Diálogo con J...

Por Miguel R. Ghezzi (LU 6ETJ)
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SOLVEGJ Comunicaciones
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He vacilado bastante antes de publicar este diálogo, porque hay razones para creer que puede interpretarse como una pedantería o un modo de alardear (ya verán luego porque), pero la frescura del mismo, especialmente la de J..., (un joven estudiante que estaba participando de un interesante proyecto de ingeniería en una importante universidad estadounidense) me convenció que era una pena desperdiciarlo, especialmente porque en él se comentan varias cosas que puede ser bueno compartir con ustedes.

En primer lugar destacar el hecho de que nuestra actividad aún hoy puede ser útil y profundamente creativa a partir de nuestras experiencias y conocimientos, dejando de lado esa tonta sensación de "ya todo está hecho". También porque nos muestra que nuestros conocimientos pueden ser valorados aún dentro de la humildad de nuestras posibilidades y yo me siento orgulloso de que nuestra radioafición haya llegado con una modestísima contribución a ese proyecto, tal vez eso estimule a otros a perseverar, sabiendo que no es necesario ser una "Prima Donna" para ocupar ese pequeño lugar en el mundo que los dioses han destinado a cada uno de nosotros.

Y, por último advertir que esas complicaciones que habitualmente nos aquejan a aquellos que hemos abrazado el querido hobby de la radio, no solo son similares sino que también suelen ser el quebradero de cabeza de aquellos que son responsables de importantes proyectos; ello nos induce a sonreir y decirnos a nosotros mismos: ¡vamos, adelante! también estamos haciendo camino al andar...

Quiero agradecer a J... y a sus compañeros por la confianza que depositaron en la comunidad que nos reúne.

Pido disculpas a los colegas por no publicar los nombres ni los detalles, pero notarán que nuestro amigo solicita cierta discreción, que me obliga, y creo haber respetado en lo esencial.

También quiero aclarar que se trata de una lectura fundamentalmente técnica que puede resultar aburrida al lector que no sea un entusiasta de la materia, yo he disfrutado mucho de compartir la experiencia y creo que alguno más podrá entretenerse un rato con las aventuras de la instalación de ese radar oceanográfico...

Los resaltados en amarillo son míos y el texto original fue editado para adecuar la ortografía y retirar aquellos párrafos de naturaleza exclusivamente personal. Si alguna vez vuelvo a tener contacto con el amigo J... y me autoriza a publicar su nombre lo haré con mucho gusto...

Buenos Aires, 8 de Enero de 2003


Buenos días,

Mi nombre es J..., estudiante de Ingeniería de Telecomunicación en Barcelona (España). Actualmente me encuentro en H...,  USA, colaborando en un proyecto del Departamento de Oceanografía de la Universidad de H..., en colaboración con otras universidades del resto del mundo englobadas en el proyecto ... (que engloba muchos proyectos como el nuestro para conseguir un estudio detallado de lo que su nombre indica). El proyecto en cuestión consiste en la instalación de varios radares alrededor del mundo en la banda HF para observar las corrientes superficiales y crear un mapa detallado de ellas que permitirá evaluar la validez de los métodos numéricos desarrollados y generar nuevos. El proyecto es importante a escala global y tiene un coste de varios millones de dólares, ya que utilizamos los radares mas potentes y precisos desarrollados hasta el momento.

Básicamente le escribo porque soy el encargado de todo lo relacionado con la parte electromagnética: generación de diagramas de radiación, barridos, propagación, calibración de los radares... y estamos encontrando problemas con ellos. Los investigadores principales subestimaron la importancia de las antenas y en los equipos de trabajo no integran especialistas en el tema. En la formación actual de ingeniería se presta poca atención a las frecuencias bajas y se centra sobre todo en microondas y óptica, siguiendo el curso de la tecnología, por lo que cada vez hay menos especialistas en bandas como la HF. Di con su página de casualidad y he encontrado en ella un rigor inesperado y gracias a ella creo que he dado con los verdaderos especialistas en el tema: los radioaficionados.

Así pues, me gustaría plantearle algunas dudas que nos han surgido para poder optimizar nuestros sistemas y poder alcanzar mayores distancias y precisiones.

Saludos.

