EA8CAC y a todos los operadores de la
super-estación de la Montaña Mágica con los que hemos compartido lucha durante
largos días y noches, para conseguir juntos siete campeonatos del mundo.
A la URE, Unión de Radioaficionados Españoles, por su confianza depositada en
mí en los Campeonatos mundiales de HF de la IARU y a los operadores y amigos que
consiguieron establecer un nuevo record mundial del Campeonato en 2011.
A José Miguel EA5FL, Fernando EA5GVZ, Andreu EC5AA, Rafael EA5XP,
Salva EA5DWS, Juan EC5JC y demás componentes del entusiasta equipo de concurso
Plis.Plai-Denia por su incansable contribución a probar con fuego real muchos de los
desarrollos propuestos en este PFC.
A Pilar, por su apoyo incondicional y por saber perdonar el tiempo que el
incurable virus de la Radio nos ha robado durante tantos años.
Resumen
I
RESUMEN.
Este PFC desarrolla una estación de altas prestaciones para la práctica de
competiciones de radio deportiva con capacidad de obtener puestos de cabeza en las
principales competiciones mundiales. El proyecto abarca desde la selección de la
ubicación a nivel mundial para la estación, el análisis de las condiciones de propagación
desde la misma hacia los lugares del mundo de más interés, el desarrollo de diferentes
sistemas radiantes directivos para cada una de las bandas de onda corta, el diseño de
exigentes sistemas de filtrado para evitar la interacción de los diferentes transmisores, la
selección y disposición de los equipos y puestos de operación, así como la integración
de los diferentes elementos requeridos para conseguir una estación capaz de aspirar a
puestos de cabeza en las principales competiciones de radioafición.
El diseño realizado de los sistemas radiantes plantea soluciones asequibles para
conseguir diagramas de radiación en las principales bandas de onda corta que se adapten
de manera rápida y eficiente a los variables ángulos de llegada de señales por
propagación ionosférica desde diferentes lugares del mundo. Asímismo, el campo de
antenas desarrollado permite transmitir simultáneamente hacia diferentes rumbos con el
objeto de cubrir eficientemente diferentes regiones del mundo a la vez. Para la banda de
160 metros se ha diseñado un sistema de antenas de bucle conmutables de muy elevada
directividad y ligereza. Para 80 metros se ha diseñado un sistema de acortamiento físico
de la longitud de los dipolos de antenas Yagi de muy alta eficiencia para disponer de
sendas antenas directivas para esta banda de un tamaño manejable que permitan ser
orientables. Para las bandas de 40 metros a 10 metros se han realizado diversos diseños
optimizados de antenas Yagi de 4 y 5 elementos para obtener una excelente ganancia,
limpieza de lóbulos y ancho de banda para su uso en todo el espectro de cada banda.
Estas antenas se distribuyen en configuraciones apiladas y enfasadas sobre diferentes
torres de 45 metros de altura para obtener los diagramas de radiación con el ángulo de
elevación óptimo para cada momento del día en cada una de las bandas de acuerdo con
las condiciones de propagación ionosférica reales.
Se plantean también soluciones de filtrado para el problema de la interacción entre
estaciones con muy elevada EIRP que se deben encontrar situadas a poca distancia entre
sí según las bases de los principales concursos de radio. Se han diseñado diferentes tipos
de filtrado paso banda para onda corta para transmisión y recepción así como diversas
modalidades de filtros de grieta con elementos resonantes realizados con resonadores
convencionales y también mediante líneas de transmisión.
Resumen
II
El proyecto incluye el estudio y selección de una ubicación óptima entre
diferentes alternativas a nivel mundial para la implantación de la estación. Para ello se
han simulado por ordenador las condiciones de propagación ionosférica hacia las
regiones del mundo de mayor interés y se ha analizado el historial de primeros puestos
en competiciones internacionales de radio considerando la ubicación de los finalistas.
Mediante un algoritmo de valoración se ha determinado la ubicación de la estación con
mayor potencial para conseguir la mejor puntuación en radio deportiva.
Se presta también especial atención a la selección de los equipos de transmisión-
recepción con énfasis en su capacidad para manejar señales muy débiles en entornos de
fuerte saturación por radiofrecuencia. El PFC desarrolla también los aspectos de la
integración de los diferentes elementos auxiliares que permitan una operación
competitiva desde la estación, tales como la automatización de la operación (manejo
asistido por ordenador de transceptores, registro de comunicados, selección de antenas,
cálculo de puntuación, predicción de propagación, etc), así como la disposición de
puestos, sistema de energía, coordinación de las operaciones e información de
inteligencia competitiva.
El proyecto finaliza con un presupuesto detallado y un calendario para la
ejecución del mismo en la ubicación seleccionada.
PALABRAS CLAVE
Radioafición, radio deportiva, propagación ionosférica, contesting, concursos de
radio, selección de ubicaciones en onda corta, diseño de antenas Yagi, enfasado de
antenas Yagi, antenas de bucle cerrado, antenas Beverage, ángulos de llegada de
propagación ionosférica, predicción de propagación en HF, interferencias por
íntermodulación, interferencias por saturación, filtros de grieta en HF, filtros paso-
banda en HF, filtros "stub", filtros con cable coaxial, software de radioafición, selección
de receptores HF, predicción de ciclo solar, antena Yagi acortada, bobinas de carga,
antena delta-loop, antenas de recepción en HF, filtros con líneas de transmisión, filtros
de potencia en HF.
Glosario
III
GLOSARIO
Ángulo despegue Ángulo formado por el eje del lóbulo principal del diagrama de
radiación con el plano de tierra, tomando como referencia este
último. Para enlaces de HF de muy larga distancia, el ángulo de
despegue suele ser muy bajo, del orden de 3º a 15º sobre el
plano de tierra.
CAG Dispositivo usado en los receptores que permite compensar
automáticamente las variaciones en la intensidad de señal
recibida debidas a desvanecimientos en el trayecto
CCIR Comité Consultivo Internacional de Radiocomunicaciones.
Actualmente UIT-R.
CQWW DX TEST Abreviatura del principal concurso mundial de radio deportiva.
Se celebra en las modalidades de fonía, telegrafía y radioteletipo
y está organizado por la revista CQ Magazine de EEUU.
CW (Continous Wave u onda continua). Telegrafía por interrupción
de onda portadora utilizando código Morse.
DX En el entorno del Servicio de Radioaficionados, con DX se hace
referencia a enlaces radio de muy larga distancia, generalmente
intercontinentales.
foF2 Frecuencia crítica o frecuencia de corte para que se produzca
reflexión de la onda incidente vertical en la capa ionosférica F2.
FOT La Frecuencia Óptima de Trabajo (FOT) es aquella de valor un
10% inferior a la MUF y que permite la mayor estabilidad y
fiabilidad durante transmisiones prolongadas mediante
propagación ionosférica
HF (High Frequency). Banda de frecuencias del espectro
radioeléctrico comprendidas entre los 3 MHz y los 30 MHz. Las
ondas de radio de la banda de HF se propagan a muy larga
distancia fundamentalmente por reflexión ionosférica
IARU International Amateur Radio Union, Unión Internacional de
Radioaficionados, creada en 1925 y formada por las
asociaciones nacionales de radioaficionados de más de 160
Glosario
IV
países y que tiene estatus de observador ante la UIT, Unión
Internacional de Telecomunicaciones.
LSB (Lower Sideband o BLI Banda Lateral Inferior). Ver
modulación de banda lateral única, SSB.
LUF (Lower Usable Frequency ó mFU mínima Frecuencia
Utilizable). Mínima frecuencia de una onda de radio de la banda
de HF que permite la operación sin dificultades provocadas por
el ruido atmosférico y la elevada absorción en la capa D.
MUF (Maximum Usable Frequency ó MFU, Máxima Frecuencia
Utilizable). Es la máxima frecuencia que permite la
comunicación en HF entre dos puntos concretos mediante
reflexión ionosférica. Por encima de la MUF, no existirá
reflexión.
M/M Multioperador-Multitransmisor. Categoría de participación en
las competiciones de radio deportiva en las que varios
operadores transmiten simultáneamente en todas las bandas.
MOST (Multi Operator Single TX). Categoria de participación en la que
varios operadores operan un único transmisor.
Multiplicador Contacto realizado con una estación que permite aumentar el
factor de multiplicación en la puntuación final. Generalmente se
establece en las bases de la competición como multiplicador
cada nuevo país o zona del mundo contactados en cada banda.
NEC-4 (Numerical Electromagnetic Code). Paquete de software para el
análisis de antenas basado en el método de momentos para la
solución de las ecuaciones integrales del campo electro-
magnético. Desarrollado por la Universidad de California y
Lawrence Livermore National Labs.
QSO Comunicado completo entre dos estaciones. El comunicado es
valido si se completa sin errores el intercambio completo de
ambos indicativos y la información del reporte.
Reporte Intercambio completo de información que se realiza en un
comunicado o QSO de concurso.
RIT (Receiver incremental tuning) Dispositivo usado en los
receptores que permite variar ligeramente la frecuencia de
Glosario
V
recepción respecto a la frecuencia de transmisión, para
compensar las desviaciones en frecuencia de los transmisores
utilizados por los radioaficionados corresponsales.
RST (Readibility, Strength & Tone, Inteligibilidad, Intensidad, y
Tono). Convención para codificar la calidad de la señal recibida
en comunicados del Servicio de Aficionados. La inteligibilidad
(R) se mide de 1 a 5 y la intensidad y el tono de 1 a 9. En
concursos de radio deportiva se envia casi siempre 599 por
defecto.
RTTY Radioteletipo.
Running Modalidad de cursar tráfico de comunicados en una competición
de radio deportiva consistente en llamar en una frecuencia fija y
atender las llamadas recibidas a alta velocidad.
RX Abreviatura de recepción o de receptor.
SDR Radio definida por software.
S&P Modalidad de cursar tráfico de comunicados en una competición
de radio deportiva consistente en desplazarse entre diferentes
frecuencias a la búsqueda de nuevas estaciones, principalmente
multiplicadores.
SSB (Single Side Band o BLU, Banda Lateral Única). Modulación
empleada en comunicados de radiotefonía consistente en una
única banda lateral de AM con portadora suprimida. Es el tipo
de modulación empleada en las competiciones de fonía en HF.
SSN (Smoothed Sunspot Number). Número suavizado (media móvil)
de manchas solares, obtenido a partir de observaciones ópticas.
Es un parámetro utilizado para la predicción de las condiciones
de propagación en HF.
TX Abreviatura de transmisión o de transmisor.
USB (Upper Sideband, o BLS Banda Lateral Superior). Ver
modulación de banda lateral única, SSB.
Índice
1
ÍNDICE
1. ANTECEDENTES.................................................................................................. 3
2. INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 5
2.1. La Radio Deportiva .................................................................................. 5
2.2. Puntuación en campeonatos de Radio Deportiva ..................................... 6
2.3. Categorías de participación ...................................................................... 7
2.4. Bandas de frecuencia en onda corta ......................................................... 8
2.5. Modos de operación.................................................................................. 9
2.6. Contenido de un comunicado en una competición internacional ............. 9
2.7. Historia de las competiciones de radio ................................................... 10
2.8. Estaciones de alta competitividad en el mundo ...................................... 11
3. OBJETIVOS DEL PROYECTO .......................................................................... 13
3.1. Objetivos ................................................................................................. 13
3.2. Especificaciones genéricas ..................................................................... 13
3.3. Especificaciones técnicas ....................................................................... 15
3.3.1. Bandas de frecuencia ...................................................................... 15
3.3.2. Potencia de emisión ........................................................................ 15
3.3.3. Pureza espectral de las emisiones ................................................... 15
3.3.4. Modos de emisión-recepción .......................................................... 15
3.3.5. Recepción ....................................................................................... 16
3.3.6. Fiabilidad del sistema ..................................................................... 16
3.3.7. Puestos de operación ...................................................................... 16
4. SELECCIÓN DE LA UBICACIÓN ..................................................................... 17
4.1. Selección de la zona del mundo ............................................................. 17
4.2. Selección del terreno: visibilidad de horizonte ....................................... 21
4.3. Análisis de ángulos de llegada ionosféricos ........................................... 23
5. SISTEMAS RADIANTES .................................................................................... 27
5.1. Campo de antenas ................................................................................... 28
5.2. Antenas para 160 metros: ....................................................................... 30
5.3. Antenas para 80 metros .......................................................................... 36
5.4. Antenas para 40 metros .......................................................................... 43
5.5. Antenas para 20 metros .......................................................................... 47
5.6. Antenas para 15 metros .......................................................................... 54
5.7. Antenas para 10 metros .......................................................................... 61
5.8. Antenas para recepción en 80 m y 160 m ............................................... 67
Índice
2
6. SISTEMA DE FILTRADO .................................................................................. 71
6.1. Sistema de filtros anti-interacción .......................................................... 73
6.2. Filtros paso-bajo entre los transceptores y sus amplificadores ............... 74
6.3. Filtros de grieta de bloqueo de bandas para las bandas bajas ................. 77
6.3.1. Filtro paso-banda y de grieta para 80 metros ................................. 78
6.3.2. Filtro paso-banda y de grieta para 160 metros ............................... 79
6.4. Filtros de grieta de bloqueo para las bandas altas .................................. 81
6.4.1. Filtro de grieta para 40 metros ........................................................ 82
6.4.2. Filtro de grieta para 20 metros ........................................................ 83
6.4.3. Filtro de grieta para 15 metros ........................................................ 84
6.4.4. Filtro de grieta para 10 metros ........................................................ 85
7. SISTEMA DE EMISORES RECEPTORES ........................................................ 87
7.1. Equipos transceptores ............................................................................. 87
7.2. Amplificadores lineales de potencia ....................................................... 91
7.3. Puestos de operación .............................................................................. 92
7.4. Elementos auxiliares ............................................................................... 93
7.5. Sistema de inter-bloqueo ........................................................................ 94
7.6. Matriz de conmutación de antenas ......................................................... 96
7.7. Interfaz de control de transceptores ........................................................ 98
7.8. Software de registro de comunicados. .................................................... 99
8. SISTEMA DE ENERGÍA ................................................................................... 101
8.1. Análisis de cargas de potencia .............................................................. 101
8.2. Sistema de respaldo .............................................................................. 101
9. PRESUPUESTO Y CALENDARIO DE IMPLANTACIÓN ............................ 103
9.1. Diseño del proyecto .............................................................................. 103
9.2. Implantación, integración y puesta en marcha ..................................... 103
9.3. Calendario de implantación .................................................................. 106
10. CONCLUSIONES .............................................................................................. 107
11. PLANOS Y ESQUEMAS ................................................................................... 111
12. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 131
Anexo 1. Índice de Figuras. .......................................................................................... 133
Anexo 2. Índice de Tablas. ........................................................................................... 137
1. Antecedentes
3
1. ANTECEDENTES
La radioafición es considerada por muchos como la pasión por la Ingeniería de
Telecomunicación convertida en hobby. Esta apasionante afición es practicada por casi
dos millones de personas a nivel mundial, de muy diferente condición social y nivel de
formación, muchas veces ajena al medio técnico, pero todos compartiendo el interés
común por el aprendizaje y la instrucción personal en las radiocomunicaciones que
representa la práctica de este hobby.
Esta afición, aunque practicada por particulares y sin ánimo de lucro, ha estado
siempre a la vanguardia de las radiocomunicaciones. Las primeras experiencias "por
debajo de los inútiles 200 metros", como se decía a principios del siglo pasado, fueron
realizadas por radioaficionados demostrando su utilidad en comunicaciones de larga
distancia. Las experiencias iniciales en espectro expandido fueron propuestas y
realizadas por radioaficionados en la década de los 1940's. Apenas 4 años después del
lanzamiento del Sputnik, los radioaficionados ya contaban con su propio satélite en
órbita, el OSCAR I, diseñado y construido por radioaficionados. En la actualidad más
de 40 satélites construidos por aficionados prestan servicio orbitando la Tierra. Hoy día,
los radioaficionados siguen experimentando con técnicas avanzadas de procesado de
señal para extraer señales débiles del ruido y para crear nuevos modos digitales capaces
de hacer comunicaciones fiables en entornos de señales muchos dBs por debajo del
ruido. Prácticamente todos los equipos de radioaficionado actuales son desarrollos
basados en técnicas avanzadas de SDR (Software Defined Radio) con diferentes
variantes. El radioaficionado y premio Nobel de Física, Joe Taylor K1JT, desarrolló en
2004 un modo digital extremadamente robusto ante señales muy débiles que ha sido
rápidamente popularizado entre radioaficionados de todo el mundo. Este modo permite
realizar contactos a nivel mundial por reflexión de señales en la Luna, -un camino de
más de 700.000 km- con estaciones domésticas de tan solo 100 W y antenas tan
pequeñas como una antena de TV convencional.
Entre las filas de radioaficionados se han encontrado otros numerosos laureados
con el premio Nobel, como W9GTY Jack C. Kilby (inventor del microchip), AA2EJ
George E. Smith (inventor del dispositivo CCD), W3DCL Michael S. Brown
(descubridor del mecanismo del colesterol), WB2LAV Russell A. Hulse (descubridor
de los púlsares junto al citado K1JT), entre otros. Muchos de ellos han declarado
1. Antecedentes
4
públicamente cómo la radioafición despertó y encauzó su pasión por la experimentación
y les aportó sobre todo una visión eminentemente práctica.1
La Radio Deportiva constituye probablemente la expresión más extrema de esa
pasión por la Radiotécnica al combinar la faceta deportiva y competitiva con el
desarrollo de soluciones prácticas de ingeniería que resulten mejores, más eficaces y
más fiables que las de otros contrincantes.
Este PFC recoge la experiencia durante más de 20 años de su autor en varios de
los más importantes concursos mundiales de radio deportiva. La mayor parte de los
desarrollos prepuestos en este trabajo han sido realizados y probados con éxito por el
autor en competiciones internacionales. El autor ha operado desde algunas de las
estaciones lideres a nivel mundial y ha sido campeón del mundo en diversas ocasiones
en los campeonatos mundiales CQWW DX Contest y ganador por equipos y actual
poseedor de record absoluto del mundo en el CQWW WPX. Ha sido organizador del
equipo de la Unión de Radioaficionados Españoles, URE, que obtuvo en 2011, en
representación de España, el record del mundo en el IARU HF Championship, el
concurso de referencia entre las asociaciones nacionales de más de 160 países que
componen la IARU.
El contenido de este proyecto pretende ser eminentemente práctico y orientado a
una implementación concreta, pero no está limitado al diseño para la instalación de la
correspondiente estación de radio de altas prestaciones. Incluye también los sistemas de
inteligencia competitiva y estrategia que deben acompañar al equipo deportivo en la
competición, así como directrices para optimizar la puntuación en los populares
campeonatos internacionales de radio deportiva. Este PFC se ha realizado intentando
emular el entusiasmo y pasión por la radiotécnica y la experimentación práctica que los
anteriormente citados ilustres radioaficionados demostraron señalando el camino sobre
cómo una afición ó hobby puede marcar mucho carácter en la actividad profesional.
1 http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1993/taylor-autobio.html
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1985/brown.html
2. Introducción
5
2. INTRODUCCIÓN
2.1. La Radio Deportiva
La Radio Deportiva es una actividad competitiva realizada por radioaficionados
legalmente autorizados para utilizar determinados segmentos distribuidos a lo largo de
prácticamente todo el espectro radioeléctrico. En una competición de Radio Deportiva,
una estación de radioaficionado, que puede ser operada tanto individualmente como por
equipos, debe intentar contactar con tantas estaciones de radioaficionado como sea
posible en un periodo determinado de tiempo, que suele ser de 24 ó 48 horas. En cada
comunicado se debe intercambiar una información consistente típicamente en los
indicativos de ambos corresponsales y un reporte consistente en las respectivas
intensidades de señales recibidas junto con un dato adicional que varía según las reglas
de cada campeonato. Estas reglas de concurso definen las bandas del servicio de
aficionado, los modos de comunicación que pueden usarse, el tipo de información que
debe intercambiarse y la puntuación que se obtiene por cada comunicado.
Una vez finalizado el periodo de tiempo establecido para la competición, los
contendientes envían a la organización del campeonato el listado de todos sus
comunicados con la puntuación final estimada que se derive de los mismos. Los
organizadores revisan todas las listas recibidas mediante exhaustivos cruces de datos
entre todas las listas de contactos elaborando un ranking de puntuación de las estaciones
participantes. Los puestos de cabeza de cada categoría reciben un trofeo y diploma
acreditativo del puesto logrado, que es publicado y celebrado por muy diversas revistas
y medios de Internet dedicados a esta afición.. Aunque la competición misma dura 24 o
48 horas, el proceso de revisión de los miles de listados recibidos lleva a los
organizadores muchos meses de trabajo hasta que se publican los resultados y se
confirman los ganadores de la competición. Durante los meses siguientes a la
competición, los organizadores comprueban minuciosamente todas las listas recibidas,
especialmente las de puntuaciones líderes, verificando la exactitud de cada contacto
mediante cruces entre las diferentes listas recibidas, comprobaciones con bases de datos
externas o incluso remitiendo cuestionarios a otras estaciones que habiendo contactado
con un participante, finalmente no enviaron una lista de control.
2. Introducción
6
2.2. Puntuación en campeonatos de Radio Deportiva
La puntuación en los concursos internacionales de mayor prestigio consiste en la
suma total de puntos obtenida por cada uno de los comunicados multiplicada por una
serie de "multiplicadores". Cada comunicado completo en una banda implica una
puntuación que suele ser diferente si se realiza entre estaciones del mismo continente,
misma zona o diferente continente de manera que se premian con mayor puntuación los
contactos intercontinentales frente a los realizados en el mismo continente. En muchos
concursos un multiplicador es cada uno de los primeros contactos conseguidos en cada
banda con estaciones ubicadas en diferentes regiones del mundo, que pueden ser las
zonas ITU (70 zonas), zonas CQ (40 zonas) o diferentes países, estados de EEUU o
provincias en caso de países con gran extensión, según establezcan las bases de cada
concurso específico. Para que un contacto sea válido debe haberse realizado
correctamente el intercambio tanto de indicativos como del reporte de señales recibidas
y el intercambio de información. El intercambio de información puede ser un número
correlativo correspondiente al número de contacto realizado en ese momento en el
concurso, la zona geográfica de ubicación de la estación, estado, provincia u otro dato
breve.
Las imprecisiones o errores en la recepción del intercambio o del distintivo de
llamada del corresponsal son penalizadas con la sustracción de varios puntos de la
puntuación reclamada final, en general muchos más puntos de los que se obtendrían de
considerar válido ese comunicado.