Estimado amigo J...:

Con mucho gusto, dentro de mis posibilidades, haré lo posible por hacer algún aporte al asunto que me comenta.
De todas maneras, tal vez Ud. sea algo optimista respecto de las posibilidades de los radioaficionados en general y las mías en particular.
Me resulta muy difícil imaginar que en el ámbito universitario y profesional no abunden personas con mucha más capacidad para enfrentar la tarea que se proponen.

Sin otro particular y agradeciendo la confianza que me dispensa así como su elogioso comentario para el sitio web, hago propicia la oportunidad para hacerle llegar saludos muy cordiales.

Miguel R. Ghezzi

No te subestimes, eres lo que necesito. Tus consejos serán de buena ayuda. En el ámbito de la investigación hay gente muy experta, cierto, pero no se donde están porque o se esconden o soy incapaz de encontrarlos.
Simplemente creo que las bandas hasta la L fueron abandonadas hace mucho tiempo, ya que actualmente, mirando hacia adelante, no tienen mucha utilidad. Todo lo desarrollado es viejo, usado y comprobado y en la investigación, donde se innova se mira hacia tecnología punta de bandas muy superiores en frecuencia. Poca gente queda con dominio de esas frecuencias salvo los radioaficionados, al ser unas bandas muy experimentales. No hay soluciones analíticas para los problemas electromagnéticos que parecen tan sencillos y es la experimentación quien hace el trabajo.

Así que permíteme felicitarte primero por tus artículos que he leído detenidamente y aprovecharme de tu experiencia después. Si te parece bien en el siguiente mail te explicare detalladamente que hacemos y como lo hacemos. Espero que te pique la curiosidad.

Un saludo.

Bueno, J..., mi Ego y el de la colectividad radial acaba de desparramarse en el sillón. Le leía tu mail a unos amigos (por radio), para que se sonrieran, ya que como sucede en muchas partes un radioaficionado es una especie "algo indeseable" sobre todo cuando se televisa algún partido o a la hora de las "novelas", en fin, al menos en el Radio Club M... ya tienes asegurado un asadito el día que vengas a pasear por estos lados...

Saludos, Miguel

PD: Pues entonces, cuéntanos de qué se trata...

Ok, dame un día para prepararte un buen mail donde no olvide nada. Si tus compañeros tienen email me gustaría comunicarme también con ellos para hacer una especie de foro.

Respóndeme esto antes:

- ¿tienes algún tipo de límite en tu cuenta de correo? es para enviarte fotos de las entenas y de h...

- cuando estés al tanto de todo me gustaría introducirte al equipo de trabajo. Los radioaficionados usais el inglés, así que no creo que haya problema con el idioma.

- cual es la periodicidad habitual con la que lees el correo?

Y te pediría un poco de... confidencialidad, digamos. Es un proyecto importante y a veces trabajamos con militares. No importa que algunos colegas tuyos estén al tanto, pero si que lo este toda la comunidad de radioaficionados, ¿comprendes? De todas formas aunque haya escrito "militar" el proyecto es de investigación universitaria, ellos solo nos ceden terrenos y permisos y demás.

Saludos.

El correo lo bajo cada par de días más o menos y, si bien no tengo límite en la casilla no es muy rápida la conexión de manera que cualquier adjunto que pese entorpece la transferencia. si crees que la info gráfica es relevante envíala.

Respecto del inglés no hay problema para leerlo, en cuanto a escribirlo más o menos...

Sigo pensando que has de ser un gran optimista 8>)


En principio me gustaría conocer más precisamente el sistema de alimentación de las antenas de TX y el método enfasamiento de las antenas receptoras. Respecto de los principios de funcionamiento del radar tengo que leer tu mail más detenidamente y veré si entre los libros de física encuentro algo acerca del sistema de Bragg (por lo que recuerdo tuvo que ver con la cristalografía con rayos X, y que una ley recibe su nombre).

Respecto de las antenas verticales,  tal vez podría aumentarse su rendimiento mejorando los planos de tierra, aunque si están en una zona marina, eso los favorece, pero aún en terrenos normales, buenos conductores los radiales han de ser numerosos (se recomienda un mínimo de unos 32) y de al menos un cuarto de onda (real) a la frecuencia más baja de trabajo.

Supongo que para ese sistema les conviene bajar lo más posible el diagrama de radiación vertical ¿verdad?

No creo que a las frecuencias consideradas sea muy desesperante el factor de ruido del RX porque el ruido atmosférico en HF es el factor más limitante, así que por ese lado no hará falta la criogenia... 8>)

Pero es posible que prefieran bajar los lóbulos de radiación verticales para tener más ganancia en recepción y trasmisión ¿no?

Best regards

Miguel LU 6ETJ

PD: Además de "Radio Amateur" también se emplea "HAM", a la radio afición también se la llama (del inglés) "Ham Radio", Ham es un término sin traducción que tiene que ver con la historia del Hobby...

Como te comenté, el proyecto consiste en la instalación de radares (por pares, luego te lo explico) en determinados puntos estratégicos para la medida de corrientes marinas superficiales, pues los campos eléctricos no penetran en el agua salada mas de unos pocos centímetros. De momento estamos instalando un sistema (o sea 2 radares) en O..., y hay en proyecto otro en I..., otro en la isla de K..., A..., y si todo va saliendo bien se cubrirán todas las islas del archipiélago ... y vete a saber donde más. El objetivo es medir las corrientes de manera muy precisa para, aparte del estudio de esas corrientes y todo lo que conlleva al resto de los parámetros oceánicos y biológicos, para la evaluación de los métodos numéricos desarrollados de mecánica de fluidos.

Por supuesto no son los primeros radares oceanográficos desarrollados, pero si son los últimos, mas punteros tecnológicamente y mas precisos.
Han sido desarrollado en Alemania por un profesor de la universidad de H., El Sr. G..., un reputadísimo ingeniero de telecomunicaciones especializado en radares en la banda de HF. El radar es de onda continua con una modulación lineal en frecuencia. La frecuencia portadora es ajustable desde 10 MHz hasta 30 MHz y el chirp
(la modulación) tiene anchos de banda ajustables entre los 100 y los 300 kHz. El radar transmite una potencia de unos 30W, lo que te puede dar ya una idea de como de sensible debe ser el receptor. El radar, pues, transmite una onda continua modulada hacia el océano que es devuelta hacia el receptor por reflexión de Bragg, esto es la onda no es devuelta por rebote en un obstáculo (una ola de más o menos lambda) sino por reflexión debida a los campos creados en la superficie del mar. Así una onda electromagnética de longitud de onda lambda será devuelta por olas del mar de longitud de onda lambda/2, sin necesidad de que estas tengan amplitudes grandes. Una ola de unos pocos cm de amplitud y lambda/2 devolverá una señal incidente de lambda. Esta teoría fue descubierta por el señor Bragg y por lo tanto lleva su nombre. A esas frecuencias la propagación por onda de superficie es la mas importante y nos permite obtener señales de hasta distancias de 120 km. El reflejo ionosférico no nos interesa ya que confundiría al radar: la distancia se obtiene por retardo ida-vuelta y el reflejo ionosférico nos daría ambigüedades. Las potencias que recibimos son del orden de -100dBm (o sea, una maldita miseria) con lo que los receptores deben ser muy precisos y con factores de ruido mínimos. Para obtener las corrientes medimos el doppler de la señal devuelta, lo que nos dará la velocidad radial de las corrientes
respecto al radar. Es por ello que necesitamos dos emplazamientos separados unos cuantos km para poder obtener el mapa de corrientes en 2D.

El investigador principal es el Sr. F..., muy importante oceanógrafo b..., que trabaja en la universidad. Por las características del océano aquí ... trabajamos con una frecuencia de XX MHz (lambda=XX m), en I... la frecuencia es de XX MHz (kHz arriba, kHz abajo por los permisos y demás). Cada radar cubre un ángulo de 120 grados con un radio de unos 120 km. La superposición de las coberturas de cada radar nos da la cobertura total del sistema. Por si quieres mirártelo en un mapa, en O... instalamos el primer radar en K... y el segundo en K..., en la costa oeste.

Vamos al sistema de antenas. Las antenas son todas iguales: monopolos. Para interaccionar con el océano es necesaria polarización vertical. Las antenas son helicoidales para acortar su longitud física y simular una de lambda/4. Proporcionamos el suelo a las antenas con tres radiales acortados también mediante una inductancia cerca de la antena. La configuración de TX es de 4 antenas en forma de rectángulo. El lado largo de lambda/2 es paralelo a la costa y el corto mide 0.015 Lambda. Las antenas de atrás están desfasadas 0.7 PI con lo que en conjunto obtenemos idealmente nulos hacia atrás y los lados y un importante lóbulo principal hacia adelante. El sistema receptor consta de 16 antenas dispuestas en línea separadas lambda/2 lo mas lejos posible de las TX y alineadas con uno de los nulos a los lados. Te puedes imaginar el tamaño del conjunto.