Para los concursos mundiales más importantes la puntuación y el intercambio en
cada comunicado es como sigue:
CQWW DX CONTEST (Fonía, CW y RTTY)
Intercambio: Reporte de señales (RST) + zona CQ del mundo (ej: 59 33)
Puntuación por contacto:
Contactos con el mismo país: 0 ptos.
Contactos con el mismo continente: 1 pto.
Contactos con diferente continente: 3 ptos.
Multiplicadores:
Suma total de zonas ITU y entidades ("países") en cada banda
Puntuación final: (Suma total puntos) x (suma total de multiplicadores)
2. Introducción
7
IARU HF CHAMPIONSHIP (Fonía y CW)
Intercambio: Reporte de señales (RST) + zona ITU del mundo (ej: 59 36)
Puntuación por contacto:
Contactos con el mismo país: 1 pto.
Contactos con la misma zona ITU: 2 ptos.
Contactos con el mismo continente, distinta zona: 3 ptos.
Contactos con diferente continente: 5 ptos.
Multiplicadores:
Suma de zonas contactadas más estaciones HQ en cada banda
Puntuación final: (Suma total puntos) x (suma total de multiplicadores)
2.3. Categorías de participación
Las competiciones de radio deportiva están patrocinadas principalmente por las
diferentes sociedades nacionales de radioaficionados, radio-clubs o por revistas
especializadas. Los principales campeonatos internacionales de radio por número de
participantes son:
- CQWW DX Contest
- IARU HF Championship
- CQWW WPX Contest
Los concursos de radio de mayor relevancia incorporan siempre dos categorías de
participación según el número de operadores que participen en una misma estación. La
categoría operador-único (SO) establece un único participante dedicado a las tareas
directas de operación de la estación tales como operación de las radios, recepción de los
comunicados, transmisión y registro de los comunicados. En esta categoría tan solo se
permite una sola señal en el aire en todo momento sea cual sea la banda de frecuencias.
En la categoría multioperador (MO) se permite un equipo mayor de operadores.
En esta categoría suelen aparecer al menos dos subcategorías adicionales en función del
número de transmisores que pueden estar activos simultáneamente. La categoría MO Un
Transmisor (MOST) limita que simultáneamente exista una sola señal en el aire. En los
CQWW DX y CQWW WPX se permite que eventualmente haya una segunda señal en
transmisión si es únicamente en otra banda distinta y tan solo para comunicar con una
estación que represente un nuevo multiplicador. En la categoría MO Multi-transmisor
(M/M) se permite un número ilimitado de transmisores con la única restricción de que
sólo puede haber una señal en el aire en la misma banda simultáneamente. En muchos
2. Introducción
8
concursos de prestigio se ha desarrollado en los últimos años una nueva categoría
multioperador, MO - 2 Transmisores (M2), consistente en permitir un máximo de 2
transmisores simultáneos y necesariamente en bandas distintas.
2.4. Bandas de frecuencia en onda corta
Todos los grandes concursos internacionales de radio deportiva en onda corta
utilizan, de entre todas las bandas asignadas por la UIT al servicio de aficionados, las
bandas de 160 metros, 80 metros, 40 metros, 20 metros, 15 metros y 10 metros. La
asignación de frecuencias dentro de cada una de estas bandas depende de la región UIT
y de la legislación de cada país respecto a los privilegios para las estaciones de
radioaficionado. Por ejemplo, en la Región 1 de la UIT, donde se encuentra España, los
segmentos de cada banda más comúnmente atribuidos al servicio de aficionado en
diferentes países y para las bandas en las que se realiza la actividad de competiciones de
radio son:
Bandas del servicio de aficionados
160 metros: 1.810 - 2.000 khz
80 metros: 3.500 - 3.800 khz
40 metros 7.000 - 7.200 khz
20 metros 14.000 - 14.350 khz
15 metros 21.000 - 21.450 khz
10 metros 28.000 - 29.700 khz
Los países de otras regiones UIT tienen ligeras variaciones en la asignación de
frecuencias en las bandas de 160 metros, 80 metros y 40 metros, lo cual no es
impedimento para realizar contactos internacionales, pues es frecuente el uso de
comunicados duplex usando diferente frecuencia para transmisión y para recepción
dentro de la misma banda. Aunque la IARU2 establece directrices sobre una serie de
sub-segmentos dentro de estas bandas para ser usadas en concursos, en la práctica éstas
no se cumplen debido a la enorme saturación que se produce en las mismas por la alta
participación. A efectos del diseño de una estación de altas prestaciones, ésta debe ser
capaz de transmitir de manera eficiente en cualquier frecuencia de las citadas bandas.
2 IARU International Amateur Radio Union, entidad formada por las asociaciones nacionales de
radioaficionados de más de 160 países y que tiene estatus de observador ante la UIT, Unión Internacional
de Telecomunicaciones.
2. Introducción
9
2.5. Modos de operación
Los modos de transmisión utilizados en los concursos de mayor prestigio son SSB
(banda lateral única) y CW (telegrafía por portadora conmutada). En los concursos
CQWW DX y CQWW WPX ambas modalidades se celebran en fechas diferentes y se
otorgan trofeos y clasificaciones por separado. En el IARU HF Championship, los
modos SSB y CW se practican en el mismo evento, pudiendo haber para las categorías
único-operador clasificaciones separadas por modo o bien una combinada para los que
participen usando ambos. Para las categorías Multi-operador tan solo existe para este
concurso la categoría mixta en la que se pueden usar ambos modos. Los modos digitales
como el RTTY o el PSK63 están creciendo en popularidad en competiciones deportivas.
En estos modos la comunicación se produce generalmente usando ordenadores, pero
siempre bajo la supervisión de un operador.
2.6. Contenido de un comunicado en una competición internacional
Los comunicados deben ser muy breves y limitados a la información
estrictamente requerida por las bases de la competición. Un ejemplo del intercambio
entre dos participantes es el siguiente en el concurso CQWW DX de SSB:
Estación 1: "CQ EA5DY EA5DY CONTEST" (Llamada general de EA5DY a
participantes del concurso)
Estación 2: "ZL1AA". La estación que contesta, de Nueva Zelanda en este caso,
sólo da su indicativo, no precisa dar nada más.
Estación 1: "ZL1AA 59 14". Confirma el indicativo recibido e indica que le recibe
con señales Q=5 (alta inteligibilidad) y S=9 (señal fuerte) desde la zona del mundo nº
14.
Estación 2: "THANKS 59 25". ZL1AA confirma la recepción del intercambio de
EA5DY y le pasa su reporte de señal Q=5 (inteligibilidad completa) y S=9 (señal fuerte)
desde la zona del mundo nº 25
Estación 1: "THANKS EA5DY". Confirma la recepción del intercambio y queda
atento para recibir la siguiente llamada de otro concursante.
En las versiones de telegrafía el contenido de los mensajes es muy similar excepto
por el uso de abreviaturas3. En las competiciones más concurridas un operador de alto
3 Abreviaciones típicas son TU para "thanks, gracias"; 5NN para 599, TEST para "contest" para
conseguir la mayor rapidez posible.
2. Introducción
10
nivel es capaz de realizar 10 comunicados por minuto en fonía (SSB) y alrededor de 5
comunicados por minuto en telegrafía (CW). Durante el CQWW DX Contest las
estaciones punteras en la categoría Multi-Operador pueden superar los 25.000
comunicados en las 48 horas de duración de la competición.
2.7. Historia de las competiciones de radio
Las competiciones de radio surgieron con el inicio de la propia radioafición en la
segunda década del pasado siglo a medida que se hacían más comunes los contactos
transoceánicos. Los concursos de radio se establecían como eventos multitudinarios en
los que concurrían radioaficionados para poner a prueba sus capacidades para manejar
el envío y la recepción de mensajes distantes que podrían ser de gran utilidad en caso de
emergencias o catástrofes. Con el tiempo, el número y variedad de concursos de radio
ha aumentado considerablemente y para muchos radioaficionados la radio deportiva
constituye la principal actividad de su hobby. En 1927, la American Radio Relay
League estableció un nuevo formato de concursos de radio que fue la base de las
competiciones internacionales actuales en las que se priman los contactos
internacionales de larga distancia. Este formato tuvo una gran popularidad que se
extendió a la creación de concursos de radio en otros países. En 1934 ya se organizaban
competiciones de radio en España, Canadá, Polonia y Australia. En 1937 se
incorporaron a la lista de países con competiciones de radio Brasil, Francia, Nueva
Zelanda y Reino Unido. La popular revista CQ Magazine inauguró en 1948 el que
pronto llegaría a ser el más prestigioso concurso de radio, el CQWW DX Contest. En
pocos años este concurso se convirtió en el más competido y concurrido de todo el
calendario deportivo anual. En 1986 la revista CQ estableció el galardón CQ Contest
Hall of Fame que se otorga a destacados radioaficionados por su trayectoria durante
muchos años en el mundo de la radio deportiva. Tras el cambio de siglo, la radio
deportiva se ha consolidado como una multitudinaria práctica deportiva de ámbito
mundial con decenas de miles de practicantes conectados no solo a través de las ondas
sino mediante revistas especializadas, numerosos sitios de Internet y conferencias.
Durante los últimos años la participación en estos eventos deportivos ha tenido un
importante crecimiento en el número de participantes internacionales. Por ejemplo el
más prestigioso y concurrido de las competiciones de radio, el CQWW DX CONTEST,
considerado el "Campeonato Mundial de la Radio", congrega durante sus 48 horas de
duración a participantes de más de 150 países, con más de 60.000 indicativos diferentes.
2. Introducción
11
Esta multitudinaria participación hace que esta competición de radio sea uno de los
eventos deportivos con mayor número de participantes en una misma cita, superando
incluso a la conocida Maratón de Nueva York.
2.8. Estaciones de alta competitividad en el mundo
Durante los últimos 15 años han ido proliferando por diferentes lugares del
mundo, estaciones con elevadas inversiones y complejos sistemas de antenas, donde se
desplazan equipos de participantes de distintas nacionalidades para competir a nivel
mundial. Ejemplos de estaciones de radio deportiva de alta competitividad se pueden
encontrar en www.radioarcala.com (Finlandia); www.cn2r.net (Marruecos);
www.k3lr.com (EEUU); www.d4c.com (Cabo Verde); www.dr1a.com (Alemania);
www.pj2t.com (Curaçao); http://rd3af.com/ (Rusia); http://www.hc8n.info/ (Islas
Galapagos, Ecuador), y http://www.6y1v.com (Jamaica).
Los equipos y estaciones que aspiren a ganar una competición de radio deportiva
deben combinar una serie de habilidades operativas, estratégicas y sobre todo de
ingeniería para lograr superar a unos contrincantes que igualmente dedican notables
recursos al diseño, puesta en marcha y continua mejora de las estaciones. Una estación
de radio deportiva de altas prestaciones debe ser capaz de comunicar sin errores con
estaciones de aficionado de todo el mundo, generalmente con señales muy débiles, en
un entorno de muy alta congestión y saturación de tráfico e interferencias en cada banda
de HF, identificar aperturas de propagación en tiempo real, buscar las mejores
direcciones y rumbos en función de la hora y banda, decidir la táctica a seguir en cada
hora en función de las condiciones ionosféricas, registrar los comunicados de manera
fiable y controlar la búsqueda de multiplicadores que maximicen la puntuación, entre
otros diferentes retos técnicos. En las siguientes imágenes se ilustran los campos de
antenas de algunas estaciones de radio deportiva de altas prestaciones.
2. Introducción
12
Figura 1. Estación de Radio Deportiva de radioaficionado OH8X en Arkala, Finlandia. Consta de
siete torres de 42 a 105 metros de altura sobre un terreno de 2 Ha.
Figura 2. Estación de Radio Deportiva de radioaficionado CN2R cerca de Casablanca, Marruecos,
con diferentes sistemas de antenas directivas en tres torres de 27 a 45 metros de altura.
3. Objetivos del Proyecto
13
3. OBJETIVOS DEL PROYECTO
3.1. Objetivos
Los objetivos del proyecto son el análisis, planificación y diseño de una estación
de HF en bandas de radioaficionado de alta competitividad, clase multi-operador, con
capacidad de obtener puestos de cabeza en los principales campeonatos mundiales de
radio deportiva. El proyecto se centra en el diseño de una estación de alto rendimiento
adecuada para las condiciones de propagación ionosférica prevista para los próximos 4
años de fase álgida del ciclo de manchas solares.
Adicionalmente, una estación de altas prestaciones para radio deportiva como la
desarrollada en este PFC, es una excelente instalación para ser utilizada de manera
inmediata y sin modificaciones, como estación de radio de emergencia ante catástrofes
o eventos naturales graves que pudieran dejar en precario los sistemas de
telecomunicaciones convencionales. Las características de diseño, funcionamiento y
especificaciones son perfectamente válidas para que la estación sea usada para tráfico de
emergencias con cobertura prácticamente mundial mediante comunicaciones en onda
corta. La capacidad de la estación para cubrir con una elevada EiRP diferentes
segmentos de frecuencias que van desde la OM (1.800 Khz) hasta el extremos alto de la
Onda Corta en incrementos de pocos Mhz, hace que en cualquier hora del día se
disponga de una frecuencia suficientemente próxima a la FOT ionosférica que permita
contactos fiables a muy larga distancia. Por otra parte, al ser una estación íntegramente
del servicio de aficionado puede estar integrada de manera inmediata en los operativos
de emergencia (red REMER) que se establezcan en la nación en caso de catástrofe.
3.2. Especificaciones genéricas
La estación debe ser capaz de trasmitir y recibir simultáneamente en cada una de
las seis bandas de HF de 160 metros a 10 metros lo que implica un desafío técnico de
primer orden al estar las antenas obligadas a ubicarse en un diámetro inferior a 500
metros por imperativo reglamentario de las competiciones de radio.
La estación dispondrá de doce sub-estaciones transmisoras-receptoras completas,
dos por cada una de las seis bandas, con capacidad de operar simultáneamente de
manera que cualquiera de las dos pueda recibir sin interacciones mientras la otra está
transmitiendo a plena potencia. En términos generales, una de las dos estaciones en cada
banda se dedica a la actividad running (llamada continua en una misma frecuencia para
3. Objetivos del Proyecto
14
realizar contactos) y la otra se dedica a "búsqueda y captura" de nuevos multiplicadores
o de estaciones participantes que todavía no han sido trabajadas por la estación de
running. La pureza espectral de las emisiones debe ser extremadamente alta para
garantizar que la segunda estación de cada banda puede operar a pocos Khz de
separación de la primera.
Así mismo, la estación debe ser capaz de identificar en tiempo real y aprovechar
las aperturas de propagación que puedan aparecen en cualquier momento de las 24
horas del día en cualquiera de las seis bandas. Para ello los sistemas radiantes deben ser
capaces de orientar los haces de emisión tanto azimutalmente como verticalmente para
aprovechar al máximo las condiciones de propagación que proporcione la ionosfera con
el ángulo de incidencia adecuado que maximice la señal.
El sistema radiante debe tener también la posibilidad de transmitir repartiendo la
señal con las direcciones azimutales adecuadas hacia al menos dos rumbos diferentes
para cubrir al mismo tiempo con buenas señales las zonas del mundo con mayor
densidad de población de radioaficionados. Estas zonas del mundo que deben ser
cubiertas simultáneamente son los EEUU (costa Este y costa Oeste), Europa y Japón.
La estación debe contar con un elevado grado de automatismo que permita una
operación a prueba de fallos humanos. Las sesiones de operación en radio deportiva son
de muchas horas seguidas por un mismo operador (en ocasiones 48 horas seguidas) por
lo que se deben minimizar los efectos de la fatiga y hacer las operaciones más
complejas de manera automática. Las tareas como selección de rumbos, conmutación de
antenas, registro de comunicados, confirmación de indicativos, revisión de duplicados,
identificación de multiplicadores, llamadas generales o específicas, selección de filtros,
etc., deben estar automatizadas al máximo.
La estación debe aportar información sobre la evolución del concurso así como
estadísticas sobre el desempeño en la competición, predicciones en tiempo útil de
aperturas de propagación hacia diferentes lugares del mundo, acceso a redes de alerta
de estaciones multiplicadoras de interés, registro informático de los comunicados,
calculo de la puntuación en tiempo real, sugerencias de corrección de indicativos,
seguimiento de multiplicadores, entre otros. Con esta información los estrategas del
equipo de competición deber decidir aspectos tácticos como la selección de bandas,
rumbos hacia los que concentrar la actividad, búsqueda de multiplicadores, ritmos
objetivo, tipo de operación a seguir, etc.
3. Objetivos del Proyecto
15
3.3. Especificaciones técnicas
3.3.1. Bandas de frecuencia
La estación será capaz de transmitir y recibir simultáneamente en los siguientes
segmentos de frecuencia:
160 metros: 1.810 - 2.000 khz
80 metros: 3.500 - 3.800 khz
40 metros: 7.000 - 7.200 khz
20 metros: 14.000 - 14.350 khz
15 metros: 21.000 - 21.450 khz
10 metros: 28.000 - 29.700 khz
3.3.2. Potencia de emisión
Por imperativo reglamentario la potencia máxima es de 1,0 kW p.e.p. para las
emisiones en SSB y 800 W para las de portadora continua CW, RTTY y PSK.
medida a la salida de los transmisores.
Capacidad plena para transmitir simultáneamente en todas las bandas de
frecuencia
Potencia EiRP
Bandas de 10 a 20m: al menos 30 kW e.r.p. en todos los rumbos de azimut
Banda de 40m: al menos 25 kW erp
Banda de 80m: al menos 20 kW erp
Banda de 160 m: al menos 10 kW erp
3.3.3. Pureza espectral de las emisiones
Superior a 70 dB para los armónicos múltiplos de la emisión fundamental
Superior a 60 dB para espurios a 10 Khz de separación de la emisión
fundamental
3.3.4. Modos de emisión-recepción
Banda Lateral Única, portadora suprimida (J3A)
Telegrafía por portadora interrumpida (A1A)
Radioteletipo (RTTY)
Modos digitales BPSK y QPSK (PSK63 y PSK31)
3. Objetivos del Proyecto
16
3.3.5. Recepción
Capacidad para discernir señales de intensidad de campo de al menos 1 µV/m en
entornos de elevado ruido adyacente
3.3.6. Fiabilidad del sistema
Superior al 99,9%
3.3.7. Puestos de operación
Dos puestos completos con capacidad de transmisión y recepción simultánea por
banda de frecuencias. Doce puestos independientes en total.
4. Selección de la ubicación
17
4. SELECCIÓN DE LA UBICACIÓN
4.1. Selección de la zona del mundo
La selección de la ubicación geográfica de la estación es un factor crítico para la
competitividad de una estación de radio deportiva que aspire a puestos de cabeza. Por
una parte deben estar suficientemente próximos a los principales núcleos de alta
densidad de población de radioaficionados (en términos de tener que realizar un bajo
número de saltos ionosféricos en el circuito HF correspondiente). Estas zonas son
principalmente EEUU (705.000 licencias), Europa (530.000 licencias) y en menor
medida Japón (250.000 licencias). Por otra parte es preferible, aunque no determinante,
que la estación se encuentre en un continente diferente al de estos núcleos de población
debido a que según el esquema de puntuación de los principales concursos se prima la
realización de contactos intercontinentales con mayor puntuación por contacto.
Para la selección de la ubicación idónea se consideraron las siguientes cuatro
ubicaciones potenciales: Caribe Sur, Brasil, islas Canarias y España peninsular. Estas
cuatro zonas bajo análisis están situadas en un triángulo sobre el Atlántico ecuatorial y
septentrional que permiten acceso a Norteamérica y Europa con un número de saltos
ionosféricos que va de uno a cuatro. El 82 % de las estaciones campeonas del mundo en
los últimos 15 años se encontraban en este triángulo Se descartaron otras zonas del
mundo como Asia, Pacífico y Oceanía por estar situadas a más de cinco saltos
ionosféricos hacia al menos una de las dos zonas objetivo del mundo a cubrir.
Figura 3. Ubicaciones potenciales para la estación de alta competitividad
4. Selección de la ubicación
18
Para decidir la ubicación con mayor potencial de aplicará un algoritmo de análisis
ponderado que determine la expectativa de número de contactos (y puntuación)
obtenible en función de las condiciones de propagación desde cada una de las zonas a
evaluar hacia los continentes Europeo y Norteamericano en cada una de las bandas. El
análisis se realiza por separado en cada una de las bandas de frecuencia aplicando
estadísticas de predicción de propagación mediante VOACAP para un escenario de
actividad solar similar al previsto para la fase álgida del ciclo solar 24 (2012 a 2014).
Según las predicciones ISES, el actual ciclo 24 de actividad solares será un ciclo con un
máximo relativamente moderado (ver Figura 4).
Figura 4. Previsión ISES de manchas solares para el ciclo 24. Se prevén condiciones de moderada a
alta actividad solar para el escenario de análisis de propagación ionosférica.
Para cada banda se establece el potencial de contactos esperable en función de la
hora del día, el camino de propagación abierto estadísticamente, la intensidad de la
señal sobre ruido esperable estadísticamente en entornos urbanos y la experiencia
histórica de ritmos horarios y la experiencia histórica de ritmos de contactos por hora
obtenido por estaciones de concurso desde esas zonas.
El ritmo de número de QSO/hora (contactos por hora) que se pueden obtener
hacia cada una de las dos zonas del mundo depende en primer lugar de la existencia de
circuito ionosférico abierto y en segundo lugar de la intensidad de señal que la estación
sea capaz de poner en sus corresponsales. La experiencia en concursos internacionales
4. Selección de la ubicación
19
demuestra que una señal fuerte y limpia genera más atractivo y posibilidades de ser
contestada que otra más débil por parte de estaciones de aficionado modestas o
domésticas en entornos urbanos. Mediante la predicción de propagación VOACAP se
establece para cada una de las seis bandas la relación S/N esperable en la zona de
destino y para entornos de ruido de recepción urbano.
La Figura 5 muestra un ejemplo ilustrativo de los ritmos esperables de tráfico en
QSO/hora para cada hora del día en función de las condiciones de propagación en un
nivel de actividad promedio entre Canarias y la costa este de Norteamérica. El circuito
permanece abierto durante al menos 20 horas, pero con niveles de S/N muy diferentes
según la hora del día.