El radar captura amplitud y fase en cada antena receptora y mediante post-procesado cambiamos los pesos de cada antena (ie: amplitud y fase que impone a la señal recibida) para crear un barrido eléctrico en los 120 grados de cobertura. La resolución máxima del sistema es de 0.3km.
Por el momento tenemos instalado en K... una única antena receptora con lo que evidentemente no podemos hacer barrido y solo obtenemos información de la integración de las corrientes en un arco de 120 grados y célula de resolución en distancia.

Antes de seguir agobiándote con más datos, te dejo que digieras esto y que me hagas todas las preguntas que quieras. Te puedo enviar fotos e información mas precisa. Coméntame lo que pienses sobre el sistema y problemas que puedas intuir a priori. En otro mail te introducirá la práctica y los problemas que observamos.

Un saludo.

Respuestas:

> El radar transmite una potencia de unos 30W, lo que te puede dar ya una idea de como de sensible debe ser el receptor

> Las potencias que recibimos son del orden de -100dBm (o sea, una maldita miseria) con lo que los receptores deben ser muy precisos y con factores de ruido mínimos.


Trabajar con NF bajos en RX en HF solo es útil con antenas de poco rendimiento en recepción.


> Además, con unos receptores de 140dB de SNR y no optimizar las antenas es como tener un Ferrari y no hincharle del todo las ruedas.

> Si, pero obtenemos unos resultados buenísimos con 3 radiales acortados con inductancias que se nos van las ganas de excavar para poner radiales.


Las dos oraciones anteriores ¿no son contradictorias?.
Las antenas que han de ser eficientes en HF son las de trasmisión (si es que no pueden aumentar la potencia por alguna razón), allí conviene poner buenos radiales...


> El desfasamiento se realiza con un sistema de tecnología punta de... cables de diferente longitud (concretamente 4.32 m, coef de velocidad en el coax de 0.66).

Mmm... como misterio prefiero el Area 51   8>)


Baires = UTC -3

Buen fin de semana....

Miguel Ghezzi wrote:


> Además, con unos receptores de 140dB de SNR y no optimizar las antenas es
> como tener un Ferrari y no hincharle del todo las ruedas.
>
> Si, pero obtenemos unos resultados buenísimos con 3 radiales acortados con
> inductancias que se nos van las ganas de excavar para poner radiales.
>
> Las dos oraciones anteriores ¿no son contradictorias?.
> Las antenas que han de ser eficientes en HF son las de trasmisión (si es que
> no pueden aumentar la potencia por alguna razón), allí conviene poner buenos
> radiales...

Ahiva!, tienes razón.

En TX no hay problemas de potencia, pero hay que pensar lo del rendimiento.

Espera al siguiente mail en el que te comentare cosas mas prácticas del proyecto: lo que hemos hecho y lo que vamos a hacer.

Gracias por tu ayuda. Un saludo.

Voy a tratar de explicarte un poco mas sobre el sistema y como trabajamos con las antenas. Siento no haberte podido escribir antes pero tenemos bastante trabajo.

Te comente un poco ya la configuración transmisora de 4 antenas y la receptora de 16. Te recuerdo que nuestra lambda es de xx metros. Voy a hablarte ahora de las antenas en si mismas. Como también te comenté los investigadores (ie: los geofísicos y oceanógrafos) subestimaron la importancia de las antenas sin tener conocimiento de aquel dicho de que en RF tu sistema es tan bueno como lo sean tus antenas. Las antenas no son de muy buena calidad, son de una empresa llamada P... (por si te suena) y para los XX MHz usamos el modelo de XX metros. Es un tubo de algo parecido al plástico que lleva un cable de cobre bobinado a él. En el extremo tiene el "whip" (no se que palabra usar en español) ajustable para sintonizar. Ninguna estructura para conexión ni para radiales y el aspecto es un poco endeble. La configuración con los radiales fue establecida antes de que yo llegara y así se ha quedado. Usamos 3 radiales "home made" de 2,30 metros de largo con una bobina también "home made" en el extremo cercano a la antena para acortar su longitud física (y que esos 2,3 metros equivalgan eléctricamente a los 4.67 de lambda/4).