Figura 5. Ritmo de contactos/hora esperable en la banda de 14 Mhz en función de las condiciones
ionosféricas para el enlace entre Canarias y la costa este de EEUU. Ritmo bajo: 50 Q/h; ritmo
medio: 100 Q/; ritmo alto 180 Q/h; ritmo muy alto: 250 Q/h
El numero de contactos esperable desde cada una de las cuatro zonas bajo análisis
se calcula como sigue:
QSO en 80m = 24 horas (ritmo QSO/hora)·(pond S/N USA) · (pond. banda 80m ) +
+ 24 horas (ritmo QSO/hora)·(pond S/N EU) · (pond. banda 80m )
··· ··· ··· ··· ···
4. Selección de la ubicación
20
··· ··· ··· ··· ···
··· ··· ··· ··· ···
QSO en 10m = 24 horas (ritmo QSO/hora)·(pond S/N USA) · (pond. banda 10m ) +
+ 24 horas (ritmo QSO/hora)·(pond S/N EU) · (pond. banda 10m )
donde:
- (ritmo QSO/hora) = número base de contactos por hora esperable en concurso,
- (pond. S/N USA) = ponderación de incremento o reducción del ritmo de
contactos horarios en función de la S/N en el punto de recepción,
- (pond. banda m) = ponderación de incremento o reducción del ritmo de
contactos horarios en función de la banda.
Estos parámetros se obtuvieron del análisis histórico de los logs4 de contactos de
las estaciones de concurso AO8A, EB8AH, EF8HQ y PJ2T, campeonas respectivas en
competiciones internacionales durante los últimos cuatro años. En términos generales
los ritmos de contacto con Norteamérica son sensiblemente más altos que hacia Europa
para un mismo nivel de S/N. Los ritmos son también sensiblemente más altos en las
bandas de frecencia más alta (28 y 21 Mhz) que en las bandas de frecuencia más baja
3,5 Mhz y 7 MHz). La banda de 1,8 Mhz tiene unos ritmos más bajos debido a la
dificultad que tienen los radioaficionados de entornos urbanos a disponer de antenas de
suficiente tamaño para esta banda.
La suma total de QSO objetivo es la suma de los esperables en cada una de las
seis bandas hacia las dos zonas del mundo:
-QSO Totales = 24 horas QSO por banda
Las conclusiones del análisis establecen que en las bandas altas (28 y 21 Mhz) se
dispone de más horas de circuito abierto cuanto más al Sur se encuentre la estación. Sin
embargo, esas latitudes meridionales quedan muy penalizadas en las bandas más bajas
1,8, 3,5 y 7 Mhz) al ser mucho menos eficientes para comunicaciones que requieran
más de dos saltos ionosféricos. Por otra parte las relaciones S/N que se obtiene en las
4 Log: Libro de registro de contactos durante un concurso de radio, generalmente informatizado y
que posteriormente se envía ala organización administradora de la competición
4. Selección de la ubicación
21
bandas de menor frecuencia para señales de larga distancia son más bajas si la estación
corresponsal es modesta.
El resultado del análisis establece esta puntuación ponderada por la puntuación
esperable en el concurso CQWW DX Contest:
Islas Canarias: 100 (base de comparación)
Caribe Sur 98
Brasil 86
España Peninsular 65
Por tanto la ubicación seleccionada para la estación es las islas Canarias.
4.2. Selección del terreno: visibilidad de horizonte
Una vez seleccionada la zona del mundo donde se ubicará la estación debe
determinarse la ubicación definitiva atendiendo al perfil del terreno concreto donde se
ubique. En términos generales debe tener un horizonte despejado hacia las zonas del
mundo de mayor interés.
Figura 6. Rumbos azimutales desde Canarias hacia el resto del mundo
4. Selección de la ubicación
22
Para el caso de las islas Canarias los rumbos hacia las zonas del mundo más
atractivas para alto ritmo de contactos por hora son
EEUU C. Este 295º
EEUU Central 310º
EEUU C. Oeste 315º
Europa Occ. 25º
Europa Oriental 35º
Japón (camino corto) 25º
Japón (camino largo5) 205º
La ubicación seleccionada debe tener despejado el horizonte con un mínimo de 2º
de elevación entre los 290º y 330º de azimut y de 4º de elevación entre los 10º y 50º de
azimut. El apartado siguiente analiza las estadísticas de ángulos de llegada de señales en
Canarias para las dos zonas del mundo de mayor interés. A efectos de la selección de la
ubicación se debe garantizar que no se obstruyen las elevaciones mínimas para estas
direcciones.
Adicionalmente la ubicación debe tener visión del horizonte no superior a 5
grados hacia cualquier otra dirección para asegurar que las señales hacia puntos remotos
que representen nuevo multiplicador sean posibles con el mínimo de saltos ionosféricos
y por tanto con la mejor señal en el punto de recepción.
En una competición de radio es crítico que las antenas puedan cubrir todos los
ángulos de elevación de llegada de las señales en su trayecto ionosférico para conseguir
alargar el número de horas de duración de las aperturas de propagación hacia las zonas
del mundo de mayor interés. Cuando se abre una banda los ángulos de llegada de
señales son de muy baja elevación que va aumentando a medida que la ionosfera se
activa con más intensidad. Lo mismo ocurre al anochecer cuando la capa F2 de la
ionosfera vacia progresivamente su densidad de electrones y hace caer la MUF de un
circuito. Las últimas señales en llegar tienen un ángulo muy bajo.
5 Camino largo es el trayecto de circulo máximo sobre el globo terrestre que tiene mayor distancia.
En numerosas ocasiones puede estar abierto cuando el camino corto está cerrado hacia una misma zona
del mundo.
4. Selección de la ubicación
23
Es una gran ventaja competitiva disponer de unos sistemas radiantes capaces de
aprovechar todos los ángulos estadísticos de llegada y así alargar la duración de las
aperturas hacia las diferentes zonas del mundo.
La ubicación ideal deberá ser colindante con el mar de manera que las zonas de
Fresnel en las emisiones hacia EEUU (300º) y Europa (30º) se encuentren sobre agua
marina. En este caso, la interacción de las señales con el suelo que determina el lóbulo
de elevación de la transmisión se ve reforzado en más de tres dB respecto a un suelo de
tierra con conductividad promedio. La ubicación ideal se encontrará en la vertiente
Norte de las islas.
4.3. Análisis de ángulos de llegada ionosféricos
Las dos direcciones de mayor interés en las que la estación debe cubrir con buena
ganancia todos los ángulos de llegada de señales ionosféricas son Norteamérica (300º) y
Europa. El salto a Norteamérica se cubrirá normalmente mediante los modos de
propagación multisalto, mientras que hacia Europa será normalmente mediante un solo
salto. De la Figura 7 a la Figura 11 se muestran los ángulos de llegada de señales desde
la costa Este de EEUU (la más poblada) para todas las bandas de 80 metros a 10
metros6. Se requieren ángulos mínimos tan bajos como 2º en la mayor parte de
ocasiones. Por otra parte, debido sobre todo a la mayor ionización que se produce en las
fases altas del ciclo solar, serán frecuentes valores elevados de ángulos de incidencia.
Por ello la estación deberá ser capaz de cubrir en esa dirección unos ángulos de
despegue de las emisiones que vayan desde 2º a 26º de elevación.
6 No se incluyen estadisticas de ángulos para la banda de 160 metros por la inestabilidad de las
predicciones de propagación en esta banda.
4. Selección de la ubicación
24
Figura 7. Ángulos ionosféricos de llegada, EEUU -
80 metros
Figura 9. Ángulos ionosféricos de llegada, EEUU -
20 metros
Figura 10. Ángulos ionosféricos de llegada EEUU -
15 metros
Figura 11. Ángulos ionosféricos de llegada, EEUU - 10 metros
Para el caso de Europa, las estadísticas de ángulos ionosféricos de llegada se
muestran de la Figura 12 a la Figura 16. La dispersión de ángulos de llegada es
igualmente elevada. Sin embargo, en términos generales, para Europa se requieren unos
ángulos mínimos ligeramente mayores. Estas conclusiones afectarán al diseño de las
antenas sobre todo en los casos en los que se deba emitir hacia ambos rumbos. Las
antenas a mayor altura (ángulos de radiación más bajo) se orientarán hacia
Figura 8. Ángulos ionosféricos de llegada, EEUU
- 40 metros
4. Selección de la ubicación
25
Norteamérica, mientras que las de posiciones intermedias o baja altura podrán hacerlo
hacia Europa.
Figura 12. Ángulos ionosféricos de llegada Europa
80 metros
Figura 13. Ángulos ionosféricos de llegada,
Europa- 40m
Figura 14. Ángulos ionosféricos de llegada, Europa
20 metros
Figura 15. Ángulos ionosféricos de llegada,
Europa - 80 metros
Figura 16. Ángulos ionosféricos de llegada, Europa - 10 metros
Para los momentos del día con condiciones de propagación abiertas hacia una
única zona el sistema de antenas deberá ser capaz de utilizar a la vez todos los ángulos
posibles. Esto será especialmente crítico cuando la banda esté abierta hacia todo el
continente americano en las horas en las que estén llegando simultáneamente señales de
la costa este (típicamente 2 a 3 saltos) conjuntamente con señales de la costa oeste (4 ó
5 saltos).
4. Selección de la ubicación
26
El análisis y diseño del campo de antenas del capitulo siguiente toma como punto
de partida las especificaciones de los ángulos ionosféricos de llegada de estas dos zonas
del mundo. Se utilizará como premisa de diseño una ubicación con suelo de
conductividad buena/moderada y completamente plano a efectos del cálculo de la
interacción de las emisiones directas con sus reflexiones en el suelo. La altura máxima
de las torres podría verse rebajada si el terreno definitivo de la ubicación aporta una
pendiente negativa hacia las direcciones de interés. Por otra parte, las cifras de ganancia
máxima del sistema de antenas quedaría igualmente beneficiadas, si el campo lejano
visible desde las antenas está compuesto por agua marina. En este caso, la contribución
de las reflexiones en el suelo a la onda principal serían mayores y se podrían conseguir
con ángulos de elevación muy bajos.
Sin embargo, como criterio conservador de diseño, se planificará el sistema de
antenas asumiendo un suelo horizontal y con conductividad buena/moderada
(conductividad 5·10-3
S y constante dieléctrica 13).
5. Sistemas Radiantes
27
5. SISTEMAS RADIANTES
Cada una de las seis bandas, de 160 metros a 10 metros, dispondrán de al menos
dos conjuntos de antenas con capacidad de emitir y recibir en todo el ancho de
frecuencias de las mismas. Adicionalmente las bandas de 160 metros y 80 metros
dispondrán de diversos sistemas de antenas de solo recepción y muy elevada
directividad para lidiar el serio problema del ruido atmosférico e industrial en esas
bandas.
Los sistemas radiantes deben tener capacidad para emitir direccionalmente tanto
en azimut como en altura. La directividad en azimut es fundamental tanto para aumentar
la ganancia de las emisiones como para concentrar el haz hacia las direcciones de
interés del globo y deberá cubrir los 360º. La directividad en elevación es deseable para
adaptar el lóbulo máximo de radiación a las condiciones de propagación de cada banda
y hora del día. Los ángulos de incidencia de las señales ionosféricas son un dato muy
cambiente según la hora del día, la distancia y condiciones de ionización de la ionosfera.
También en ocasiones es posible que, en un mismo momento, pueda establecerse un
circuito mediante varios ángulos de llegada simultáneos. Esto es más frecuente durante
las fases altas del ciclo solar cuando las capas F tienen una mayor densidad de
electrones y la MUF alcanza valores por encima de los 28 Mhz.
Para cubrir estas premisas se ha escogido el desarrollo de un sistema de antenas
diferente para cada banda, consistente en una matriz de antenas Yagi de diseño
específico y enfasadas entre sí.
160 metros: 2 x directiva de dos elementos de bucle en delta (delta loop) en
torres separadas
80 metros: 2 x Yagi de 2 elementos en torres separadas.
40 metros: 4 x Yagi de 4 elementos enfasadas en dos torres separadas
20 metros: 6 x Yagi de 5 elementos enfasadas en dos torres separadas
15 metros: 7 x Yagi de 6 elementos enfasadas en dos torres separadas
10 metros: 7 x Yagi de 6 elementos enfasadas en dos torres separadas
Las antenas de cada una de las bandas han sido diseñadas y optimizadas por
ordenador para cubrir los siguientes criterios de diseño:
- Excelente ganancia hacia delante (inferior en 1 dB al máximo teórico de
cada diseño) y sin comprometer el resto de criterios de diseño.
- Relación frente espalda igual o superior a 22 dB
- Ancho de banda para ROE<1:2 dentro de toda la banda
5. Sistemas Radiantes
28
- Degradación de la ganancia máxima inferior a 1 dB dentro de toda la
banda
Las Yagui-Uda son un tipo de antenas directivas multielemento en las que un
elemento excitado correspondiente a un dipolo de media onda desarrolla un patrón de
directividad por la inclusión de uno o más elementos parásitos paralelos al mismo.
El diseño de las antenas Yagi-Uda se realiza ajustando una serie de variables
físicas y eléctricas para conseguir el adecuado equilibrio entre los distintos parámetros
objetivos buscados. Las variables de diseño son:
1. La longitud física del travesaño
2. El número de elementos sobre el travesaño
3. El espaciado entre elementos
4. Las dimensiones y frecuencia de resonancia de cada elemento
5. El tipo de red de adaptación para la alimentación.
El diseño de todas las antenas ha sido modelizado mediante NEC4 y optimizado
en sucesivas iteraciones para cubrir los parámetros de diseño. Todas las antenas de 160
metros, 80 metros, 20 metros y 15 metros han sido ya construidas y han sido sometidas
por separado a pruebas de campo y de tráfico real en competiciones de radioafición.
5.1. Campo de antenas
El campo de antenas se ubica en una superficie total de 1 Ha. sobre la que se
sitúan cinco torres autosoportadas de 45 metros de altura. La disposición de las torres y
las antenas se muestra en la Figura 17. El puesto de operación está situado en el centro
del campo de antenas, de donde salen todas las líneas de alimentación coaxial, uno por
banda, hacia cada torre. Los sistemas de enfasamiento y conmutación de antenas de
cada banda se sitúan al pie de cada torre.
Cada banda dispone de al menos dos grupos de antenas de modo que puedan
haber simultáneamente dos puestos de operación en paralelo, uno para actividades de
running y el otro para búsqueda de multiplicadores y nuevas estaciones (S&P search
and pounce). En las bandas de 40 metros a 10 metros, el apilamiento de antenas Yagi
sobre la misma torre permitirá el enfasamiento de las mismas para conseguir tanto una
mayor ganancia como para adecuar el lóbulo de radiación en elevación a las
condiciones de los ángulos ionosféricos de llegada en cada momento.
La antenas de recepción son exclusivas para las bandas de 160 metros y 80
metros. Consisten en tres antenas Beverage con sentido de recepción conmutable y
5. Sistemas Radiantes
29
dirigidas hacia Norteamérica/África (300º/120º); Europa/Sudamérica (30º/210º) y
Caribe/SE Asia (260º/80º).
Figura 17. Esquema en planta del campo de antenas
La disposición de antenas en cada torre es la siguiente:
TORRE 1: 80 metros: Yagi de 2 elementos a 45 m altura, giratoria 360º
15 metros: Yagi de 5 elementos a 40 m altura, giratoria 360º
Yagi de 5 elementos a 31 m altura, fija 300º (NA)
Yagi de 5 elementos a 22 m altura, giratoria 360º
Yagi de 5 elementos a 13 m altura, fija 300º (NA)
TORRE 2: 160 metros: Bucle Delta de 2 elementos, fija 300º(NA)/120º(AF)
80 metros: Yagi de 2 elementos a 45 m altura, giratoria 360º
20 metros: Yagi de 5 elementos a 40 m altura, giratoria 360º
Yagi de 5 elementos a 25 m altura, fija 300º (NA)
Yagi de 5 elementos a 10 m altura, giratoria 360º
TORRE 3: 40 metros: Yagi de 2 elementos a 45 m altura, giratoria 360º
Yagi de 2 elementos a 25 m altura, giratoria 360º
10 metros: Yagi de 5 elementos a 40 m altura, giratoria 360º
5. Sistemas Radiantes
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Yagi de 5 elementos a 30 m altura, fija 300º(NA)
Yagi de 5 elementos a 20 m altura, giratoria 360º
Yagi de 5 elementos a 10 m altura, fija 300º (NA)
TORRE 4: 20 metros: Yagi de 5 elementos a 45 m altura, giratoria 360º
Yagi de 5 elementos a 30 m altura, giratoria 360º
Yagi de 5 elementos a 15 m altura, fija 30º (EU)
15 metros: Yagi de 5 elementos a 27 m altura, giratoria 360º
Yagi de 5 elementos a 19 m altura, giratoria 360º
Yagi de 5 elementos a 10 m altura, fija 300º (NA)
TORRE 5: 160 metros: Bucle Delta de 2 elementos, fija 30º(EU)/210º(SA)
40 metros: Yagi de 4 elementos a 45 m altura, giratoria 360º
Yagi de 4 elementos a 25 m altura, giratoria 360º
10 metros: Yagi de 5 elementos a 30 m altura, giratoria 360º
Yagi de 5 elementos a 20 m altura, fija 30º (EU)
Yagi de 5 elementos a 10 m altura, giratoria 360º
Las características de diseño y construcción de cada tipo de antena se discute en los
apartados siguientes.
5.2. Antenas para 160 metros:
Se han diseñado dos antenas directivas para la banda de 1,8 Mhz del tipo bucle en
delta de dos elementos. Se descartó el uso de directivas Yagi-Uda para esta banda por la
elevada altura (superior a /2, 80 metros) que precisaría y por la necesidad de disponer
de una polaridad diferente a la usada en la banda de 80 metros para minimizar la
interacción entre estas dos bandas
La Figura 18 muestra el diseño de la antena Delta de Bucle cerrado (Delta Loop)
de dos elementos para la banda de 160 metros. Consta de un elemento excitado que
recibe la alimentación desde el transmisor y un elemento parásito que actúa como
reflector para conseguir la directividad adecuada. Mediante un sistema de conmutación
se puede invertir la directividad de la antena cambiando las funciones de elemento
excitado por elemento director y viceversa. Cada triángulo tiene una longitud total de
una longitud de onda completa (164,1 metros). La base de cada triángulo mide 62
metros y cada lado vertical mide 51,5 metros. La base de cada triángulo se sitúa a 3
metros de altura sobre el suelo y el vértice superior se sitúa a una altura de 40 metros.
5. Sistemas Radiantes
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La separación entre los dos triángulos que componen una antena es de 32 metros entre
las bases y de 16 metros en los vértices.
Todos los bucles en forma de triángulo se construyen con cable de cobre con alma
de acero de 3 mm de espesor y con tratamiento plástico en su exterior para aguantar las
inclemencias del tiempo. La cúspide de ambos triángulos de cada antena se sujetan
mediante un travesaño de 8 metros de luz en la cofa de dos de las torres de 40 metros
(torre 1 y torre 3).
La orientación de la primera antena (torre 1) es 300º- 120º, de manera que puede
cubrir con ganancia los rumbos principales hacia Norteamérica y Pacifico Norte en un
sentido y conmutando al sentido inverso se cubrirán los rumbos hacía África, Indico,
Sudeste asiático y Australia
Figura 18. Esquema general y medidas de una de las antenas de bucle en Delta para 160 metros. La
segunda antena es idéntica y con rumbo ortogonal
La alimentación de cada bucle en triángulo se realiza en uno de sus lados
verticales a una distancia de un cuarto de onda (41,6 metros) del vértice superior. De
esta manera la polaridad de las emisiones es vertical consiguiéndose el ángulo de
radiación más bajo para esta antena y reduciéndose las interacciones mutuas que se
causarían con los puestos de operación de 80 metros.
5. Sistemas Radiantes
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Figura 19. Simulación por NEC del lóbulo de radiación de la antena de 160 metros
Figura 20. Lóbulo de radiación en azimut y para una elevación de 16º
La impedancia de la antena de 160m es de 125 +j0 ohms, en resonancia en la
frecuencia de 1.850 khz. Para adaptar este valor a los 50 ohms de la línea de transmisión
se utiliza un transformador de impedancia realizado con cable coaxial de 75 ohms de
5. Sistemas Radiantes
33
impedancia de longitud igual a un cuarto de onda. Para cable coaxial RG-11, con un
factor de velocidad de 0,66, esta longitud corresponde a 27,1 metros. Para balancear la
línea de transmisión asimétrica al bucle alimentado se crea un choque de
radiofrecuencia bobinando 30 espiras del cable RG-11 sobre una forma cilíndrica de 15
cm de diámetro. Esta bobina se situará junto al punto de alimentación del bucle y actúa
como choque de RF para evitar la aparición de corrientes de retorno por el exterior de la
malla del cable coaxial que pudieran asimetrizar las corrientes por el bucle de la antena.
Figura 21. 160 metros: lóbulo de radiación en elevación en la dirección de máxima ganancia (eje de
la antena)
La anchura de lóbulo horizontal es muy amplia, de 89,9 dB para una caída de
ganancia de 3dB, por lo que la antena no necesita ser rotativa. Se pueden conseguir
cuatro rumbos perpendiculares entre sí seleccionando cualquiera de las dos posiciones
de directividad de las dos antenas. De esta manera, los 360º de azimut pueden ser
cubiertos con una degradación máxima de solo 3 dB en los rumbos bisectrices de los
cuatro posibles rumbos de máxima ganancia.
La antena puede invertir su directividad conmutando el bucle de alimentación con
un relé coaxial situado en un punto determinado de la línea de transmisión de 75 ohms
5. Sistemas Radiantes
34
(que además de actuar como transformador de impedancias para el excitado, se utilizará
como carga inductiva para aumentar longitud eléctrica del reflector).
Figura 22. Conmutación de la antena de 160 metros para invertir su directividad
Los dos bucles son del mismo tamaño y están sintonizados para ser resonantes en
la frecuencia de 1850 kHz que corresponde al centro de la actividad de la banda de 160
metros en concursos de radio. Para que el otro bucle actúe de reflector, debe ser
resonante en la frecuencia de 1760 khz, es decir, debe ser eléctricamente más largo que
el excitado resonante en 1.850 khz. Esto se puede conseguir añadiendo en el punto de la
alimentación del bucle una inductancia de +j91 ohms en la frecuencia de trabajo. Este
valor es el que hace máxima la ganancia para una relación frente espalda de 27 dB. Esta
inductancia de +j91 ohms se puede lograr a partir del propio cable coaxial RG-11 de
alimentación, con una longitud de 15,1 metros y cortocircuitado en su extremo. Para
ello el conmutador coaxial que selecciona la directividad de la antena se ubica a una
distancia de 15,1 metros de cada uno de los bucles y sobre el coaxial de 75 ohms que los
alimenta. Cuando se selecciona un bucle, el contrario queda alargado eléctricamente al
quedar el tramo correspondiente convertido en una inductancia de +j91 ohms actuando
como un reflector. Cuando se cambia de posición en el conmutador, el elemento que era
excitado pasa ahora a ser el reflector por el mismo efecto del tramo de cable coaxial
5. Sistemas Radiantes
35
conectado. La directividad queda entonces cambiada 180º con las mismas propiedades
de ganancia y frente/espalda.
El rendimiento de la antena es excelente para la escasa altura a que se ubica. La
ganancia sobre un suelo moderadamente buen conductor es de 7,9 dBi con un ángulo de
elevación tan bajo como 16º, lo cual hace la antena excelente para comunicados de larga
distancia. La relación frente-espalda es de una magnífica cifra de 27 dB. Estas cifras
pueden mejorarse si el suelo a partir de la primera longitud de onda está formado por
agua de mar. La antena ha sido probada extensivamente en pruebas de campo que
confirmaron su excelente rendimiento para comunicados en larga distancia durante dos
competiciones internacionales en la banda de 160 metros (CQWW DX 160m de SSB y
CW) en 2010. Se realizaron más de 2500 comunicados con el 92% de los mismos a más
de 1000 km de distancia y el 40% con Norteamérica y Japón lo cual es muy destacable
para la banda de 160 metros. La impedancia de la antena, ancho de banda para ROE<2
y patron de directividad mantuvo los mismos valores en la prueba de campo que en las
simulaciones NEC4 realizadas por ordenador. Los dos bucles, excitado y reflector,
mostraron una gran tolerancia a las medidas de los lados del triángulo, mientras se
mantuviera la longitud total del bucle constante. La impedancia se mantiene constante
en 125 ohms para alturas de la base de entre tres metros y seis metros. A partir de los
seis metros la impedancia cae gradualmente con la altura. La antena demostró mayor
robustez ante ruidos de estática y descargas atmosféricas comparada con un dipolo de
media onda de referencia.
Figura 23. Pruebas de campo de la antena de 160 m sobre una torre de 40 metros
5. Sistemas Radiantes
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Las dos antenas de Bucle en Delta de dos elementos se sitúan en dos torres
separadas por una distancia de 60 metros. Cada una de ellas va conectada a un sistema
de conmutación y enfasado que permite las siguientes configuraciones.
- Estación principal con antena A y estación de búsqueda con antena B.
- Estación principal con antena B y estación de búsqueda con antena A.
- Estación principal transmite con ambas antenas, A+B, en dos rumbos
simultáneos.
5.3. Antenas para 80 metros
Para la banda de 80 metros se han diseñado dos antenas directivas Yagui-Uda de
dos elementos. Cada una de estas antena se sitúa en torres separadas y con alimentación
independiente a una altura de 45 metros. La dos antenas disponen de rotor azimutal que
permita seleccionar de manera independiente los 360º completos.
La antena Yagui-Uda de 80 metros diseñada para la estación consta de dos
elementos, un excitado y un reflector, montados sobre un travesaño común y separadas
11 metros. La Figura 24 muestra el diseño completo de la Yagi y las medidas de los
segmentos que componen los elementos.
Figura 24. Antena Yagi de dos elementos para 80 metros
5. Sistemas Radiantes
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La longitud completa teórica de cada elemento de una Yagi-Uda para 3,5 Mhz es
de un total de alrededor de 40 metros. Esto supone un grave inconveniente para una
construcción suficientemente rígida que soporte tiempo duro y al mismo tiempo pueda
ser girada cómoda y rápidamente, como se exigiría en una competición de radio. La
solución buscada para resolver este problema ha sido acortar eléctricamente los
elementos hasta un tamaño más manejable mecánicamente de 24 metros. Para ello se
han diseñado unas bobinas de carga de muy alto Q que se intercalan en cada uno de los
medios brazos del dipolo excitado y del dipolo reflector, respectivamente. La
degradación por el acortamiento es inferior a 0,3 dB respecto a un diseño de antena con
los dipolos de media onda de tamaño completo.
Las medidas de la antena se detallan en la Figura 24. La antena se construye con
tubos de aluminio de aviación con tratamiento en caliente, aleación 6061-T56, para
obtener una resistencia adecuada a vientos de 160 km/h. Para cada tubo se especifica
sus dimensiones en longitud, diámetro y espesor de pared. El travesaño se construye con
tubo del mismo material y 15 cm de sección con 5 mm de pared con refuerzo en la
pared interior de 10mm en los puntos de unión del travesaño al mástil rotatorio.
El escalonado telescópico de los tubos de cada elemento se ha diseñado para
soportar estructuralmente cargas al viento de 160 km/h.
Figura 25. Patrón de radiación tridimensianal para la Yagi de 80m situada a 41 metros de altura
El diseño de resistencia mecánico es iterativo con el diseño eléctrico, ya que los
espesores de tubo afectan de manera determinante a la longitud eléctrica equivalente de
cada segmento de la antena. Una vez superados los requerimientos mecánicos de
5. Sistemas Radiantes
38
resistencia, el ajuste fino por ordenador finaliza con la dimensión final de los tramos
más exteriores de los dipolos hasta conseguir los parámetros buscados de ganancia,
relación frente/espalda y lóbulo de radiación.
Figura 26. Diagrama de radiación en elevación con la Yagi situada a 45 metros de altura
La antena tiene una ganancia en el espacio libre de 6,6 dBi y una relación
frente/espalda de 25 dB máxima que cae a 20 dB en su valor mínimo dentro de la banda
de trabajo. Situada en su lugar de trabajo a 41 metros y sobre un suelo de calidad media
(conductividad 5·10-3
S y constante dieléctrica 13), la ganancia máxima es de 11,62 dB
para un ángulo de elevación de 25 º El patrón de radiación azimutal se muestra en la
Figura 27. La antena tiene un ancho de haz para caída de 3 dB de ganancia de 74,2
grados, lo que permite cubrir áreas extensas sin necesidad de ajustar el rumbo con los
rotores de la antena
5. Sistemas Radiantes
39
Figura 27. Yagi de 80m: diagrama de radiación en espacio libre.
Las bobinas de carga que permiten acortar la longitud física de cada elemento,
manteniendo su longitud eléctrica tienen una inductancia de 18 H. Se construyen con
tubo de cobre de 6 mm de diámetro y con un bobinado de 13,5 espiras de 18 cm
diámetro y un paso entre espiras de 1,2 cm. El Q de estas bobinas es de 1700 lo que
garantiza pérdidas muy bajas. Los parámetros de la bobina se muestran en la Tabla A.
La frecuencia de auto-resonancia de la bobina está muy alejada de la frecuencia de
trabajo de la antena. La resonancia de la bobina en 14,45 mHz aporta la ventaja
adicional de cortar eléctricamente el elemento para que no aparezcan corrientes
parásitas inducidas por las otras antenas Yagi de 20 metros que se ubicarán en la misma
antena, eliminando la potencial degradación que podrían sufrir por interacción entre la
Yagi de 80 metros y las de 20 metros por su proximidad.
5. Sistemas Radiantes
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Inductancia: 18,0 H
Factor de calidad Q en la f. diseño: 1742
Resistencia RF en la frecuencia de diseño: 0,244 ohms
Capacidad distribuida en paralelo 1,73 pF
Frecuencia de auto-resonancia: 14,45 Mhz
Tabla A. Parámetros de diseño de las bobinas de carga.
En la Figura 28 se muestra el detalle de su acabado una vez construidas. Las
bobinas se sitúan a 3,80 metros del centro de cada elemento, en un punto donde las
corrientes de RF tienen un valor intermedio. Si se situara más al centro del elemento las
corrientes serían más intensas aumentando sensiblemente las potenciales pérdidas y si
se situara en los extremos de los dipolos sería necesario aumentar notablemente el
tamaño e inductancia de la bobina, lo cual incide igualmente en las potenciales pérdidas.
Figura 28. Bobina de carga de carga para el acortamiento de los elementos (construcción por el
autor).
La Yagi-Uda diseñada con los elementos acortados presenta un ancho de banda
para ROE<2 de tan solo 65 khz. Para lograr que pueda cubrir todo el espectro de la
banda de 80 metros que es utilizado en concursos de radio se ha diseñado una célula
conmutada de bobinas que permite trasladar el funcionamiento de la antena a lo largo de
la banda en 4 saltos de frecuencia. El esquema de la célula de conmutación para el
elemento excitado se muestra en la Figura 30. Este circuito se ubica en el punto medio
del dipolo excitado y soportado también por el travesaño incorporando un sistema de
adaptación de impedancias (adaptador gamma) y un balun de corriente 1:1 para
simetrizar las corrientes ente la línea de alimentación coaxial (asimétrica) al dipolo
excitado (simétrico). El alargamiento eléctrico de los dipolos se consigue intercalando
una bobina conmutable con cuatro posiciones. Los valores de la bobina conmutable son
5. Sistemas Radiantes
41
de 0 a 2,2 H. La conmutación se realiza remotamente mediante relés que cortocircuitan
el numero de espiras necesario para conseguir la inductancia requerida. Los relés se
controlan automáticamente desde los equipos de la banda de 80 metros, cambiando el
segmento de funcionamiento de la antena a medida que se modifica el dial de
transmisión. La célula de cambio de sintonía del reflector es más sencilla, como muestra
la Figura 31, realizándose también mediante relés que están sincronizados con los del
elemento excitado, compartiendo su misma alimentación. El punto central de los
dipolos es el de máxima corriente por lo que los relés deben soportar corrientes de RF
superiores a los 10 amperios. Se han usado relés de triple circuito con valor de corriente
máxima de 30 amperios por criterio conservador y para evitar daños en caso de
conmutación en caliente, bastante habitual durante la operación de un concurso.
Figura 29. Célula de cambio de segmentos de frecuencia y adaptador de impedancias para el
elemento excitado.
Esta antena Yagi presenta una impedancia de 25 ohms. Para adaptar esta
impedancia a los 50 ohms de la línea de alimentación se ha diseñado un adaptador
gamma.
5. Sistemas Radiantes
42
Figura 30. Red de conmutación de frecuencias para el elemento excitado junto con el adaptador de
impedancias y balun 1:1
Se acorta la longitud del dipolo unos centímetros para que presente una
impedancia capacitiva de 25-j25 ohms. Añadiendo una inductancia en paralelo con la
alimentación del dipolo se logra cancelar la impedancia capacitiva al tiempo que se
eleva la impedancia hasta los 50 ohms requeridos. El adaptador gamma tiene además la
ventaja de dejar cortocircuitado en DC los extremos del dipolo, aumentando su robustez
ante descargas estáticas y ruido atmosférico.
Figura 31. Célula de cambio de segmento de frecuencias para el reflector 1
Cada una de estas dos Yagi-Uda de 80 metros se sitúan en sendas torres de 40
metros de altura que se encuentran separadas 90 metros entre sí. Cualquiera de las dos
5. Sistemas Radiantes
43
Yagis puede ser alimentada por cualquiera de los dos puestos de operación de 80
metros. Adicionalmente desde el puesto principal de operación de 80 metros (estación
de running) se puede transmitir simultáneamente desde las dos antenas mediante un
acoplador-repartidor de potencia. Esta función sólo debe estar disponible cuando las
antenas tengan rumbos de azimut ortogonales.
5.4. Antenas para 40 metros
Para la banda de 40 metros se han diseñado cuatro antenas directivas Yagi-Uda de
cuatro elementos, todas de las mismas características. Estas antenas se ubican por pares
en torres separadas y con alimentación independiente. Las dos antenas de cada torre
pueden funcionar de manera aislada o enfasadas entre sí para aumentar su ganancia y
directividad. Cada antena dispone de rotor azimutal con capacidad de giro de 360ª. El
enfasado de antenas en la misma torre permite la transmisión simultanea en dos rumbos
ortogonales entre sí. Esto es de especial importancia en los casos en los que la banda de
40 metros está abierta simultaneamente hacia Europa y hacia Norteamérica.
La antena Yagi-Uda de 40 metros diseñada para la estación consta de cuatro
elementos, un excitado, dos reflectores y un director , montados sobre un travesaño de
13 metros de longitud. La Figura 37 muestra el diseño completo de la Yagi y las
medidas de los segmentos que componen los elementos.
Para cubrir todo el ancho de frecuencias de la banda de 40 metros con una ROE
inferior a 1:1,5, se ha optado por un diseño con dos elementos excitados. La antena
presenta una impedancia de 50 ohms en su punto de alimentación por lo que no precisa
de ningún sistema de adaptación de impedancias. Tan solo se ubicará un balun de
corriente 1:1 formado por 12 espiras del cable coaxial de alimentación en un punto lo
más próximo posible a la alimentación de cada antena.
5. Sistemas Radiantes
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Figura 32 Sistema de antenas para 40 metros
La Figura 33 muestra el diagrama de radiación en espacio libre del sistema de
antenas para 40 metros formado por las dos yagis de 4 elementos y separadas por una
distancia de 20 metros. La ganancia frente al isótropo es de casi 10 dB y la relación
frente/espalda es de 24 dB.
Figura 33. Diagrama de radiación en el espacio libre de las Yagis de 40 metros
5. Sistemas Radiantes
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Cuando las dos antenas se sitúan sobre su ubicación definitiva se produce un
lóbulo de radiación en elevación que presenta un máximo en 15 grados con una
ganancia de 14,5 dBi, tal como muestra la Figura 34. El sistema presenta una ganancia
superior a 10 dBi para ángulos de elevación comprendidos entre 5º y 25º, lo que
garantiza una excelente cobertura de los ángulos de llegada de mayor interés.
Figura 34. Diagrama de radiación en elevación de las dos Yagi de 40 metros enfasadas (Yagi 1
situada a 45 metros de altura y Yagi 2 a 25 metros de altura)
Cuando se utiliza únicamente la antena superior, situada a 45 metros de altura, el
lóbulo de radiación es más bajo, alcanzando su máximo a los 13º de elevación con una
ganancia de 12,5 dB. En este caso los ángulos de elevación para ganancia superior a 10
dBi están comprendidos entre los 3º y los 19º. Esta configuración donde priman los
ángulos de radiación más bajos será la más utilizada en las últimas horas de la tarde y en
las primeras del orto para comunicaciones de larga distancia (más de 2 saltos por F2).
Durante las horas centrales de la noche y para comunicados con Europa u otras zonas a
una distancia equivalente a un solo salto F2, será mas efectiva la antena situada a 25
metros de altura. Durante esas horas de la noche, los ángulos de llegada para un único
salto entre 1800 y 2600 km están situados entre los 10 y los 30 grados de elevación.
Con una única antena a 25 metros de altura se consigue un máximo de ganancia de 12
dBi a 22 º de elevación. Los ángulos de elevación para ganancia superior a 10 dBi se
sitúan en este caso entre 12º y 33º de elevación.
5. Sistemas Radiantes
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Figura 35. Lóbulo de radiación en elevación de la Yagi de 40 metros a 25 metros de altura.
Cuando se utilizan las dos antenas Yagi de 40 metros enfasadas en la misma
dirección, se obtiene una ganancia adicional de entre 2 y 2,5 dB respecto a una sola
antena y con un lóbulo de radiación intermedio entre los que desarrollan las antenas
superior e inferior por separado.
Figura 36. Lóbulo de radiación en elevación de la Yagi de 40 metros a 25 metros de altura
5. Sistemas Radiantes
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La antena Yagi de 40 metros se construye con tubo de aluminio aleación 6061-T6
con despiece de la Figura 37. Los diámetros y espesor de pared de cada tubo han sido
dimensionados para que los elementos soporten velocidades de viento de 150 km/h.
El diseño eléctrico de la antena también ha incluido la corrección en las longitudes
de los elementos por la disposición de los mismos en tramos telescópicos. El travesaño
central se construye con aluminio de la misma aleación con tubo de 7 cm de diámetro y
pared de 5 mm. Tanto el travesaño central como los elementos de la Yagi son
arriostrados mediante cuerda sintética Dyneema de alta resistencia y no conductora.
Figura 37. Dimensiones de la antena Yagi de 4 elementos para 40 metros
5.5. Antenas para 20 metros
El sistema radiante para 20 metros consta de seis antenas Yagi de cinco elementos
situadas en dos torres en grupos de tres antenas por torre. En cada una de las torres, las
tres antenas pueden funcionar de manera aislada o en fase en cualquier combinación de
dos antenas o tres antenas. En caso de transmisión con dos antenas se pueden combinar
en simultáneo cualquier par de antenas de la misma torre (Yagi superior + Yagi
5. Sistemas Radiantes
48
intermedia, Yagi superior + Yagi inferior ó Yagi intermedia + Yagi inferior). Con las
combinaciones entre las tres antenas enfasadas, dos antenas enfasadas o antenas
independientes a diferente altura, es posible obtener un rango de ángulos de elevación
que pueda adaptare a las condiciones de propagación ionosférica de cada momento.
La antena a mayor altura se sitúa a 45 metros de altura (2,25 longitudes de onda),
la antena intermedia se sitúa a 30 metros (1,5 longitudes de onda) y la antena inferior a
15 metros (0,75 longitudes de onda. Las antenas superior e inferior disponen de rotor
azimutal con capacidad de giro de 360º, mientras que la antena intermedia permanece
fija a 300º en el caso de la torre 4, y fija hacia Europa a 40º en el caso de la torre 3.
Figura 38. Sistema de antenas para 20 metros
La antena superior presenta, cuando actúa aislada, una ganancia máxima de 13,9
dBi a 11 grados de elevación con una ganancia superior a 9dBi (ganancia de la antena
en espacio libre) para ángulos de elevación comprendidos entre 3º y 12º de elevación .
lo que la hace adecuada para comunicados de muy larga distancia multisalto y para
cubrir los ángulos de radiación requeridos en las aperturas marginales cuando la MUF
todavía no ha alcanzado los 14 Mhz
5. Sistemas Radiantes
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Figura 39. Diagrama de radiación de la Yagi de 20 metros a 42 metros de altura
La antena intermedia, situada a 30 metros de altura, presenta su ganancia máxima
a los 11º de elevación, y supera los 9 dBi de ganancia para ángulos de elevación
comprendidos entre 5º y 16º. Este es el rango de ángulos que estadísticamente presenta
mejores condiciones para Norteamérica, por lo que esta antena permanece fija en esa
dirección para reforzar las señales en esa dirección cuando se transmita enfasando las
tres antenas con rumbo 300º. Manteniendo esta antena fija en este rumbo, también
permitirá hacer el lóbulo de radiación en azimut más amplio al girar la antena superior e
inferior 30 grados hacia el sur y transmitir con las tres antenas enfasadas. de esta manera
se consigue cubrir con ganancia una zona amplia del continente americano en las horas
del día en que la propagación esta abierta hacia zonas amplias. Esto es especialmente
útil para la estación de running, que debe poner excelentes señales sobre zonas muy
amplias de población para obtener el ritmo de contactos más alto posible en una misma
frecuencia de llamada.
5. Sistemas Radiantes
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Figura 40. Diagrama de radiación de la Yagi de 20 metros a 28 metros de altura
La antena inferior se sitúa a 15 metros de altura (0,75 longitudes de onda). Su
ganancia máxima se desarrolla a 21º de elevación y presenta ganancia superior a 9 dBi
para ángulos de elevación comprendidos entre 8º y 35º.
Figura 41. Diagrama de radiación de la Yagi de 20 metros a 14 metros de altura
Cuando se combinan las tres antenas situadas a diferente altura para que
transmitan con la misma fase, se consigue una excelente ganancia total de 17,1 dB y una
notable limpieza de lóbulos secundarios. Esta ganancia proporciona una PIRE de 77
5. Sistemas Radiantes
51
kW7 en una dirección y ángulos de elevación que son muy relevantes para los
comunicados con las zonas con mayor densidad de población de radioaficionados. Los
ángulos para ganancia superior a 9 dBi están comprendidos entre los 3º y los 16º de
elevación.
Figura 42. Diagrama de radiación de last res Yagi de 20 metros enfasadas a 14, 28 y 42
metros de altura
En ocasiones puede ser de gran interés transmitir con las dos antenas superiores
en dirección hacia Norteamérica y con la antena inferior hacia Europa. La ganancia
hacía Norteamérica es en este caso de 16,6 dBi8 (34,2 kW PIRE) a una elevación de 8
grados y hacia Europa la ganancia sería de 13 dBi (15 kW) a una elevación de 21º. Esta
configuración es muy habitual en la banda de 20 metros entre estaciones de concurso de
altas prestaciones y permite obtener los máximos ratios de contacto por minuto al poder
atender simultáneamente estaciones de las dos zonas. Los ángulos de elevación que se
consiguen con esta configuración son los más adecuados para estas dos zonas del
mundo en las horas centrales de la tarde, que es cuando existe propagación sólida hacia
estas dos áreas.
7 La potencia máxima según la reglamentación de las competiciones es de 1.500 W
8 La potencia de emisión de 1,5 kW se reparte al 50% entre las antenas hacia NA y hacia EU para
seguir cumpliendo con el reglamento de la competición. Las PIRE respectivas son por tanto 34,2 kW y 15
kW hacia norteamérica y hacia Europa respectivamente
5. Sistemas Radiantes
52
Figura 43. Diagrama de radiación de las Yagi de 20 metros enfasadas a 28 y 42 metros de altura
Adicionalmente, es de interés poder transmitir con las antenas intermedias e
inferior enfasadas hacia una misma dirección y la antena superior hacia otra dirección
perpendicular a la anterior. Este caso es de especial interés en la banda de 20 metros por
las mañanas locales cuando el circuito de propagación esta solidamente establecido con
Eurpa y todavía es incipiente hacia Norteamérica. En este caso hacia Europa priman los
ángulos de elevación altos y medios, mientras que hacia Norteamérica solo son validos
los ángulos muy bajos. Con esta configuración se consigue poner una excelente señal en
Europa adecuada para maximizar el ritmo de running, y al mismo tiempo trabajar
estaciones hacia Norteamérica o multiplicadores del Pacífico, atraídos por ser de las
primeras señales que aparecen en esos destinos provenientes de África o incluso de
Europa.
5. Sistemas Radiantes
53
Figura 44. Diagrama de radiación de las Yagi de 20 metros enfasadas a 14 y 28 metros de altura
Con esta configuración, el sistema tiene una ganancia de 15, 6 dBi en dirección
hacia Europa a una elevación de 13º y hacia Norteamérica tiene una ganancia de 13,9
dBi a una elevación de 8º.