La alimentación de las antenas de TX se hace con un power splitter de 4 salidas y cables RG-213, La longitud de los cables son de 16 y 12 metros para las trasmisoras y de 200 para las receptoras (recuerda que es un array lineal de 16 elementos separados lambda/2). Por desgracia no tengo información del amplificador de potencia y de su estructura, pero supongo que será bueno y correcto.

Antes de continuar con las antenas te comento un dato. Como las antenas están colocadas en terreno volcánico muy poco conductor teníamos miedo de que el diagrama de radiación se elevara mucho. Para las simulaciones uso NEC2, que es bastante potente. Este soft permite hacer simulaciones con 2 medios como tenemos nosotros: el terreno volcánico mal conductor y más adelante el océano muy buen conductor. Los resultados del software son que para ángulos de elevación bajos la antena "ve" el océano y se comporta como un monopolo casi perfecto radiando mucho. Para elevaciones superiores a 10 grados la influencia del océano desaparece y tenemos el lóbulo elevado a 30 grados habitual con suelos imperfectos. Esto sumado al hecho que el soft de simulación no contempla los efectos de difracción que si ocurren cuando estamos sobre un acantilado hace que crea haberme quitado un miedo de encima: radiamos mucha potencia hacia el océano y poca hacia el cielo. Aquí vienen las primeras preguntas. Estoy en lo cierto? Al propagar casi todo por onda de superficie, ¿hasta que punto es valido el estudio del diagrama de radiación a largas distancias? ¿La onda de superficie se forma en el llamado "campo cercano" y no en el lejano?

Para testear nuestras antenas primero hago unas simulaciones que en realidad no sirven para nada (la simulación me dice que los radiales deben ser de 1,3 metros y no de 2,3). Medimos el SWR de la antena montada y buscamos el mínimo a nuestra frecuencia cambiando la longitud de los radiales y la longitud del "whip". En un principio los radiales los colocábamos a 120 grados del monopolo y obteníamos SWRs tan buenos como 1.2:1 A la hora de instalar el array de TX comprobamos que los SWR que mediamos de cada antena variaban significativamente de una a otra por mucho que intentáramos hacerlas totalmente iguales. Un día haciendo tests pusimos los radiales a 90 grados con la antena elevada y el SWR no era muy bueno (por la influencia del suelo, creo, poco conductor pero que esta ahí) pero al poner la antena al nivel del suelo y los radiales extendidos también sobre el suelo el SWR era tan magnifico como 1! Nunca creí que pudiéramos hacer la impedancia de la antena igual a la de la línea.
A la hora de hacer lo mismo con las antenas de TX que teníamos instaladas volvió a ocurrir lo de antes: no había manera de que una antena tuviera 1 de SWR, sino que tenia 1.3 o 1.5, no lo recuerdo. Más preguntas: ¿SWR=1? ¿Estoy sonando? ¿Es posible? Normalmente si consigo resonancia la resistencia de radiación es de unos 30 ohmios. Se han sumado 20 debido a las ground losses? Es la eficiencia de la antena inferior ahora?

De todas formas estos temas son controlables, digamos. Cosa que no puedo decir con la impedancia mutua entre las antenas, que modifican la impedancia que el amplificador ve de cada antena. Quiero decir que puedo medir en una antena SWR=1 pero en presencia de las otras funcionando su impedancia será casi aleatoria y su SWR se disparará. El problema con tener SWRs altos no es otro que el hecho de que en realidad tenemos antenas con impedancias de entrada diferentes con lo que la amplitud y la fase de las corrientes inyectadas en cada antena por el amplificador serán diferentes a las diseñadas y el diagrama de radiación conjunto es una patata y no aquello que queríamos. Cuanto de útil es aquí un adaptador de impedancias para las 4 antenas de TX? Un circuito de adaptación me asegura amplitud y fase en la antena o solo "adaptación vista desde el amplificador"

Debemos reducir al máximo el camino directo TX-RX para disminuir el ruido en recepción. Por ello los nulos en dirección a la recepción. Las simulaciones ponen de manifiesto la impedancia mutua entre antenas y aun siendo estas exactas no conseguimos anular toda la potencia en esa dirección. Lo mismo ocurre con el lóbulo trasero. No queremos recibir ecos y ruido de las montañas ni, sobre todo, del mar al otro lado de la isla. Para reducir estos efectos hemos pensado en los parásitos. Las simulaciones salen bastante bien, y para evitar tener que poner cables de 6 metros de alto podemos usar otras antenas sin alimentar. De todas formas las simulaciones no tienen nada que ver con los datos que encuentras en los libros de separación de 0.15 lambdas y demás cosas.
Como puedo colocar parásitos y saber que lo hago bien? Por supuesto las antenas usadas como parásitos deberán llevar radiales también.

¿Nos puede ayudar en algo un balun? Unas veces leo que si, otras veces que no...

Sobre los radiales enterrados hasta lambda/2. Es lo que he leído que es lo mejor. Sin embargo con solo 3 obtenemos SWRs tan buenos que se nos van las ganas de cavar. Además según experiencias previas con los mismos radares, los 3 radiales eran usados y el sistema funcionaba bien.

Creo que por hoy es suficiente. Te mando también un pequeño texto que escribí explicando todo esto al equipo. Podrías leerlo y corregir aquello que veas incorrecto? No quisiera estar equivocado e ir engañando al resto del equipo.

Muchas gracias por tu ayuda. Si en cualquier momento deseas que deje de enviarte mensajes no dudes en decirlo. No te sientas presionado a nada.

Un saludo. 

Lo siguiente es el texto mencionado por J... dónde resume algunas cuestiones sobre antenas a sus colegas. El tema continúa más adelante.

An antenna can be seen as an passive impedance Za. This impedance contains a resistive part composed by the radiation resistance (Rrad) and the ohmmic resistance due to the finite conductivity of the antenna (Rohm). Za contains also a reactive (imaginary, Xa) part that obviously won't disipate energy as it will return the energy previously stored. So finally our antenna can be seen as an impedance:

Za = (Rrad + Rohm) + j Xa

In an ideal lambda/2 dipole we find Xa=0 by shortening a little its arms (so it's not anymore a lambda/2 dipole). In an ideal monopole (Za=41+j24) we can obtain a Za=35+j0 by shortening a 4% its arm. The importance is in the term Rrad as the power radiated by the antenna will be Prad=I^2*Rrad, the higher this value is, the higher power it will radiate with the same current injected. By eliminating the reactant part, as you say, we haven't yet solved our problem as we have to make our resistive part (Rrad) equal to Z0, the characteristic impedance of the cable. By doing that we avoid the antenna to be seen as an obstacle to the waves propagating inside the coaxial, and all the power "will pass". So we cannot play with Rrad as we want, because if Rrad differs from Z0, the current injected will be inferior and the efficiency of the system falls. Even as Rrad increases, the same happens with Xa and the system goes down. We need a Za as close as possible to Z0=50 Ohms.

In "real world" where infinite perfect conducting plans do not exist we have to create them in order to have a good image of our monopole. That is the reason for the radials, that would simulate the ground. How the electric and magnetic fields interact with the radials in very close distances (where we don't have neither a plane wave nor a spherical wave) is not answered analytically and only experience has driven to the results of a length of lambda/4 for the radials (or as we do, shortening them by the use of inductances that simulates the current distribution of a longer wire). However the real ground exists. Its conductivity is very poor but it will conduct and it will create a imperfect image of our antenna (monopole+radials). Then the antenna impedance will be:

Za = Zself + Zmutual

Where Zself is the self-impedance of the antenna and Zmutual is the mutual impedance between our antenna and its imperfect image on the ground. The approximation for Zmutual cannot be driven analytically as it is very complex and only simulation programs can give us an approximation of Za. For ideal lambda/2 dipoles separated between 0 and 2 lambdas the graphs for Zmutual are like sinusoids with important amplitudes in function of the separation. In an non-ideal situation Zmutual is impredictible. That's why I think that we have obtained the best results for antennas mounted on the ground with the radials on the ground in order only to improve ground conductivity and avoiding "images of images" (making Zmutual very little).