Las dimensiones y medidas para la construcción de la antena Yagi para 20 metros
se muestran en la Figura 45. Los diámetros y secciones de los tubos de aluminio 6061-
T6 se han dimensionado para soportar vientos de 160 km/h.
5. Sistemas Radiantes
54
Figura 45. Antena Yagi para 20 metros
La conmutación y apilamiento de las antenas se realiza con un enfasador remoto,
situado en la base de cada torre, que reparte la potencia entre las antenas seleccionadas
adaptando la impedancia resultante. El enfasador es controlado desde cada puesto de
operación a elección del operador y en base a las condiciones de propagación que se
detecten en cada momento. Su diseño y funcionamiento se discute en el apartado 5.9.
5.6. Antenas para 15 metros
Para los 15 metros se han diseñado un total de siete antenas Yagi de cinco
elementos cada una. Se instalan en dos torres apilando tres Yagis en la torre 4 y cuatro
yagis en la torre 1. En funcionamiento en régimen, las antenas de la torre se conectan al
puesto de operación de running de la banda de 15 metros y las antenas de la torre 3 lo
hacen con el puesto de búsqueda de 15 metros.
Se ha escogido un diseño de cinco elementos sobre un travesaño (boom) de 7
metros de longitud para obtener un buen equilibrio entre ganancia hacia delante y ancho
de haz azimutal. Aunque mecánica y eléctricamente es viable diseñar una Yagi para 15
metros con más elementos sobre un travesaño mayor para obtener mayor ganancia, el
lóbulo de radiación azimutal resultante tendría un ancho de haz sensiblemente menor.
5. Sistemas Radiantes
55
Un lóbulo azimutal demasiado estrecho obliga a estar continuamente reorientando los
rumbos de las antenas para cubrir una zona geográfica extensa y resulta poco operativo
durante la competición. Para aumentar la ganancia del sistema de antenas es preferible
comprimir la anchura del lóbulo de radiación en vertical (elevación) en vez de reducirlo
en azimut. Por otra parte, modulando la anchura del haz de emisión en elevación
permite adaptar la emisión a las condiciones ionosféricas más favorables en cada
momento del día.
Figura 46. Sistema de antenas para 15 metros
La antena Yagi de 15 metros situada a la mayor altura de 36 metros (2,2
longitudes e onda), presenta un lóbulo principal de radiación a una elevación muy baja
de 6º con su máximo de ganancia en 14,3 dBi.
5. Sistemas Radiantes
56
Figura 47. Diagrama de radiación de la Yagi de 15 metros a 35 metros de altura
La antena inmediatamente inferior, a 26 metros de altura, presenta su lóbulo
principal de radiación a una elevación de 8º, con una ganancia máxima de 14,2 dBi.
Figura 48. Diagrama de radiación de la Yagi de 15 metros a 26 metros de altura
La Yagi situada a 17 metros de altura tiene su lóbulo de radiación principal con
una elevación de 11º, donde presenta una ganancia máxima de 14 dBi.
5. Sistemas Radiantes
57
Figura 49. Diagrama de radiación de la Yagi de 15 metros a 17 metros de altura
La Yagi situada en la parte inferior de la torre, a 8 metros de altura, presenta su
lóbulo máximo de radiación con una elevación de 23º, donde desarrolla una ganancia de
12,9 dBi. Con estas cuatro configuraciones ya se pueden cubrir el rango de posibles
ángulos de llegada de la señal. Sin embargo, es deseable maximizar la ganancia del
sistema radiante para mejorar las señales tanto en emisión como en recepción por lo que
en términos generales se utilizarán combinaciones de Yagis a diferentes alturas para
obtener ganancia adicional frente a una sola antena y seguir teniendo la diversidad de
elevaciones que se requiera en cada momento.
5. Sistemas Radiantes
58
Figura 50. Diagrama de radiación de la Yagi de 15 metros a 8 metros de altura
La máxima ganancia del sistema de antenas se consigue cuando las cuatro antenas
transmiten en fase en la misma dirección. En ese caso la ganancia es de 18,1 dB, con
una elevación de 7º. El sistema de 4 antenas apiladas presenta una ganancia superior a 9
dBi para ángulos de elevación comprendidos entre 2º y 13º, por lo que en términos
generales, esta configuración será la más utilizada para comunicados de larga distancia
por doble salto 2F2 con la costa Este de Norteamérica o mediante 3F2 con la costa Oeste
en los periodos en los que con circuitos a esos destinos con mayor número de saltos
todavía no están formados por no haber llegado la MUF adecuada para ángulos muy
abiertos de incidencia sobre la ionosfera. Esta capacidad de anticipar las aperturas a
larga distancia es una ventaja competitiva muy importante al poder alargar los periodos
de comunicación con las zonas con mayor densidad de población de radioaficionados.
Figura 51. Diagrama de radiación de las cuatro Yagi de 15 metros enfasadas a 35, 26,
17 y 8 metros de altura
Cuando se transmite con las dos antenas superiores (35 metros y 26 metros) se
consigue igualmente un lóbulo de radiación aún más bajo manteniendo todavía una
elevada ganancia. En este caso la ganancia es de 17 dBi a una elevación de 6º como
muestra la Figura 52.
5. Sistemas Radiantes
59
Figura 52. Diagrama de radiación de las dos Yagi de 15 metros enfasadas a 35 y
26 metros de altura
La transmisión con las dos antenas superiores puede ser de interés mientras se
utilizan las dos antenas inferiores, igualmente enfasadas, en las horas del día en las que
la banda de 15 metros permanece abierta simultáneamente hacia Norteamérica y hacia
Europa. Las antenas inferiores cuando funcionan en fase presenta igualmente una
interesante ganancia superior a una única antena y tienen el lóbulo de radiación con una
elevación adecuada para el salto ionosférico 1F2 hacia Europa. Cuando las dos antenas
inferiores trabajan en fase, se obtiene una ganancia máxima de 15,5 dBi a una elevación
de 14º. La ganancia es superior a 9 dBi para ángulos comprendidos entre los 4º y los 23º
de elevación.
5. Sistemas Radiantes
60
Figura 53. Diagrama de radiación de las dos Yagi de 15 metros a 17 y 8 metros de altura
Las medidas para la construcción de cada Yagi de 15 metros se detallan en la
Figura 54. La construcción se realiza, al igual que las demás Yagi para el resto de
bandas con aluminio 6061-T6. El diseño mecánico permite soportar vientos de 150
km/h.
Figura 54. Antena Yagi para 15 metros
5. Sistemas Radiantes
61
La impedancia del dipolo de la Yagi es de 25 -j 26 ohms. Para adaptar esta
impedancia a la línea de alimentación de 50 ohms se utiliza un adaptador gamma,
consistente en un bucle de 23 cm de longitud y 10 centímetros de separación realizado
con aluminio de 10 mm de sección. Este bucle adaptador incorpora una inductancia en
paralelo a la Z del dipolo, elevándola hasta los 50 ohms requeridos.
5.7. Antenas para 10 metros
Para los 10 metros se han diseñado un total de 7 antenas de 5 elementos de
espaciado largo. El diseño es diferente al de las Yagi de las demás bandas para
aprovechar la posibilidad de utilizar cinco elementos sobre un travesaño muy rígido
mecanicamente de 7 metros de longitud. Aunque sería posible desarrollar más ganancia
con una longitud de antena mayor y mayor número de elementos, es preferible para una
estación de concurso mantener un ancho de haz azimutal amplio a costa de una ganancia
ligeramente menor. En el sistema de antenas diseñado, la ganancia se obtiene a costa de
estrechar el lóbulo de radiación en elevación y no el de azimut, para de esta manera
poder cubrir una extensión geográfica mayor y para adecuar los ángulos de salida del
sistema de antenas a las condiciones ionosféricas más adecuadas en cada momento del
día.
Figura 55. Sistema de antenas para 10 metros
En la torre 2 se sitúan cuatro Yagis para 10 metros a una altura de 8 metros, 18
metros, 28 metros y 38 metros respectivamente. El sistema de antenas de la torre 2
5. Sistemas Radiantes
62
alimentará a la estación principal de running de 10 metros. En la torre 2 se sitúan tres
Yagis de 10 metros a una altura de 8 metros, 18 metros y 28 metros respectivamente.
Esta segunda torre alimenta a la estación secundaria de búsqueda de multiplicadores. La
separación de tres metros respecto a la Yagi de 40 metros más próxima es suficiente
para que no aparezca interacción destructiva entre ambas antenas.
El diagrama de radiación de esta Yagi de 10 metros con cinco elementos de
espaciado largo se muestra en la Figura 56. El ancho de haz azimutal para una caída de
3 dB de la ganancia máxima es de 51,0 grados. Este ancho de haz se mantiene
prácticamente invariable en el caso de ubicación de la antena a diferentes alturas y en
caso de enfasar varias de ellas verticalmente sobre la misma torre.
Figura 56. Diagrama de radiación de la Yagi de 10 m.
La antena situada a 38 metros de altura tiene un lóbulo de radiación con su
máximo de ganancia a 4º de elevación, lo que la hace idónea para las condiciones de
propagación marginales en cuando la MUF no ha alcanzado los 28 Mhz. Su elevada
altura de casi 4 longitudes de onda hace que aparezcan otros significativos lóbulos de
radiación a 12º, 20º y 30º de elevación, lo que hace que esta antena sea importante en
5. Sistemas Radiantes
63
varios tipos de propagación y su aportación en caso de enfasado con el resto de antenas
sea decisivo.
Figura 57 Diagrama de radiación de la Yagi de 10 metros a 38 metros de altura
La antena situada a 28 metros de altura presenta una ganancia máxima de 16,1 dBi
a una elevación de 5º. Se mantiene una ganancia superior a 10 dBi para ángulos de
elevación comprendidos entre 2º y 9º.
Figura 58 Diagrama de radiación de la Yagi de 10 metros a 28 metros de altura
La antena situada a 18 metros de altura presenta su máxima ganancia de 15,9 dBi
a un ángulo de elevación de 8º, manteniendo una ganancia superior a 10 dB para
ángulos de elevación comprendidos entre 3º y 13º
5. Sistemas Radiantes
64
Figura 59 Diagrama de radiación de la Yagi de 10 metros a 18 metros de altura
Por su parte, la antena Yagi de 10 metros situada a 8 metros de altura tiene una
ganancia máxima de 14,9 dBi a una elevación de 17º. Su lóbulo de radiación en vertical
es notablemente ancho, superando los 10 dBi de ganancia para ángulos de radiación
comprendidos entre los 7º y los 27º. La contribución de esta antena es muy baja o nula
para formar lóbulos de bajo ángulo de elevación y elevada ganancia en el caso de
enfasar todas las antenas de la misma torre. Sin embargo su papel es muy importante
para aprovechar la propagación por aperturas de esporádica-E hacia el sur de Europa,
muy frecuentes en los meses de primavera y verano en el hemisferio Norte.
Figura 60 Diagrama de radiación de la Yagi de 10 metros a 8 metros de altura
5. Sistemas Radiantes
65
Cuando se enfasan las cuatro antenas situadas sobre la torre 2, se obtiene una muy
notable ganancia máxima de 20,1 dBi y con una importante limpieza de lóbulos
secundarios. Con esta configuración se consigue una ganancia superior a 10 dBi para
ángulos de elevación comprendidos entre 1º y 91, lo que la hace muy idónea para
contactos a muy larga distancia (saltos 3F2 ó más) cuando la MUF ya está establecida
en 28 Mhz y al mismo tiempo abrir la banda cuando las condiciones son muy pobres.
Figura 61 Diagrama de radiación de las cuatro Yagi de 10 metros enfasadas a 38 metros, 28 metros,
18 metros y 8 metros de altura
Cuando se enfasan las tres antenas inferiores, como es el caso de la torre 5, la
ganancia máxima es de 18,9 dBi a una elevación de 7º. En este caso se mantiene una
ganancia superior a 10 dBi para ángulos de elevación comprendidos entre 3º y 12º. La
limpieza de lobulos secundarios es también notable.
5. Sistemas Radiantes
66
Figura 62 Diagrama de radiación de las tres Yagi de 10 metros enfasadas a 28 metros, 18 metros y 8
metros de altura (torre 5)
Enfasando la antena inferior con su inmediatamente superior (alturas de 8 metros
y 18 metros respectivamente) se obtiene una ganancia máxima de 17,4 dBi a una
elevación de 10º. Se consigue una ganancia superior a 10 dBi para ángulos
comprendidos entre 4º y 16º de elevación.
Figura 63 Diagrama de radiación de las dos Yagi de 10 metros inferiores,
enfasadas a 18 metros y 8 metros de altura
5. Sistemas Radiantes
67
Los planos de construcción de cada Yagi de 10 metros se muestran en la figura
63. El montaje se realiza con tubo de aluminio 6061-T6 según los diámetros y espesores
indicados. La resistencia a la carga del viento de la antena es superior a 160 km/h.
Figura 64 Antena Yagi para 10 metros
La impedancia de la antena es de 25 ohms, La alimentación se realiza mediante
cable coaxial de 50 ohms con un balun de corriente 2:1 realizado sobre un toroide de
ferrita de material T-61, que se ubica en una caja estanca en el centro del dipolo
excitado y junto al travesaño.
5.8. Antenas para recepción en 80 m y 160 m
En las bandas de 160 metros y 80 metros son necesarias antenas separadas de
recepción debido a que las antenas de transmisión y recepción tienen requerimientos
muy distintos en estas bandas. Mientras la prioridad de diseño para la antena
transmisora es la eficiencia y la posibilidad de concentrar la energía radiada en la
dirección adecuada, en recepción la prioridad es maximizar la relación señal/ruido de
las señales provenientes de la dirección deseada. Puesto que en estas bandas bajas, el
ruido proviene del exterior del sistema de antenas y receptores, la eficiencia y el factor
ruido de los receptores adquieren poca relevancia. La antena receptora debe buscar
5. Sistemas Radiantes
68
reducir el ruido exterior, aunque sea a costa de reducir la eficiencia del sistema de
recepción. Lo relevante por tanto no es la intensidad de las señales recibidas sino su
relación con el ruido proveniente también del exterior. El ruido en estas bandas proviene
de tres fuentes principalmente: (i) ruido atmosférico, proveniente de la actividad
eléctrica en la atmósfera , descargas de estática, tormentas, rayos distantes, etc; (ii)
ruido industrial, proveniente de chispas eléctricas, líneas de potencia, fuentes
conmutadas, sistemas de iluminación, etc y (iii) interferencias causadas por otros
usuarios de la banda, tanto por sus emisiones fundamentales como por emisiones
espurias.
Una manera eficaz de reducir el ruido indeseado y por tanto aumentar la S/N es
utilizar una antena directiva que tenga una gran discriminación en las direcciones no
deseadas. Las antenas transmisoras de la estación, aunque todas ellas directivas,
adolecen en las bandas bajas de 160m y 80m de una elevada directividad por el gran
tamaño que se requeriría si se igualasen los patrones de radiación de las otras bandas.
Las antenas escogidas para las tareas de recepción en 160 m y 80 consisten en antenas
Beverage de diferente longitud y que pueden ser compartidas entre las dos bandas
simultáneamente.
La antena Beverage se compone de un hilo largo y rectilíneo, que discurre
paralelo a tierra a muy baja altura (típicamente dos metros, aunque la altura no es
crítica). El hilo acaba conectado a tierra mediante una resistencia terminal de valor
aproximadamente igual a la impedancia que supone la línea de transmisión formada por
el hilo largo y la tierra. Su ganancia es muy baja (inferior a -10 dB) debido a las fuertes
pérdidas con su interacción con la tierra, pero presenta una notable directividad que es
proporcional a la longitud del hilo.
En la Figura 65 se muestra el diseño realizado tomando como base el principio de
las antenas Beverage de modo que pueda ser conmutado de manera sencilla entre dos
direcciones y pueda además ser utilizada simultáneamente en 160 metros y en 80
metros. El hilo de la antena receptora esta formado por la malla exterior de cable coaxial
delgado (RG-58) de 50 ohms con una distancia total que va de los 120 a los 270 metros
dependiendo de la disponibilidad de terreno. En los extremos se sitúan dos choques de
RF realizados con 60 toroides de ferrita de alta permeabilidad de 2 cm de longitud y
diámetro interior de 6mm. El sistema de conmutación de 3 relés en paralelo es activado
por la misma línea de control que en el caso del relé situado en el extremo alejado a la
conexión al receptor, se realiza a través del propio cable coaxial.. La impedancia de la
5. Sistemas Radiantes
69
antena de recepción es de 450 ohms, por lo que para adaptarla a la línea de 50 ohms que
lleva la señal a los receptores, se instala un transformador de relación 9:1, en cada uno
de los dos extremos.
Figura 65. Antena de recepción Beverage con conmutación bidireccional
El patrón de directividad para la banda de 80 metros se muestra en la Figura 66.
para el caso que la antena tenga una longitud total de 140 metros.
Figura 66. Diagrama de recepción en azimut para 80 metros
5. Sistemas Radiantes
70
Para esa misma longitud de hilo, el patrón de directividad para 160 metros se
muestra en la Figura 67. En esta banda, la antena de recepción tiene una ganancia muy
pobre, de -11 dB en su dirección de máxima ganancia. A pesar de esta pobre cifra no se
instalará ningún preamplificador de señal porque las señales que proporcione la antena
al receptor estarán siempre muy por encima de su umbral de ruido. El ruido exterior será
siempre superior al ruido térmico que pudiera proporcionar cualquier otro elemento del
sistema de recepción.
Figura 67. Diagrama de recepción en azimut para 160 metros
Las rumbos seleccionadas para las antenas Beverage de recepción son 300º para
Norteamérica, con su sentido inverso mediante conmutación de 120º, cubriendo buena
pare de África; 30º para cubrir Europa con su inversa hacia 210º, que cubrirá
Sudamérica y los 260º que corresponde al Caribe donde hay una notable densidad de
potenciales multiplicadores, y su inversa de 80º que corresponde al Sudeste asiático.
6. Sistema de filtrado
71
6. SISTEMA DE FILTRADO
En una estación multi-operador de concurso, el principal problema es la gestión
de las interferencias que se generan entre emisiones entre los diferentes equipos de la
misma o de diferente banda. Por imperativo de la normativa de los principales
concursos internacionales, todos los transmisores y sus antenas deben encontrarse
dentro de un círculo de diámetro inferior o igual a 500 metros. Por otra parte todas las
bandas de frecuencias del servicio de aficionados dedicadas a competiciones son
múltiplos sucesivos entre sí, por lo que los armónicos de cada transmisor caen dentro de
la banda de frecuencias donde operan el resto de equipos de la estación.
Adicionalmente, todo transmisor, por avanzado y depurado que sea, emite ruido
alrededor de su frecuencia fundamental de trabajo. Este ruido puede hacer muy difícil la
recepción, incluso alejándose muchos khz de la frecuencia exacta del primer armónico
de la transmisión.
Si no se tomara ninguna medida, la banda de frecuencia inmediatamente superior
a la de una transmisión quedaría completamente bloqueada para la recepción. La
eliminación completa de los armónicos primero ó segundo (2 x ftx ó 3 x ftx) es una tarea
virtualmente imposible, pero el objetivo esencial es que las interferencias queden
reducidas hasta un nivel equivalente al de cualquier otra señal que pudiera estar en la
banda proveniente de otro participante en el concurso. De esta manera tan solo queda
inutilizado un solo canal en la banda contigua en cada una de las bandas siguientes y
unos pocos khz en el caso de la misma banda. El lograr una mínima interacción de
transmisiones entre bandas es una importante fuente de ventaja competitiva para la
competición.
Las medidas que adoptará la estación multi-operador son de cinco tipos:
1. Separar las antenas transmisoras todo lo que resulte posible dentro de las
limitaciones de las reglas de la competición y no ubicar antenas de bandas
consecutivas en la misma torre.
2. Utilizar filtros paso-banda entre los equipos y los amplificadores lineales.
Igualmente, colocar filtros paso-banda entre los amplificadores y las antenas.
3. Utilizar filtros de grieta muy agudos a la salida de los amplificadores para
eliminar los armónicos sucesivos.
6. Sistema de filtrado
72
4. Utilizar antenas de polarización vertical y horizontal en las bandas
consecutivas más críticas para obtener una atenuación adicional por cambio
de polaridad.
5. Separar galvánicamente las líneas de transmisión de cada banda para evitar la
formación de bucles de corriente de RF por la malla exterior de los cables
coaxiales.
En la Figura 68 se muestra los niveles comparativos de potencia entre la
transmisión, los niveles de peligro, de bloqueo y umbrales de los receptores. El objetivo
primordial es conseguir una atenuación de al menos -147 dB para que el primer
armónico resulte equivalente en el receptor interferido a una señal moderada que pueda
estar en el aire proveniente de otra estación lejana.
Figura 68. Niveles comparativos de señal y niveles de referencia para la compatibilidad entre
emisiones y receptores. El sistema de filtros debe superar los -147 dB entre equipos.
Es en las bandas de longitud de onda más larga donde el efecto de la separación
de las torres y las antenas es menor por la menor relación que suponen las distancias en
6. Sistema de filtrado
73
términos de longitud de onda. Por ello, en la estación, las antenas seleccionadas para la
banda de 160 metros (1,85 Mhz, antena vertical directiva de bucle en delta) tienen
polaridad vertical mientras que el resto de bandas tienen todas sus antena en polaridad
horizontal (antenas Yagi-Uda multi-elemento). En cada una de las torres de 40 metros
de altura se instalan antenas de bandas no consecutivas. De esta manera, además de
reducirse las interferencias entre bandas se minimiza la interacción destructiva que se
podría producir en los lóbulos de radiación de las antenas Yagi-Uda.
6.1. Sistema de filtros anti-interacción
Cada uno de los 12 puestos de operación (2 por 6 bandas) dispone de una
configuración de filtros diseñados específicamente para esta estación. Los sistemas de
filtrado para las bandas de 160 metros y 80 metros se muestran en la Figura 69 y los
correspondientes a las bandas de 40 metros a 10 metros en la Figura 70
Figura 69. Esquema general del sistema de filtros para los puestos de 160 metros y 80 metros
En los dos casos, el primer filtro entre el transmisor-receptor y el amplificador
lineal es un filtro paso-banda sintonizado en el centro de la banda de frecuencias
correspondiente. Su propósito es atenuar la emisión de armónicos y espurios que
alimentarían al amplificador lineal y también eliminar frecuencias fundamentales
emitidas por las otras emisoras de la estación que generarían productos de
intermodulación e los circuitos de alta del receptor.