Let's return now to the impedance matching between the line and the antenna. We can define the voltage waves Vf (forward, to the load) and Vb (backward, to the generator) inside the coaxial. We define also the reflexion coefficient Gamma as:

Gamma=(Za-Z0)/(Za+Z0)

and Vb=Gamma * Vf. We don't have to forget that Za is a complex quantity, and Gamma, then, too. Vf and Vb will vary in phase in every point of the coaxial (they propagate), and they will be added to obtain the final tension value in every single point. The same happens with the currents and we obtain that the impedance Zin=V/I is a periodic function (periode lambda_cable/2) that makes that in each point of the cable we see the antenna as a different impedance. Similarly we can define the power waves Pf and Pb, and finally the power dissipated by our antenna (radiated!), Pl, having Pl=Pf-Pb. That drive us to:

Pl=Pf*(1-mod(Gamma)^2)

So we obtain that if Za is different from Z0 (Gamma different from 0) there are oscillations in the tension, current and impedance inside the cable (called stationnary waves) with maximums and minimums and with a periode lambda_cable/2. Moreover the power radiated by our antenna won't be the maximum it can radiate.

As you say in your mail the total matching to the line is not our objective. Mainly because it's impossible, the antennas are as they are and we cannot have the impedance we want. We can define the VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) as the relation between the modulus of the maximum of tension inside the coax and the minimum ( VSWR=mod(Vmax)/mod(Vmin) ) and operations on it drive us to:

VSWR= (1 + mod(Gamma)) / (1 - mod(Gamma))

So as the VSWR is a relation between two tensions repeated inside the coaxial, the VSWR does not vary with the lenght of the coaxial and we will always be measuring indirectly mod(Gamma) of the antenna. Obviously we have to make the hypothesis that the cable losses are very little, we use short cables only long enough to permit us be 6-7 meters away from the antenna we are measuring.

We have to make the distinction between the power generated (Pg) by the tranmitter and the power forward wave Pf. They are not the same, and in ideal lines Pl will always be equal to Pg, and Pf is in fact a false wave, as it is higher than Pg. For example if Pg=100W, then Pl=100W and with a SWR=2, Pf=112,36W and Pb=12,36W. Don't we have to worry, so, about VSWR?. At the beginning, no, as a high value only shows that we have an "imperfect" antenna (in the sens that a perfect lambda/4 monopole has a SWR=1,7), but it will radiate the power the transmitter generates. Additionally we don't work with high powers, so we don't have to worry about high tensions inside the coax. In lossy coax, as we will have due to the long cables, VSWR produce additional losses by the voltage variation inside the coax and with a 4dB lossy cable and SWR=2 we have to add only 0.4dB due to unmatching. The only reason why perfect matching is desired is because is the only way to make the transmitter work at the maximum power, as:

Pg=Pmax*(1-mod(Gamma_in)^2)

Where Gamma_in is the reflexion coefficient seen at the transmitter's output (if Gamma differs from 0, it varies inside the cable), so the equivalent impedance of the coax+antenna:

Zin=Z0 * (Za + jZ0 tan(Bl)) / (Z0 + jZa tan(Bl))

Where B=2PI/lambda_cable and l is the cable length. To achieve a perfect Gamma_in equal to 0, we could use matching circuits, that are not difficult to make but that in a system as ours with so many antennas is very costly. Where is, so, the problem with VSWR, stationnary waves and reflected power of fictititious power waves? The problem comes when we turn upside down the system and we think in receiving antennas. By the reciprocity theorem an antenna works exactly the same way in transmission and in reception. So, if we have a look to the previous formula and we change Gamma_in by the actual reflection coefficient of our antenna (Gamma), we obtain that the power our antenna gives us is inferior to that it could give us with the same signal received with a perfect matching (the power not given to the receiver is re-radiated). With a SWR=2 we loose 11% of power, which makes 0.5dB of losses. with SWR=3 we have a loose of 25%, 1,25dB.

If we think about noise, we have to think about the theorem that says that an attenuator de L dB has a noise figure of, also, L dB. So with SWR=2 we have an antenna noise figure of 0.5dB (taking an ohmmic efficiency of 100%) because the noise power is always the same and the antenna gives us less useful signal power, and a tranasmission line noise figure augmented 0.4dB (4.4dB in total) that can degradate the system.

However a VSWR as high as 2 is not very dangerous and is a maximum level often taken. However a level like that shows an antenna with mod(Gamma)=1/3, and we don't know more than that. It make me think in how bad matched we are, and the actual value of Za (I hope have it with the new instrumentation). It makes also think the amount of different Za we can have within a little margin of SWR.