6. Sistema de filtrado
74
Figura 70. Esquema general del sistema de filtros para los puestos de 40 metros, 20 metros, 15
metros y 10 metros
Los filtros situados entre la salida del amplificador lineal y las antenas son, para
las bandas bajas (160m 80m) un filtro paso-banda al que se le añaden unas células de
bloqueo en grieta de muy alta atenuación y sintonizadas en los múltiplos de la
frecuencia de trabajo. Para las bandas de 40 metros, 20 metros, 15 metros y 10 metros
consisten en dos filtros de bloqueo en grieta situados en cascada y separados en la línea
de transmisión de la antena por una longitud de un cuarto de longitud de onda de la
fecuencia correspondiente al primer armónico,
6.2. Filtros paso-bajo entre los transceptores y sus amplificadores
El primer filtro paso-banda (entre cada transceptor y su amplificador) que se usa
en cada una de las seis bandas consiste en un filtro Chebyshev de tres circuitos
resonantes. Este diseño proporciona un compromiso satisfactorio entre una adecuada
selectividad, muy baja atenuación en la banda de paso y un nivel de complejidad
aceptable. El filtro se compone de sendos circuitos resonantes en paralelo en la entrada
y en la salida, acoplados mediante un circuito resonante en serie.
En la Figura 71 se muestra el esquema de componentes, que será el mismo para
las bandas de 160 metros, 40 metros, 15 metros y 10 metros pero con valores diferentes.
6. Sistema de filtrado
75
Figura 71. Esquema del filtro paso-banda entre cada transceptor y su amplificador lineal para las
bandas de 160m, 40m, 15m y 10m.
Los circuitos resonantes, y sus correspondientes inductancias y condensadores,
están numerados de izquierda a derecha como 1, 2 y 3. Los circuitos resonantes 1 y 3
tienen componentes de idéntico valor en cada banda. para minimizar la dispersión del
valor de los componentes a menos de 4 a 1, el filtro tiene una impedancia de 450 ó 800
ohms y las bobinas derivadas en la entrada y salida se escalonan adecuadamente para
obtener los 50 ohms de la línea de transmisión entre transceptor y amplificador. Esto
permite que L1 y L3 tengan una reactancia de más de 100 ohms, asegurando un Q
razonable.
Figura 72. Esquema del filtro paso-banda entre cada transceptor y su amplificador lineal para las
bandas de 80m y 20m
6. Sistema de filtrado
76
Para las bandas de 80 metros y 20 metros se usará básicamente el mismo esquema
pero con un bobinado trifilar en las bobinas L1 y L3, como muestra la Figura 72. Se
escogió un bobinado trifilar en 20 metros porque dan un máximo de atenuación en el
segundo armónico de la señal de 14 Mhz. Usar un bobinado trifilar o cuadrifilar implica
que un valor particular de inductancia no puede obtenerse añadiendo o quitando una o
dos espiras. Al contrario, cualquier espira añadida o eliminada debe hacerse como
multplos o submúltiplos de tres o cuatro espiras para mantener la configuración trifilar o
cuadrifilar. Esta limitación hace que el ajuste fino del filtro resulte más delicado en su
construcción. A cambio, los bobinados trifilar o cuadrifilar proporcionan mayor
atenuación que la que se obtendría con un bobinado progresivo habitual.
BANDA C1, C3 C2 L2-A, L2-B L1,L3
160 metros 440 pF 250 pF 14,8uH, 14,2uH 16,46 uH
80 metros 375 pF 155 pF 5,97uH, 5,97uH 4,93 uH
40 metros 125 pF 60 pF 4,13uH, 4,13uH 3,96 uH
20 metros 90 pF 36 pF 1,7uH, 1,48 uH 1,27 uH
15 metros 53,4 pF 15 pF 1,87uH, 1,88uH 1,053 uH
10 metros 40 pF 12,9 pF 1,1uH, 1,26uH 0,761 uH
Tabla B .Valores de los componentes del filtro entre tranceptor y amplificador lineal
Figura 73. Implementación de los seis filtros entre transceptor y amplificadoren un mismo
gabinete. (5B4AGN).
6. Sistema de filtrado
77
Una implementación de estos filtros realizado por radioaficionados (Figura 73),
con componente discretos comerciales con tolerancia del 5% y bobinas construidas con
toroides de ferrita Amidon T-130-0, T130-6 y T130-17 dieron los siguientes resultados:
Frecuencias 1.81-1.89 3.50-3.80 7.00-7.20 14.0-14.35 21.0-21.45 28.0-29.0
Filtro PB de 10 metros 80dB 80dB 70dB 45dB 25dB 0.4dB
Filtro PB de 15 metros 80dB 80dB 60dB 35dB 0.4dB 48dB
Filtro PB de 20 metros 75dB 60dB 40dB 0.4dB 38dB 57dB
Filtro PB de 40 metros 70dB 45dB 0.4dB 60dB 50dB 45dB
Filtro PB de 80 metros 45dB 0.3dB 50dB 60dB 50dB 40dB
Filtro PB de 160 metros 0.4dB 48dB >80dB 60dB 60dB 80dB
Tabla C. Atenuaciones de los filtros en cada una de las bandas de interés.
6.3. Filtros de grieta de bloqueo de bandas para las bandas bajas
El propósito de los filtros entre el amplificador lineal y las antenas es eliminar no
sólo los armónicos múltiplos de la frecuencia fundamental sino cualquier otra emisión
que pudiera aparecer en las otras bandas, aunque estén en frecuencias inferiores. Es
relativamente frecuente que aparezcan productos de intermodulación y de batido entre
señales muy fuertes ocasionados por dos o más señales muy fuertes que pueden ser o
bien estaciones de radiodifusión próximas o los otros transmisores de la propia estación
de concurso. Estas frecuencias de batido pueden ocasionarse o bien en el interior de los
propios amplificadores, o en elementos ajenos a la propia estación como son líneas o
vallas metálicas, ordenadores, amplificadores de recepción de TV. Los contactos de
cobre oxidados (ajenos incluso a la estación) generan en ocasiones un efecto de
rectificación ante señales de RF que acaban generando emisiones espurias, que aunque
de baja intensidad son suficientes para causar molestias en la recepción. Con la
inserción de filtros de grieta no solo se reduce la emisión de señales no deseadas en las
frecuencias de las otras bandas, sino que ayudan a que las señales fundamentales (muy
fuertes) no penetren en los lineales y equipos de cada banda.
Para la banda de 160 metros y 80 metros se han diseñado sendos filtros que actúan
como paso-banda de las frecuencias de 1.800 a 2.000 khz (160 metros) y en las
frecuencias de 7.000 khz a 7.200 khz (40 metros) y tienen añadidos una serie de filtros
de grieta de alta atenuación que eliminan señales de frecuencias correspondientes a las
otras bandas.
6. Sistema de filtrado
78
6.3.1. Filtro paso-banda y de grieta para 80 metros
El diseño consiste en un filtro paso-banda sintonizado en 3,65 Mhz al que se le
añaden cinco filtros de grieta que atenúen las otras cinco bandas.
Figura 74. Filtro paso-banda y de grieta para la salida de los amplificadores de 80 metros
Los condensadores deben ser capaces de soportar 5 kV de tensión y una tolerancia
de 5%. Las bobinas se construyen con hilo de cobre plateado de 3 mm de diámetro y
con diámetros mínimo de 4 cm para asegurar un Q alto. El ajuste se realiza con el
analizador de redes y moviendo ligeramente las espiras de las bobinas para reajustar las
posibles desviaciones de fabricación de los condensadores o los efectos parásitos de la
construcción (capacidades parásitas, longitud de las conexiones, etc). En la construcción
física del filtro, cada circuito resonante va separado de los demás por una pared metálica
dentro de la caja metálica del filtro. La Figura 75 muestra el gráfico de atenuación frente
a frecuencia de este filtro.
6. Sistema de filtrado
79
Figura 75. Atenuación de frecuencias del filtro pasobanda y de grieta a la salida de los
amplificadores de 80 metros
6.3.2. Filtro paso-banda y de grieta para 160 metros
Para la banda de 160 metros se utiliza un diseño en el que los resonadores que
eliminan las bandas que deben ser bloqueadas se realizan mediante un circuito que
combina elementos discretos con líneas de transmisión. Es esquema de componentes se
muestra en la Figura 76.
Figura 76. Filtro paso banda para 160 metros con grietas de atenuación en el resto de bandas
realizados mediante líneas de transmisión.
6. Sistema de filtrado
80
Los tramos de línea coaxial de 13,5 metros (stubs) funcionan para las frecuencias
de la banda de 160 metros como una capacitancia de -j49,5 ohms cuando el tramo esta
abierto y como una inductancia de valor +j50 ohms cuando el tramo está
cortocircuitado. Sin embargo, para las frecuencias de la banda de 80 metros (3,7 Mhz),
el tramo con su extremo abierto actúa prácticamente como un cortocircuito (Z3,7Mhz =0,9
-j1,4 ohms). Lo mismo ocurre con el tramo cortocircuitado en el extremo, el cual actúa
como un corto para la frecuencia de la banda de 40 metros (Z7Mhz =1,3-j0,6 ohms) Los
patrones de atenuación de este filtro son muy limpios en la banda de paso y
proporcionan una excelente atenuación de casi 70 dB en las grietas de bloqueo de las
demás bandas. La longitud de las líneas de transmisión del filtro están calculadas para
cable coaxial RG-213 que tiene u factor de velocidad de 0,66..El filtro con este cable
coaxial puede soprtar potencias de más de los 1,5 kW permitidos, incluso aunque la
línea de transmisión soporte una ROE levada. Se podrían conseguir algunos dB más de
atenuación utilizando cable coaxial de menores perdidas que el RG213, tal como línea
dura de Cellflex de 1 pulgada, pero el filtro quedaría mucho menos compacto y sería
demasiado rígido. La Figura 77 muestra el patrón de atenuación por frecuencia del filtro
de 160 metros.. La atenuación en la banda pasante es de tan solo 0,1 dB.
Figura 77. Atenuaciónes del filtro paso-banda y de grieta para 160 metros.
En general es recomendable situar los filtros no inmediatamente después de la
salida de los amplificadores de potencia, sino a una distancia igual a un cuarto de onda
eléctrico para la frecuencia del primer armónico (2 x f) para que resulten más efectivos.
6. Sistema de filtrado
81
La razón es que en la propia salida de los amplificadores ya se dispone de una
impedancia muy baja para la frecuencia del primer armónico debido a que los
amplificadores lineales escogidos para la estación cuentan todos con una red de
adaptación de impedancias en PI-L. Esta red de adaptación PI-L proporciona ya una
notable atenuación para el primer armónico (típicamente el primer armónico es de 45 a
50 dB por debajo de la fundamental) por lo que si se sitúa un nuevo corto (el filtro de
grieta funciona proporcionando un corto a tierra en su frecuencia de bloqueo) apenas
generará un incremento de atenuación de muy pocos dBs. Si el filtro de grieta se sitúa a
una distancia de (o múltiplo impar) de la frecuencia a bloquear se consigue "aislar"
el efecto del filtro de grieta respecto del primer filtro que supone la red de adaptación de
la salida del amplificador lineal. De esta manera, el efecto de corto a tierra que
proporciona el filtro se hace patente para las frecuencias de bloqueo.
6.4. Filtros de grieta de bloqueo para las bandas altas
Para las bandas de 40 metros, 20 metros, 15 metros y 10 metros se han diseñado
cuatro filtros realizados mediante tramos de cable coaxial (stubs) de bajas pérdidas. El
diseño parte de la propiedad mediante la cual una línea de transmisión de un cuarto de
onda convierte una impedancia infinita (circuito abierto) en uno de sus extremos, en una
impedancia cero (circuito cerrado) en su otro extremo. Esta propiedad se repetirá para
cualquier multiplo impar de un cuarto de onda. Por otra parte, una línea de transmisión
de una longitud de media onda trasladará a su otro extremo cualquier impedancia que se
le conecte Puesto que las bandas de aficionado en HF son multiplos sucesivos es posible
diseñar eficaces filtros consistentes en instalar en paralelo con la línea de transmisión
entre los amplificadores y sus respectivas antenas, unos tramos que creen resistencia
nula (corto) para los armónicos y que al mismo tiempo representen una impedancia
infinita para la frecuencia de trabajo. Por ejemplo una línea de media onda para 28 Mhz
cortocircuitada en su extremo representa un circuito abierto en 14Mhz, de manera que
situada en paralelo sobre una línea de transmisión para 14 Mhz resultara transparente,
mientras que para el primer armónico de 28 Mhz representará un cortocircuito por ser el
tramo de media onda para esta última frecuencia.
La atenuación que se consigue en la práctica con este tipo de filtros realizados con
tramos de línea de transmisión (stubs) situados en paralelo es del orden de 30 a 35 dB
con una línea coaxial de bajas pérdidas. Para aumentar la profundidad de la grieta de
atenuación se puede instalar un segundo filtro de tramo aúna distancia de un cuarto de
6. Sistema de filtrado
82
onda eléctrico de la frecuencia a atenuar. De esta manera los dos filtro de tramo
combinan su efecto en cascada al quedar "aislado" su efecto por la separación de un
cuarto de onda. Si no existiera tal separación, el efecto combinado de los dos filtros
sería el equivalente a situar dos resistencias de igual valor en paralelo, por lo que la
eficacia de la atenuación tan solo se incrementaría en 3 dB.
6.4.1. Filtro de grieta para 40 metros
El diseño para la banda de 40 metros aparece en la Figura 78. Se realiza con cable
de bajas pérdidas con dieléctrico de espuma LMR600, que tiene un factor de velocidad
de 0,85. Los dos tramos más largos (de 9,08 metros) y cortocircuitados anulan las
frecuencias de 14 Mhz y de 28 Mhz correspondiendo a media longitud de onda y una
longitud de onda respectivamente.
Figura 78. Filtro de grieta para 40 metros
La separación entre los dos filtros de tramo corresponde a una longitud de un
cuarto de onda sobre cable LMR600 para 14 Mhz, haciendo que las atenuaciones de
ambos filtros de tramo se sumen en cascada para esa frecuencia que corresponde al
armónico más fuerte de 7Mhz.
El tramo de coaxial de 6,08 metros y cortocircuitado en su extremo anula las
señales de 21 Mhz al representar una longitud de un cuarto de onda para esas
6. Sistema de filtrado
83
frecuencias. Sin embargo este tramo genera en la frecuencia de trabajo de 7 Mhz una
impedancia capacitiva de -j85 ohms. Para eliminarla y que no cause ninguna
perturbación en 7Mhz (que en todo momento deben ver los 50 ohms de las antenas) se
añade el tercer tramo de coaxial de 3,09 metros que a la frecuencia de 7 Mhz equivale a
una impedancia inductiva de +j85 ohms. Al estar en paralelo y no ser resistivas y de
valores conjugados, ambas impedancias se cancelan, dejando inalterada la impedancia
característica de la línea de transmisión para los 7 Mhz.
Este filtro aporta una atenuación en la banda de 40 metros de 0,15 dB y de 68 dB
en el primer armónico de 20 metros.
6.4.2. Filtro de grieta para 20 metros
El filtro de grieta para 20 metros consta de cuatro tramos de cable coaxial
LMR600 agrupados en dos parejas de tramos de 4,54 metros y 9,08 metros y separados
una distancia de 9,08 metros sobre la propia línea de transmisión que va de los
amplificadores lineales de 20 metros a las antenas de 20 metros.
Figura 79. Filtro de grieta para 20 metros.
Los tramos de 9,08 metros atenúan las señales de las bandas de 15 metros y de 40
metros actuando como un cortocircuito en esas frecuencias al ser para 7 Mhz una línea
de un cuarto de onda abierta por su otro extremo y representar una línea de tres cuartos
6. Sistema de filtrado
84
de onda abierta en su extremo para 21 Mhz. Los tramos de 4,54 metros atenúan las
señales de 10 metros al ser para esta banda una línea de media onda cortocircuitada en
su extremo. Para la frecuencia de trabajo de 14 Mhz estos filtros de grieta resultan
totalmente transparentes, pues los tramo de 9,08 metros son de media onda para 14 Mhz
y están abiertos en su extremo opuesto, generando una impedancia infinita. Los tramos
de 4,54 metros suponen en 14 Mhz igualmente una impedancia infinita al ser tramos de
media longitud de onda en esta frecuencia y estar cortocircuitados en su extremo
opuesto.
Ambas parejas de filtros están separadas una distancia de 9,08 metros que
corresponde a una longitud de un cuarto de onda para 7 Mhz para hacer más eficiente la
atenuación en esta banda y minimizar la entrada en los puestos de operación de 20
metros las señales de transmisión de 40 metros. Esta separación de 9,08 a lo largo de la
línea de alimentación representa una longitud de tres cuartos de onda para las
frecuencias de la banda de 15 metros, consiguiéndose el mismo efecto de cascada entre
ambos filtros de grieta.
6.4.3. Filtro de grieta para 15 metros
El filtro de grieta para 15 metros consta de dos tramos (stubs) de cable coaxial
LMR600 de 9,08 metros de longitud y separados una distancia de 4,54 metros sobre la
línea de transmisión que va desde los amplificadores lineales del puesto de operación de
15 metros hasta sus respectivas antenas. Esta distancia está calculada para representar
un cuarto de onda sobre las frecuencias de 20 metros.
6. Sistema de filtrado
85
Figura 80. Filtro de grieta para 15 metros
Ambos tramos de cable coaxial de 9,08 metros representan una longitud de media
onda para 14 Mhz y de una onda completa para 28 Mhz. Al estar cortocircuitados en sus
extremos replican esa misma impedancia nula en la línea de transmisión de 15 metros
creando una fuerte atenuación sobre la misma a las frecuencias de 14 Mhz y 28 Mhz. Al
mismo tiempo, ambos tramos de 9,08 metros representan una longitud de tres cuartos de
onda para las frecuencias de 21 Mhz., por lo que el cortocircuito de los extremos se
transforma en un circuito abierto en el lado conectado a la línea de transmisión de 21
Mhz. La separación entre ambos tramos sobre la línea de transmisión es de 4,54 metros
y corresponde a una longitud de un cuarto de onda para 14 Mhz, con lo que el efecto de
ambos filtros para esa banda se superponen en cascada.. La atenuación en 14 Mhz es de
68 dB con unas perdidas de inserción en 21 Mhz de tan solo 0,1 dB.
6.4.4. Filtro de grieta para 10 metros
El filtro de grieta para 10 metros se compone de cuatro tramos (stubs) de cable
coaxial LMR600 agrupados en dos parejas iguales formadas por dos tramos de 4,54
metros y 9,08 metros. La separación entre ambas parejas se realiza sobre el mismo cable
coaxial de la transmisión de los puestos de 10 metros y con una separación de 4,54
metros.
6. Sistema de filtrado
86
Figura 81. Filtro de grieta para 10 metros
El tramo de cable coaxial LMR600 de 9,08 metros corresponde a una longitud
eléctrica de un cuarto de onda para 7 Mhz y de tres cuartos de onda para 21 Mhz. Al
estar en circuito abierto por un extremo hace aparecer un cortocircuito en el otro
extremo. Al estar situados en paralelo con la línea de transmisión se consigue que las
señales de 21 Mhz y de 7Mhz vean un cortocircuito en esos puntos de la línea de
transmisión. Los tramos de cable coaxial de 4,54 metros equivalen a una longitud de un
cuarto de onda para 14 Mhz. El circuito abierto en el extremo del tramo se transforma
también en un cortocircuito en el extremo conectado a la línea de transmisión haciendo
que las señales de 14 Mhz vean igualmente un nulo en la línea de transmisión. La
separación entre los dos filtros de grieta a lo largo de la línea de transmisión es de 4,54
metros que representa un cuarto de onda eléctrico sobre las señales de la banda de 20
metros. En esta banda es donde el filtro consigue su máxima atenuación de grieta de 70
dB para anular las señales de los transmisores de 20 metros que penetren a través de las
antenas de 10 metros.
7. Sistema de emisores receptores
87
7. SISTEMA DE EMISORES RECEPTORES
7.1. Equipos transceptores
La selección de los equipos de transmisión-recepción se ha realizado en base a
una serie de criterios que permitirán maximizar el desempeño de la estación y su
puntuación en el entorno de la competición que tiene una características singulares
comparado con otros sistemas de comunicaciones en onda corta. Durante una
competición de radio de categoría mundial, todas las bandas alcanzan una densidad de
tráfico extraordinaria, con miles de señales en simultáneo repartidas en unas pocas
decenas de kHz. No existe en absoluto la posibilidad de salvaguardar una frecuencia. El
rango de frecuencias no está canalizado y es frecuente que en una misma frecuencia o
con diferencia de escasos centenares de Hz coexistan varias estaciones, todas ellas
cursando tráfico desde y hacia muy diferentes partes del mundo. El receptor en el modo
SSB debe ser capaz de extraer señales inteligibles soportando la presencia de señales
incluso dentro de su banda pasante. La habilidad del operador está en su capacidad para
entender los mensajes de intercambio del comunicado discerniendo la señal que está en
batido cero frente a otras señales que entran en el receptor y que no generan un audio
inteligible por no estar exactamente en batido cero y generan ruido intenso. En
telegrafía (CW) el problema es similar, en el que el operador debe ser capaz de
seleccionar un único tono de audio de la señal de interés frente a otros muchos tonos de
otras señales que penetren en la banda pasante del receptor. Por ello el receptor debe ser
capaz de modificar fácilmente en su panel de control la selectividad del receptor y
modificar la forma de la banda pasante. Todos los equipos de radioafición de gama alta
incorporan esta función de una manera u otra, mientras que esta función esta muy
pobremente recogida en los equipos de radio de onda corta profesionales.
Durante una operación típica de concurso es muy habitual encontrarse con muchas
y muy fuertes señales en frecuencias muy próximas a la frecuencia de operación donde
la estación de concurso está cursando tráfico. El receptor debe ser capaz de soportar
esas señales fuertes muy próximas sin degradar sus características para recibir señales
muy débiles. En términos generales cabe esperar una señal de más de -15 dBm cada 10
khz en los terminales del receptor. Por otra parte, la mayor parte del tráfico, el que
produce el grueso de los 15.000 a 25.000 comunicados en las 48 horas de la
competición, se realiza con estaciones domésticas de baja o moderada potencia y que
por tanto generan una señal relativamente débil en el receptor, del orden de -120 dBm o
7. Sistema de emisores receptores
88
incluso muy inferior. Además de una baja distorsión por productos de intermodulación
de señales fuertes en frecuencias próximas, los receptores escogidos deben ser capaces
de tener un elevado margen dinámico y una excelente sensibilidad.
Con estas condiciones de contorno hostiles esperables en la competición se ha
elaborado la siguiente lista de especificaciones con los criterios más relevantes que son
deseables en un receptor de onda corta para radio deportiva.
- Mínima Señal Discernible ó MSD. El propósito de este criterio es identificar el
umbral del suelo de ruido del receptor, es decir, la mínima señal discernible por el
mismo que sea capaz de producir una salida de audio donde la potencia de la señal mas
el ruido sea 3 dB superior a la salida de audio sin señal de entrada (S + N = S + 3dB).
La medida se realiza en el modo CW y con los filtros correspondientes a un ancho de
banda de 500 Hz y con el control automático de ganancia desactivado.
- Margen Dinámico de Bloqueo ó MDB determina el nivel de ganancia de
comprensión, o de desensibilización que acontece como consecuencia de otra señal
fuerte en a 20 kHz de la frecuencia de recepción. La medida se establece como la
diferencia entre el nivel del umbral de ruido y el nivel de la señal indeseada que produce
1 dB de reducción de la señal deseada. La medida se hace para la bandas de 80 metros y
20 metros. El cálculo es el siguiente:
Margen Dinámico de Bloqueo= nivel de bloqueo + umbral de suelo de ruido
(MSD expresada en dBm)
- Margen Dinámico de la Distorsión por Intermodulación ó IMDDR . Esta
medida establece el rango de señales que puede tolerar el receptor sin producir un nivel
de respuestas espurias apreciable. Para realizar la prueba se inyectan en el receptor dos
señales (f1 y f2) de igual amplitud y separadas 20 khz. El producto de tercer orden
aparecerá en las frecuencias 2f1-f2 y 2f2-f1 generará un nivel suficiente para asomar
por encima del umbral de ruido del receptor.
- Punto de intercepción de 3er orden o IP3. No es una medida en si misma sino
una cifra derivada de las anteriores que permite recoger en un único factor de merito las
características del receptor para manejar señales fuertes próximas y no deseadas. El IP3
se calcula a partir de la siguiente fórmula:
IP3 en la MSD: (1.5) x (IMD DR en dB) + (MSD en dB)
7. Sistema de emisores receptores
89
- Ergonomía. Este criterio hace referencia a la facilidad de manejo y a la rapidez
con la que un operador experimentado es capaz de hacer las funciones clave de
operación durante un concurso como son cambio de frecuencia entre VFO, ajustes de
selectividad, activación de frecuencia dúplex, manejo de filtros. sencillez de la interfaz
de ordenador, etc. Esta valoración es subjetiva y se realiza mediante encuesta de
preferencias a los operadores que serán habituales en la estación de concurso.
Se han analizado los siguientes equipos comerciales de gama alta para bandas de
radioaficionado:
Icom IC7800, fabricado por Icom Inc. Tokio Japón
Yaesu FT DX 9000, fabricado por Vertex-Standard, Tokio Japón
Elecraft K3, fabricado por Elecraft Inc, CA, USA
Yaesu FT DX5000, fabricado por Vertex-Standard, Tokio Japón
TenTec Orion-II, fabricado por Ten Tec Co, TN USA
Flexradio SDR-5000 fabricado por Flexradio Inc, Austin TX, USA
La comparativa de estos equipos se realiza con los datos del Laboratorio
independiente de la ARRL, American Radio Relay League, obtenidos en pruebas
especificas y por separado de cada uno de estos equipos. Los resultados detallados e
informe de cada prueba se pueden consultar en www.arrl.org.
La clasificación de los equipos frente a los criterios de evaluación definidos es la
siguiente:
Banda de 80m (cifras en dB)
MSD MDB IMDDR IP3 ERGONOMÍA
FlexRadio SDR-5000 129 123 94 42 media
Icom IC-7800 II 140 143 106 49 excelente
Elecraft K3/100 138 142 108 54 buena
Yaesu FT-Dx 5000 137 134 98 40 excelente
Yaesu FT-Dx 9000 D 132 135 98 45 buena
Ten-Tec Orion II 138 139 96 36 excelente
Tabla D. Valoración en la banda de 80 metros (3.500 a 3800 kHz)
7. Sistema de emisores receptores
90
Banda de 20m (cifras en dB)
MSD MDB IMDDR IP3 ERGONOMÍA
FlexRadio SDR-5000 132 123 99 47 media
Icom IC-7800 II 141 144 108 51 excelente
Elecraft K3/100 138 142 106 51 buena
Yaesu FT-Dx 5000 136 133 98 41 excelente
Yaesu FT-Dx 9000 D 134 138 100 46 buena
Ten-Tec Orion II 137 136 92 31 excelente
Tabla E. Valoración en la banda de 20 metros (14.000 a 14.350 kHz)
Los equipos con mejor calificación escogidos para la estación (12 unidades en
total) es el modelo IC7800 fabricado por Icom Inc.
Figura 82. Equipo transceptor seleccionado: Icom IC7800
La disposición de estos equipos y su integración con los demás elementos de la
estación se detallan en los siguientes apartados.
7. Sistema de emisores receptores
91
7.2. Amplificadores lineales de potencia
La potencia máxima a emplear en cada banda en una estación de radioaficionado
viene limitada por la regulación de cada país y también por las propias reglas de cada
competición. En todos los concursos internacionales de radio deportiva, la potencia
máxima que puede emplearse en las emisiones es de 1.500 W de potencia de cresta
envolvente, medida a la salida del paso final de los transmisores.
Las propias características de la estación y las condiciones esperables durante la
competición definen una serie de criterios para la selección de los equipos
amplificadores más allá del límite de potencia requerido. Los criterios son los
siguientes:
-Pureza espectral dentro de la banda. La linealidad del amplificador se traduce
en la limpieza y claridad de la señal que tendrá que ser recibida por los corresponsales
en muchas ocasiones en condiciones de señales muy bajas. n caso de señales débiles o
marginales, una señal de alta pureza espectral tiene muchas más posibilidades de
resultar más inteligible en caso de modulación SSB que otra que descuide este aspecto
- Productos de intermodulación y armónicos bajos. Cada transmisor opera en
un entorno en el que a pocas decenas de metros estarán operando los equipos receptores
de las otras bandas. La secuencia de bandas de frecuencia que utiliza a estación son
múltiplos consecutivos entre sí, de manera que cada armónico entero de las frecuencias
fundamentales de emisión caerá dentro de varias de las demás bandas de frecuencia
ocasionando interferencias en los demás equipos. El amplificador de potencia debe tener
una figura de atenuación de armónicos y productos de intermodulación muy baja para
evitar que las estaciones de las demás bandas pierdan competitividad por la presencia de
interferencias ocasionadas por las propias emisiones de la estación.
- Sintonía automática rápida. El amplificador de potencia debe ser capaz de
cambiar de manera rápida de frecuencia de emisión sin requerir resintonización ni
intervención manual por parte del operador. Los cambios de frecuencia de emisión
dentro de la misma banda son muy frecuentes dentro de la misma banda, llegando a ser
igual a varios por minuto en el caso de la estación B cuyo cometido es la búsqueda de
nuevos corresponsales o estaciones multiplicadoras. Como criterio de corte se establece
que el amplificador debe ser capaz de resintonizarse automáticamente tras un cambio de
frecuencia en menos de 1 segundo.
7. Sistema de emisores receptores
92
- Fiabilidad y alto TMEF, tiempo medio entre fallos. Durante la competición
de radio los equipos estarán sometidos a pleno régimen de funcionamiento durante 48
horas consecutivas y sometidos en ocasiones a uso abusivo debido a posibles errores de
los operadores ocasionados por la fatiga o ausencia de sueño. También son frecuentes
los fallos temporales en los sistemas de conmutación de antenas que pueden hacer que
el transmisor opere sin las condiciones de carga de salida adecuada. Son también muy
habituales las conmutaciones de antena en caliente, es decir, cambios de antena en
medio de las emisiones creando transitorios de RF con picos de tensión elevadísimos en
circuito de salida de los amplificadores. El amplificador debe ser capaz de soportar estas
circunstancias sin averías.
El amplificador seleccionado es Acom 2000A, fabricado por Acom International
de Sofía, Bulgaria. Consiste en un amplificador lineal de potencia con 2 lámparas
cerámicas de vacío 3CX800 en circuito con rejilla a masa y operando en clase AB. La
sintonía se realiza de manera automática con servomotores y relés que mueven los
elementos variables de circuito PI de salida. Las especificaciones completas de este
equipo pueden consultarse en www.hfpower.com.
Figura 83. Amplificador de potencia de 1.500 W seleccionado
7.3. Puestos de operación
La estación debe ser capaz de operar en simultáneo en las seis bandas de onda
corta que establecen las bases de los concursos. Además debe ser capaz de mantener dos
puestos de operación completos en cada una de estas bandas. La figura 84 muestra la
disposición de puestos de operación en la sala de operadores de la estación .
7. Sistema de emisores receptores
93
Figura 84. Distribución de puestos de operación por banda
Cada puesto de operación por banda consta de dos operadores, cada uno con su
propio equipo de radio y consola de ordenador para registro de comunicados. En cada
puesto el mando de rotores y el sistema de conmutación de antenas es común es común
e intercambiable entre los dos operadores. Adicionalmente se dispone de un puesto
separado para las tareas de supervisión de la estación, seguimiento de objetivos,
definición de tácticas por banda. control de CW-skimmer y monitorización de fallos.
7.4. Elementos auxiliares
El funcionamiento adecuado de la estación requiere un elevado nivel de
integración entre sus diferentes elementos. El éxito en la competición pasa
necesariamente por conseguir un elevado grado de automatismo en todas las tareas de
operación, incluyendo el manejo de los transmisores receptores, selección de antenas,
rumbos de emisión, registro de comunicados, identificación de aperturas de
propagación, búsqueda de nuevos multiplicadores, revisión de duplicados, corrección de
indicativos, entre otros.
La integración de los diferentes sistemas y elementos del puesto de operación dual
de una banda se muestra en la siguiente figura:
7. Sistema de emisores receptores
94
Figura 85. integración de sistemas y elementos del puesto de operación dual de una banda
Los dos equipos son completamente autónomos dentro de la misma banda con la
unica limitación de no poder transmitir simultáneamente ni poder estar utilizando para
la transmisión antenas situadas en la misma torre que las que utilice el otro equipo. El
detalle de la configuración de los filtros paso-banda y de grieta se describe en el cap. 6.-
Sistema de filtrado. El resto de elementos se describen a continuación
7.5. Sistema de inter-bloqueo
Las bases de los concursos obligan expresamente a que tan solo haya
simultáneamente una sola señal en el aire en cada banda. Para asegurar la coordinación
entre las dos estaciones que operan en la misma banda evitando que se prosuzca esa
violación de las reglas se establecerá en cada puesto de operación por banda, un sistema
de interbloqueo que asegure que tan solo uno de los dos transceptores emite en cada
momento.
El circuito de la figura 86 se instala entre los mandos de puesta en transmisión de
los dos transceptores de la misma banda. Cuando cualquiera de ellos transmite, se
bloquea la posibilidad de emisión de otro. El primero que inicia la transmisión bloquea
7. Sistema de emisores receptores
95
la posibilidad de transmisión del otro. Este sencillo circuito ha sido optimizado por
K3LR para transceptores IC7800.
Figura 86. Circuito de interbloqueo de la transmisión entre los equipos IC7800 de la misma banda
Este tipo de operación con dos transmisores requiere cierta práctica por parte de
los dos operadores de la misma banda, pero es especialmente efectiva cuando el ritmo
de tráfico es alto o medio, que es cuando la estación de running dispone de más
periodos de recepción abiertos para que el operador del otro equipo de la misma banda
pueda transmitir. Las transmisiones en caso de esta operación dual deben ser muy
breves, típicamente inferiores a dos segundos. Este el tiempo máximo para que el ritmo
de contactos de la estación A no se vea afectado. La estación B de la misma banda debe
por tanto ser capaz de hacerse oír en la primera llamada a la estación multiplicadora del
corresponsal.
Este sistema dual es desaconsejable en caso de ritmos de tráfico muy altos
(superiores a 250 QSO por minuto) por la ralentización que produce. Sin embargo, en
caso de llamadas CQ continuas, o ritmos de bajo tráfico, el sistema es igualmente muy
efectivo, pudiendo el operador de la estación B pedir a su compañero el ritmo y
espaciado de llamadas adecuado para conseguir un multiplicador que pudiera resultar
complicado.
7. Sistema de emisores receptores
96
7.6. Matriz de conmutación de antenas
Cada una de las diferentes antenas directivas situadas a diferentes alturas sobre
cada una de la torre debe ser capaz de transmitir por separado o en combinaciones
enfasadas de dos, tres ó cuatro antensa según las configuraciones que se discutieron en
el cap. 3 Sistema de Antenas. Cada uno de los dos operadores de un puesto por banda
puede seleccionar los grupos de antenas con los que se realizan las emisiones para
adecuarlos a las condiciones de propagación de cada momento hacia la zona del mundo
de interés.
La matriz de conmutación, controlable desde el puesto de operación, se encarga
de seleccionar cada antena y de repartir la potencia a partes iguales en caso de ser
seleccionadas dos ó más antenas. Cuando se combinan en paralelo dos antenas con
Z=50 y correctamente adaptadas a sus líneas de transmisión de también 50 , la
impedancia resultante será de 25 . Es precisa una adaptación de impedancias que con
bajas pérdidas eleve de nuevo la impedancia a los 50 de la línea de transmisión.
La matriz de conmutación se construye en base a la célula de conmutación y
adaptación de impedancias para parejas de antenas que se muestra en la siguiente figura.
Figura 87. Célula enfasadora de las matrices de conmutación de antenas
El transformador de impedancias 2:1 adapta la impedancia de 25 a 50 cuando
se seleccionan en paralelo las dos antenas. Este transformador de impedancias está
7. Sistema de emisores receptores
97
formado en cada banda por una línea de transmisión de 37,5 de una longitud eléctrica
de exactamente un cuarto de onda. Esta línea de 37,5 se construye con dos líneas en
paralelo de cable coaxial de bajas pérdidas de 75 . Los conmutadores son relés
coaxiales con pérdidas de inserción inferiores a 0,05 dB por debajo de 30 MHz.
Se utiliza una única célula de enfasado en el caso de combinar dos antenas en la
misma torre (caso de la banda de 40 m) o de dos antenas de diferentes torres arrumbadas
a direcciones ortogonales (caso de las bandas de 80m y 160m).
Figura 88 Matriz de conmutación de antenas para el enfasado de tres ó cuatro antenas de la misma
torre.
Para el caso de adaptar tres ó cuatro antenas de la misma torre funcionando en
fase (caso de las bandas de 20m, 15m y 10m), se utilizan tres de estas células de
adaptación según los dos esquemas de la figura 88. La primera combinación, con tres
células, se emplea para las antenas de 10 metros de la torre 2 y las antenas de 15 meros
de la torre 1. En esta configuración, las dos primeras células combinan respectivamente
las dos antenas superiores y las dos inferiores por parejas. La tercera célula, situada a
continuación de las otras dos, se encarga de combinar la señal proveniente de las
mismas adaptando nuevamente la impedancia a 50 .
Una línea de control de 9 hilos lleva las señales de control desde el mando situado
en el puesto de control. Un microcontrolador PIC se encarga de generar las señales
7. Sistema de emisores receptores
98
adecuadas para cada combinación de antenas escogidas por los operadores desde el
mando situado en cada puesto de operación.
7.7. Interfaz de control de transceptores
Cada transceptor de la estación está interconectado con el ordenador de cada
puesto de trabajo a través de una interfaz específica. La interfaz escogida es el modelo
MK2R, fabricado por MicroHam Devices de Bratislava, Eslovaquía.
Figura 89. Interfaz CAT para transceptor MK2R de Microham Devices.
Esta interfaz realiza tres funciones fundamentales de control de los transceptores:
- Control asistido del transceptor (CAT), para que el ordenador y el programa
de registro de comunicado obtenga automáticamente los datos esenciales para el registro
de cada comunicado (frecuencia, modo y banda) del transceptor y pueda enviarle
órdenes referentes a su manejo de manera que el operador realice las funciones clave sin
apartarse de la pantalla de registro de comunicados. Estas funciones son PTT, cambio
de frecuencia, memorización de llamadas, frecuencia partida, entre otras.
- Interfaz de audio para la grabación automática de todas las señales recibidas
durante el concurso y para generar mensajes de llamada automáticos desde el
ordenador. la interfaz selecciona el audio de entrada para la transmisión entre diferentes
mensajes memorizados y la entrada de micrófono del operador
- Generador de telegrafía con memorias para gestionar la manipulación de
mensajes estándar de CW desde el teclado de ordenador de manera sincronizada con la
introducción de datos de cada nuevo contacto. De esta manera el operador no tiene que
levantar las manos del teclado para la emisión de los mensajes de intercambio más
habituales en los comunicados de la competición. Las especificaciones completas de
este equipo pueden consultarse en www.microham/index1.html.
7. Sistema de emisores receptores
99
7.8. Software de registro de comunicados.
El programa de registro de comunicados es una herramienta fundamental del
sistema, pues a través del mismo se coordinarán las tareas de gestión de información y
coordinación entre las diferentes bandas. En el mercado existen numerosos paquetes de
software dedicados exclusivamente al registro de comunicados y control de estaciones
de radioaficionado. En este caso se ha escogido el programa Wintest por sus
capacidades para manejar entornos multioperador y su alto nivel de integración con una
estación como la diseñada en este proyecto. Las funcionalidades clave de este programa
una vez integrado con todos los elementos de la estación son:
- Cálculo de puntuación en tiempo real de todos los grandes concursos
internacionales.
- Generación de CW en segundo plano, dejándole a usted libertad de teclear desde
el teclado "type ahead" (sin necesidad de material adicional)
- Llamador de voz integrado.
- Trabajo en red mediante Ethernet con sincronización de los logs del resto de
puestos.
Figura 90. Pantalla del programa de registro de comunicados
7. Sistema de emisores receptores
100
- Actualización en tiempo real (On-the-fly) del log (sin necesidad de un servidor
central)
- Chequeo de indicativos parciales y de N+1 en tiempo real.
- Auto completado de datos de cada comunicado asistidos por bases de datos
parametrizables para cada concurso.
- Acceso a las diversas funciones de manejo de la estación desde atajos del
teclado.
- Posibilidad de redefinir las teclas del teclado.
- Visualizar en tiempo real la línea gris de transición entre la zona del mundo
iluminada por el Sol y la zona de sombra.
- Mapas de anuncios de estaciones presentes en cada banda mediante gráficos y
también en texto.
- Comparación en tiempo real de ficheros de objetivos y la evolución del
concurso.
- Completas estadísticas y herramientas de decisión actualizadas en tiempo real.
- Facilidad para concertar citas entre estaciones en otras bandas o periodos cuando
se estime abiertas las condiciones de propagación.
- Generación automática de las listas de concurso en diferentes formatos.
- Estadísticas de desempeño de la competición para ayudar a la toma de
decisiones tácticas durante la misma. de correo.
- Multiplicadores trabajados exportables para su análisis tras el concurso.
La presentación de programa se realiza mediante ventanas en entorno Windows 7.
El operador maneja las funcionalidades del programa mediante comandos directos a
través del teclado, lo cual es más rápido y eficiente en el entorno del concurso que el
uso de la interfaz convencional de ratón en Windows.
8. Sistema de energía
101
8. SISTEMA DE ENERGÍA
8.1. Análisis de cargas de potencia
Para dimensionar las cargas de potencia consumida por los diferentes elementos
de la estación se tendrá en consideración su consumo en carga máxima y el factor de
concurrencia en simultáneo que presente cada uno durante su uso en la competición de
radio. Para los transmisores y amplificadores de potencia se debe tener en consideración
su consumo de potencia tanto a plena carga como en reposo. Los sistemas de
interbloqueo de la estación (ver el apartado 7.5 Sistemas de interbloqueo) impiden que
dos transmisores (con sus respectivos amplificadores) transmitan en simultáneo en la
misma banda. De este modo tan solo pueden concurrir a la vez a plena carga seis de los
doce transmisores de la estación. El resto de elementos consumidores de energía de la
estación se consieran operativos simultáneamente en algún momento de la jornada.
Las cargas de consumo energético quedan por tanto como muestra la tabla con un
consumo máximo de 27 kW.
Tabla F Análisis de consumos energéticos de los elementos de la estación para el dimensionamiento
de la potencia eléctrica a contratar
La acometida energética en el cuarto de operaciones se realiza mediante una línea
trifásica de 220 voltios y para una carga máxima de 27 kW.
8.2. Sistema de respaldo
El sistema de energía debe tener una muy elevada fiabilidad. Las compañías
eléctricas no garantizan un nivel de servicio durante los fines de semana (los concursos
son siempre en fin de semana) equivalente al que presentan comercialmente en jornadas
laborables para sus clientes industriales. Se hace necesario plantear un sistema de
respaldo de energía mediante un grupo electrógeno que permita el funcionamiento a
plena carga de la estación durante varias horas.
8. Sistema de energía
102
El grupo electrógeno de respaldo deberá ser capaz de entregar en régimen
continuo una potencia de 27 kW a 220 volts en corriente trifásica.
9. Presupuesto y calendario de implantación
103
9. PRESUPUESTO Y CALENDARIO DE IMPLANTACIÓN
El presupuesto para el proyecto se compone de dos partes:
1.- Diseño del Proyecto
2.- Implantación, integración y puesta en marcha.
9.1. Diseño del proyecto
El presupuesto para la elaboración del proyecto se establece en base al tiempo de
dedicación empleado en la elaboración del mismo más los costes realmente incurridos
en las tareas de edición, impresión y consumibles utilizados en las pruebas de campo y
prototipos:
- Horas-hombre nivel Ingeniero Superior. 400 horas·h
- Coste hora·h 120 €/h·h
- Materiales y consumibles 600 €
TOTAL 48.600 €
IVA9 repercutible 18% 8.748 €
9.2. Implantación, integración y puesta en marcha
El desglose de los costes de las actividades de puesta en marcha del proyecto, así
como de los materiales empleados es el siguiente:
Cifras en euros
OBRA CIVIL
- Movimientos de tierras y cimentación de las 5 torres 10.000
- Torre autosoportada 40 m en acero galvanizado (x5) 120.000
- Caseta de operación 25.000
- Mobiliario e iluminación 1.800
- Adecuación de accesos y vallado 8.000
ANTENAS
- Antena Yagi para 10 metros (x7) 2.100
- Antena Yagi para 15 metros (x7) 2.800
9 El profesional realiza la actividad en España peninsular donde tiene su domicilio fiscal. La
ejecución e implantación del proyectose realiza en las Islas Canarias donde será de aplicación el IGIC.
9. Presupuesto y calendario de implantación
104
- Antena Yagi para 20 metros (x6) 3.600
- Antena Yagi para 40 metros (x4) 2.400
- Antena Yagi para 80 metros (x2) 6.000
- Antena Delta para 160 metros (x2) 2.200
- Antenas Beverage (x3) 2.300
- Cable coaxial 50 LMR600 (600 m) 2.400
- Matrices conmutación 28 MHz, 4 antenas (x1) 500
- Matrices de conmutación 28 MHz, 3 antenas (x1) 500
- Matrices conmutación 21 MHz, 4 antenas (x1) 500
- Matrices de conmutación 21 MHz, 3 antenas (x1) 500
- Matrices conmutación 14 MHz, 3 antenas (x2) 1.100
- Matrices de conmutación 40 MHz, 2 antenas (x2) 1.100
- Matrices conmutación 3,5 MHz, 2 antenas (x1) 600
- Matrices de conmutación 1,8 MHz, 2 antenas (x1) 600
- Conectores y herrajes. 350
- Mano de obra de instalación.
SISTEMA DE FILTRADO
- Filtros paso-banda baja potencia (x24) 2.400
- Filtros de grieta 80 m (x2) 200
- Filtros de grieta 40 m (x2) 200
- Filtros de grieta 20 m (x2) 200
- Filtros de grieta 15 m (x2) 200
- Filtros de grieta 10 m (x2) 200
- Filtros de grieta 160 m (x2) 200
- Mano de obra de instalación y ajustes. 500
EQUIPAMIENTO DE LA ESTACIÓN
- Transceptores IC7800 (x12) 90.000
- Amplificador Lineal Acom 2000A (x6) 24.600
- Interfaces MK2R (x12) 6.000
- PC pentium 2GHz+ monitor (x12) 4.200
- Red de área local y router 300
- Receptores SDR y CW-skimmer (x6) 5.400
9. Presupuesto y calendario de implantación
105
- Mano de obra de instalación y ajustes (30 h·h) 1.200
DIRECIÓN DE OBRA
- 60 h·h de director de proyecto 7.200
- 25 h·h de integración y pruebas 3.000
ENERGIA
- Acometida eléctrica 5.000
- Cableado interior y material 1.200
- Grupo electrógeno 27 KVA 26.000
TOTAL ejecución 372.050 €
IGIC10
repercutible 5% 18.602,5 €
Firmado:
El ingeniero de telecomunicación, Salvador Doménech Fdez.
Madrid, junio de 2012.
10
IGIC, Impuesto General Indirecto de las Islas Canarias, es el tributo estatal indirecto de
aplicación a las transacciones de bienes y servicios en las Islas Canarias.
9. Presupuesto y calendario de implantación
106
9.3. Calendario de implantación
El jalón cero del calendario de implantación es la consecución completa de la
ubicación definitiva con los pertinentes permisos de obra por parte de las autoridades
locales pertinentes. Así mismo, antes del jalón cero de inicio de las obras ya, estarán
concluidas las tareas de negociación con proveedores, contratos de suministro y de
transporte de material hasta la ubicación definitiva de la estación en las Islas Canarias.
El calendario previsto para la ejecución de las obras, incluyendo la integración y
primera puesta en marcha es de seis semanas, según el siguiente calendario:
Figura 91. Calendario previsto para la ejecución de las obras
10. Conclusiones
107
10. CONCLUSIONES
Construir una estación de radio de HF para aspirar a puestos de cabeza en
competiciones de radio deportiva es un proyecto de elevada complejidad y que requiere
integrar muy diferentes disciplinas. El nivel de rivalidad y exigencia que actualmente
desarrollan las estaciones competidoras líderes de radio deportiva en todo el mundo
hacen que sea imprescindible realizar importantes esfuerzos en desarrollar soluciones
creativas en distintas áreas que permiten maximizar la puntuación en este tipo de
campeonatos.
Los principales retos que deben resolverse y que han sido abordados en este PFC
son, entre otros:
- Selección de la ubicación a nivel mundial en base a la propagación esperable
hacia las zonas del mundo con mayor densidad de radioafición y según los
esquemas de puntuación de las bases de los concursos
- Diseño de sistemas radiantes eficientes y de alta ganancia que permitan modular
los lóbulos de radiación a las condiciones de propagación ionosférica de cada
hora y hacia cada zona del mundo.
- Desarrollar antenas directivas eficientes para las bandas bajas (160 metros y 80
metros) que aporten máxima ganancia en bajos ángulos de elevación sin tener
que utilizar alturas desproporcionadas
- Desarrollar sistemas de filtrado efectivos que eliminen la interferencia
destructiva que se ocasionan al disponer los receptores en las proximidades de
emisores de alta potencia y con frecuencias de trabajo que son múltiplos entre sí.
- Integrar diferentes elementos de software y hardware para asistir al manejo de la
estación y maximizar la puntuación a conseguir, prestando apoyo a técnicas de
operación agresivas.
En este PFC se desarrollan diversas soluciones para estos retos que incluyen, entre
otros aspectos, las siguientes conclusiones:
a) El diseño de configuraciones apiladas de antenas Yagi sobre una misma
torre es una excelente alternativa para cubrir un espectro amplio de
ángulos de elevación para adaptar la señal emitida al ángulo ionosférico
óptimo en cada momento del día y para cada rumbo. La separación entre
antenas en la misma torre y la altura sobre el terreno son las principales
variables para definir el ángulo de elevación resultante.
10. Conclusiones
108
b) Es viable el diseño de antenas Yagi acortadas y de alta eficiencia para 3,5
MHz mediante circuitos resonantes de muy alto Q (Q>1000) que
permiten disponer de dipolos un 45% más cortos con degradaciones de
tan solo <0,15 dB frente a diseños de antena Yagi con dipolos de media
onda completa. El precio a pagar es el estrecho ancho de banda resultante
que debe ser resuelto mediante el uso de un circuito de conmutación de
segmentos de frecuencia dentro de la banda, como el desarrollado en este
PFC.
c) Para la banda de 160 metros, las antenas directivas de hilo de bucle
cerrado de una onda completa y polarización vertical permiten desarrollar
diagramas de radiación de elevada ganancia, excelente rechazo
frente/espalda y muy bajo ángulo de elevación sin necesidad de usar
alturas muy elevadas sobre el suelo. Es también posible desarrollar
soluciones de conmutación de rumbos de emisión de una manera sencilla
y eficiente.
d) El desarrollo de matrices de enfasado de antenas Yagi de HF para
transmisión simultánea en su apilamiento sobre la misma torre para lograr
modular el ángulo de elevación del diagrama de radiación. Las soluciones
planteadas en este PFC permiten una gran flexibilidad de gestión de los
diagramas de radiación así como la emisión hacia distintos rumbos en
simultáneo, lo cual supone una gran ventaja competitiva en
competiciones de radio
e) Filtros paso banda de banda pasante muy estrecha y respuesta plana con
fuerte atenuación en las bandas múltiplo consecutivo para potencias
bajas. La clave de las prestaciones del diseño planteado en este PFC están
en el bobinado múltiple sobre núcleos de alta permeabilidad que en
resultados prácticos demuestran una muy superior atenuación frente a
otros filtros de igual número de polos.
f) Las antenas Yagi optimizadas por ordenador son una excelente opción
para aplicaciones de radio deportiva por su flexibilidad y ligereza. El
diseño óptimo para radio deportiva pasa por configuraciones de espaciado
largo de menos de 5 elementos para obtener un lóbulo suficiente amplio
en azimut para cubrir regiones del mundo con suficiente amplitud. La
optimización por ordenador permite obtener diseños que mantienen sus
10. Conclusiones
109
características eléctricas a lo largo del rango de frecuencias requerido en
cada banda.
g) Es viable desarrollar filtros de grieta de bajo coste y altas prestaciones
para potencias elevadas mediante el uso de líneas de transmisión de cable
coaxial de muy bajas pérdidas. Las características de atenuación de estos
filtros en HF son muy dependientes de la calidad y baja atenuación de las
líneas de transmisión empleadas. La ubicación del filtro a lo largo de la
línea de alimentación de las antenas es también un elemento de mejora
del sistema.
h) Son críticos tanto el análisis estadístico de las condiciones ionosféricas de
propagación como la integración completa de todos los elementos
necesarios para la construcción de una estación de altas prestaciones para
la práctica de concursos de radioafición. La selección de la ubicación ha
demostrado ser una de las variables competitivas más determinantes para
obtener puntuaciones de cabeza en radio deportiva.
Los elementos y soluciones técnicas desarrollados en este PFC abren varias líneas
de mejora y optimización para estaciones de alta competitividad de radio deportiva. Las
líneas de investigación y mejora que se proponen giran en torno a las siguientes áreas:
- Operación avanzada en la misma banda con dos frecuencias de "running" en
simultáneo. Para ello es preciso desarrollar filtros muy estrechos que hagan posible la
recepción dentro de la misma banda mientras se transmite en alta potencia en una
frecuencia relativamente próxima. El uso de cristales resonantes para filtros estrechos en
el primer paso ("front-end") de los receptores es una vía explorada con éxito por algunas
estaciones punteras.
- Modificar las fases de las señales de cada antena Yagi en su apilamiento vertical
para modificar el ángulo vertical del diagrama de radiación sin sacrificar ganancia
máxima en el caso de desearse ángulos elevados. De esta manera, todas las antenas
apiladas en la misma torre podrían estar operativas, aportando ganancia, cuando la
propagación ionosférica requiera saltos cortos o ángulos de incidencia muy oblicuos.
- Antenas de recepción avanzadas para la reducción de ruido mediante técnicas de
suma en contrafase de las señales interferentes con la señal deseada. La señal
interferiente se obtendría, al igual que la señal deseada, mediante sistemas de recepción
muy directivos, provenientes de un segundo conjunto de antenas, similar al desarrollado
en este PFC para cada una de las bandas.
10. Conclusiones
110
- Operación agresiva de "running" (llamar en una frecuencia) y de "S&P, search
and pounce" (búsqueda y captura) en simultáneo en todo el espectro de cada banda. La
estación de este PFC está preparada para esta modalidad en su configuración de antenas
pero se requiere desarrollar e integrar el software adecuado de decodificación en
simultáneo de todas las señales de CW de la banda pasante de un receptor SDR
(software tipo CWskimmer)
Adicionalmente, una estación como la desarrollada en este PFC puede ser
reconvertida de manera inmediata en una estación de emergencia con cobertura mundial
para ser utilizada en casos de emergencias en caso de catástrofes o eventos naturales
graves que pudieran dejar en precario los sistemas de telecomunicaciones
convencionales. Esta estación puede transmitir con muy elevada ganancia en diferentes
bandas de todo el espectro de onda corta de manera que siempre dispondrá de una
frecuencia útil muy próxima a la FOT (frecuencia óptima de trabajo) adecuada a cada
hora del día y hacia cualquier destino del mundo. Su adaptación a cualquier otra
frecuencia fuera de los segmentos asignados al servicio de aficionado puede realizarse
inmediatamente.
111
11. PLANOS Y ESQUEMAS
112
Bibliografía
131
12. BIBLIOGRAFÍA
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- Contest Bandpass Filters
http://www.kg4jjh.com/pdf/Contest%20Bandpass%20Filters.pdf
- The effect of an 80 meter band pass filter
http://www.k0to.us/HAM/Receive_filter/rxfilter.htm
Anexo 1. Índice de figuras
133
Anexo 1. Índice de Figuras.
Figura 1. Estación de Radio Deportiva de radioaficionado OH8X en Arkala, Finlandia.
Consta de siete torres de 42 a 105 metros de altura sobre un terreno de 2 Ha. ...... 12
Figura 2. Estación de Radio Deportiva de radioaficionado CN2R cerca de Casablanca,
Marruecos, con diferentes sistemas de antenas directivas en tres torres de 27 a 45
metros de altura. ..................................................................................................... 12
Figura 3. Ubicaciones potenciales para la estación de alta competitividad.................... 17
Figura 4. Previsión ISES de manchas solares para el ciclo 24. Se preveen condiciones
de moderada a alta actividad solar para el escenario de análisis de propagación
ionosférica. ............................................................................................................. 18
Figura 5. Ritmo de contactos/hora esperable en la banda de 14 Mhz en función de las
condiciones ionosféricas para el enlace entre Canarias y la costa este de EEUU.
Ritmo bajo: 50 Q/h; ritmo medio: 100 Q/; ritmo alto 180 Q/h; ritmo muy alto: 250
Q/h .......................................................................................................................... 19
Figura 6. Rumbos azimutales desde Canarias hacia el resto del mundo ........................ 21
Figura 7. Ángulos ionosféricos de llegada, EEUU - 80 metros ..................................... 24
Figura 9. Ángulos ionosféricos de llegada, EEUU - 20 metros ..................................... 24
Figura 10. Ángulos ionosféricos de llegada EEUU - 15 metros .................................... 24
Figura 11. Ángulos ionosféricos de llegada, EEUU - 10 metros ................................... 24
Figura 12. Ángulos ionosféricos de llegada Europa 80 metros ...................................... 25
Figura 13. Ángulos ionosféricos de llegada, Europa- 40m ............................................ 25
Figura 14. Ángulos ionosféricos de llegada, Europa 20 metros ..................................... 25
Figura 15. Ángulos ionosféricos de llegada, Europa - 80 metros ................................... 25
Figura 16. Ángulos ionosféricos de llegada, Europa - 10 metros ................................... 25
Figura 17. Esquema en planta del campo de antenas ..................................................... 29
Figura 18. Esquema general y medidas de una de las antenas de bucle en Delta para 160
metros. La segunda antena es idéntica y con rumbo ortogonal .............................. 31
Figura 19. Simulación por NEC del lóbulo de radiación de la antena de 160 metros .... 32
Figura 20. Lóbulo de radiación en azimut y para una elevación de 16º ......................... 32
Figura 21. 160 metros: lóbulo de radiación en elevación en la dirección de máxima
ganancia (eje de la antena)...................................................................................... 33
Figura 22. Conmutación de la antena de 160 metros para invertir su directividad ........ 34
Figura 23. Pruebas de campo de la antena de 160 m sobre una torre de 40 metros ....... 35
Figura 24. Antena Yagi de dos elementos para 80 metros ............................................. 36
Figura 25. Patrón de radiación tridimensianal para la Yagi de 80m situada a 41 metros
de altura .................................................................................................................. 37
Figura 26. Diagrama de radiación en elevación con la Yagi situada a 45 metros de altura
................................................................................................................................ 38
Figura 27. Yagi de 80m: diagrama de radiación en espacio libre. ................................. 39
Figura 28. Bobina de carga de carga para el acortamiento de los elementos
(construcción por el autor). ..................................................................................... 40
Anexo 1. Índice de figuras
134
Figura 29. Célula de cambio de segmentos de frecuencia y adaptador de impedancias
para el elemento excitado. ...................................................................................... 41
Figura 30. Red de conmutación de frecuencias para el elemento excitado junto con el
adaptador de impedancias y balun 1:1 ................................................................... 42
Figura 31. Célula de cambio de segmento de frecuencias para el reflector 1 ................ 42
Figura 32 Sistema de antenas para 40 metros ................................................................. 44
Figura 33. Diagrama de radiación en el espacio libre de las Yagis de 40 metros .......... 44
Figura 34. Diagrama de radiación en elevación de las dos Yagi de 40 metros enfasadas
(Yagi 1 situada a 45 metros de altura y Yagi 2 a 25 metros de altura)................... 45
Figura 35. Lóbulo de radiación en elevación de la Yagi de 40 metros a 25 metros de
altura. ...................................................................................................................... 46
Figura 36. Lóbulo de radiación en elevación de la Yagi de 40 metros a 25 metros de
altura ....................................................................................................................... 46
Figura 37. Dimensiones de la antena Yagi de 4 elementos para 40 metros ................... 47
Figura 38. Sistema de antenas para 20 metros ................................................................ 48
Figura 39. Diagrama de radiación de la Yagi de 20 metros a 42 metros de altura ......... 49
Figura 40. Diagrama de radiación de la Yagi de 20 metros a 28 metros de altura ......... 50
Figura 41. Diagrama de radiación de la Yagi de 20 metros a 14 metros de altura ......... 50
Figura 42. Diagrama de radiación de last res Yagi de 20 metros enfasadas a 14, 28 y 42
metros de altura ...................................................................................................... 51
Figura 43. Diagrama de radiación de las Yagi de 20 metros enfasadas a 28 y 42 metros
de altura .................................................................................................................. 52
Figura 44. Diagrama de radiación de las Yagi de 20 metros enfasadas a 14 y 28 metros
de altura .................................................................................................................. 53
Figura 45. Antena Yagi para 20 metros .......................................................................... 54
Figura 46. Sistema de antenas para 15 metros ................................................................ 55
Figura 47. Diagrama de radiación de la Yagi de 15 metros a 35 metros de altura ......... 56
Figura 48. Diagrama de radiación de la Yagi de 15 metros a 26 metros de altura ......... 56
Figura 49. Diagrama de radiación de la Yagi de 15 metros a 17 metros de altura ......... 57
Figura 50. Diagrama de radiación de la Yagi de 15 metros a 8 metros de altura ........... 58
Figura 51. Diagrama de radiación de las cuatro Yagi de 15 metros enfasadas a 35, 26,
17 y 8 metros de altura ........................................................................................... 58
Figura 52. Diagrama de radiación de las dos Yagi de 15 metros enfasadas a 35 y 26
metros de altura ...................................................................................................... 59
Figura 53. Diagrama de radiación de las dos Yagi de 15 metros a 17 y 8 metros de altura
................................................................................................................................ 60
Figura 54. Antena Yagi para 15 metros .......................................................................... 60
Figura 55. Sistema de antenas para 10 metros ................................................................ 61
Figura 56. Diagrama de radiación de la Yagi de 10 m. .................................................. 62
Figura 57 Diagrama de radiación de la Yagi de 10 metros a 38 metros de altura .......... 63
Figura 58 Diagrama de radiación de la Yagi de 10 metros a 28 metros de altura .......... 63
Figura 59 Diagrama de radiación de la Yagi de 10 metros a 18 metros de altura .......... 64
Anexo 1. Índice de figuras
135
Figura 60 Diagrama de radiación de la Yagi de 10 metros a 8 metros de altura ............ 64
Figura 61 Diagrama de radiación de las cuatro Yagi de 10 metros enfasadas a 38 metros,
28 metros, 18 metros y 8 metros de altura .............................................................. 65
Figura 62 Diagrama de radiación de las tres Yagi de 10 metros enfasadas a 28 metros,
18 metros y 8 metros de altura (torre 5) ................................................................. 66
Figura 63 Diagrama de radiación de las dos Yagi de 10 metros inferiores, enfasadas a 18
metros y 8 metros de altura..................................................................................... 66
Figura 64 Antena Yagi para 10 metros ........................................................................... 67
Figura 65. Antena de recepción Beverage con conmutación bidireccional ................... 69
Figura 66. Diagrama de recepción en azimut para 80 metros ........................................ 69
Figura 67. Diagrama de recepción en azimut para 160 metros ...................................... 70
Figura 68. Niveles comparativos de señal y niveles de referencia para la compatibilidad
entre emisiones y receptores. El sistema de filtros debe superar los -147 dB entre
equipos. ................................................................................................................... 72
Figura 69. Esquema general del sistema de filtros para los puestos de 160 metros y 80
metros ..................................................................................................................... 73
Figura 70. Esquema general del sistema de filtros para los puestos de 40 metros, 20
metros, 15 metros y 10 metros................................................................................ 74
Figura 71. Esquema del filtro paso-banda entre cada transceptor y su amplificador lineal
para las bandas de 160m, 40m, 15m y 10m............................................................ 75
Figura 72. Esquema del filtro paso-banda entre cada transceptor y su amplificador lineal
para las bandas de 80m y 20m ................................................................................ 75
Figura 73. Implementación de los seis filtros entre transceptor y amplificadoren un
mismo gabinete. (5B4AGN). .................................................................................. 76
Figura 74. Filtro paso-banda y de grieta para la salida de los amplificadores de 80
metros ..................................................................................................................... 78
Figura 75. Atenuación de frecuencias del filtro pasobanda y de grieta a la salida de los
amplificadores de 80 metros ................................................................................... 79
Figura 76. Filtro paso banda para 160 metros con grietas de atenuación en el resto de
bandas realizados mediante líneas de transmisión. ................................................ 79
Figura 77. Atenuaciónes del filtro paso-banda y de grieta para 160 metros. ................. 80
Figura 78. Filtro de grieta para 40 metros ...................................................................... 82
Figura 79. Filtro de grieta para 20 metros. ..................................................................... 83
Figura 80. Filtro de grieta para 15 metros ...................................................................... 85
Figura 81. Filtro de grieta para 10 metros ...................................................................... 86
Figura 82. Equipo transceptor seleccionado: Icom IC7800 ........................................... 90
Figura 83. Amplificador de potencia de 1.500 W seleccionado ..................................... 92
Figura 84. Distribución de puestos de operación por banda ........................................... 93
Figura 85. integración de sistemas y elementos del puesto de operación dual de una
banda ....................................................................................................................... 94
Figura 86. Circuito de interbloqueo de la transmisión entre los equipos IC7800 de la
misma banda ........................................................................................................... 95
Anexo 1. Índice de figuras
136
Figura 87. Célula enfasadora de las matrices de conmutación de antenas ..................... 96
Figura 88 Matriz de conmutación de antenas para el enfasado de tres ó cuatro antenas de
la misma torre. ........................................................................................................ 97
Figura 89. Interfaz CAT para transceptor MK2R de Microham Devices. ..................... 98
Figura 90. Pantalla del programa de registro de comunicados ....................................... 99
Figura 91. Calendario previsto para la ejecución de las obras ..................................... 106
Anexo 2. Índice de Tablas
137
Anexo 2. Índice de Tablas.
Tabla A. Parámetros de diseño de las bobinas de carga. ................................................ 40
Tabla B .Valores de los componentes del filtro entre tranceptor y amplificador lineal . 76
Tabla C. Atenuaciones de los filtros en cada una de las bandas de interés. ................... 77
Tabla D. Valoración en la banda de 80 metros (3.500 a 3800 kHz) .............................. 89
Tabla E. Valoración en la banda de 20 metros (14.000 a 14.350 kHz) .......................... 90
Tabla F Análisis de consumos energéticos de los elementos de la estación para el
dimensionamiento de la potencia eléctrica a contratar ......................................... 101