I want to think now about the arrays. They are a group of antennas correctly spaced than radiates a total electric field:

Etot=Add(Ei*exp(k*ri))

with Ei the field radiated by the i_th antenna, ri its position vector and k the wave vector. If we can make the approximation Ej=aj*Ei=aj*E0 then Etot=E0*AF and we obtain the notion of Array Factor:

AF=Add(ai*exp(k*ri))

ai is a complex coefficient that shows the difference in amplitude and phase between the antennas. So with the previous hipothesis the final radiation pattern will be the multiplication of the array factor, which contains information on how the antennas are feeded and their geographical position, and the radiation pattern of a single antenna. As monopoles are almost omnidirectional the final radiation pattern should be almost the AF. As with AF we have a lot of control (position and feeding of every antenna) we can ideally create the radiation pattern we want.

However let's see more acurately what happens. The field radiated for one antenna can be written as:

E0=A0 * exp(-jkr)/r * I0 * t(Theta,Phi) * Theta_vector

Where A0 is a complex constant, exp(-jkr) shows the different phase for different distances, 1/r shows the attenuation by spherical propagation, I0 is the maximum complex current in the antenna, t(Theta,Phi) is the radiation pattern and Theta vector is the unitary vector in the Theta direction. Supposing that all the antennas are equal the coefficients ai have only information about the difference of amplitude and phase of the currents in the i_antenna in relation to I0.

In our transmitting configuration, we have 2 front antennas with (ideally) currents I0 and 2 rear antennas with (ideally) currents I0*exp(j*0,7*PI). The phase change has been achieved only by using different cable lengths. With a left-right separation of lambda/2 and equal fields in left-right we have two nulls of the total AF to both sides. The front-rear separation and phase creates a null in the rear direction, but an important principal lobe in the front direction.

Our transmitting system is composed of a power amplifier followed by a power splitter (PS) which gives ideally the same power to each antenna. If the antennas connected to the PS are unmatched and slightly different they will show differents Zin and the power splitter will give to each antenna a different power, which means different tensions and currents and which means different ai to those designed. However that is not the end, and we can think that by having exact copies of the antennas it will work ok. Unlike until now, we cannot think that the antennas are isolated, one antenna will see the others and that means that the field created for one antenna will produce currents and tensions in the others that will modify its own current and tension. Finally it can be seen as a different antenna impedance due to the presence of the others, and the final antenna impedance is:

Za=Z11 + Z12*I2/I1 + Z13*I3/I1 + Z14*I4/I1

Where Z11 is the self-impedance, Z1i are the mutual impedances between the i antenna and the first antenna, and Ii are the currents in each antenna. The mutual impedances are, as dicussed before, very impredictible in short distances and the currents imposed on each antenna are different. So, joining different antennas with the effect of the mutual impedance we have that the coefficients ai can be completely different to those designed and then the final radiation pattern can be impredictible (and of course we loose our pretty nulls).

For the receiving antennas the problem is similar, if every antenna has a different impedance, it will give a different amplitude and phase and the final pattern will be distorted.

However we cannot get rid of the mutual impedances, and we have just to try to have the more similar antennas as possible. So, for me, the final point is that we must have the antennas with the lowest VSWR possible and the more similar as possible. That not only refers to the antenna construction itself, but also to the terrain. The antennas should be equally spaced, equally far from the sea/cliff, equally mounted... The more care we take when installing them the less problems we will have. Phase is very sensitive, and we're lucky to work with a lambda=20m, so we have a few centimetres of error margin. At higher frequencies, the margin is drastically reduced. As the WERA manual says we should not exceed 1% of errors in distance (20 cm).

I'm using for the simulations the NEC2 free code, that is widely used. It shows how the radiation pattern is distorted in the transmission antennas, using perfectly repeated antennas. The two "amplitude" nulls, left and right, are pretty conserved. However the rear lobe has increased (it is 13 dB under the maximum, not the 22 designed) and the rear null has disappeared. I did some home-made simulations with the differents SWR measured for each antenna and the final pattern was a big potato.

Other question was about the radiation to high angles. As a conducting plane won't radiate at 0 degrees of elevation (we won't never have radiation in the direction of the currents) we obtain in simulation a Take-Off Angle (TOA) of about 33 degrees. We were at the begining worried about that, in Kaena we have the ocean in the opposite direction!. However more accurate simulations of land and sea have give the result that the ground turns into a very perfect conductor on the ocean, and it approaches the final pattern to that on a perfect ground for low elevations. Let's just explain that the a poor conducting ground as we have in Kaena makes go down the directivity and rises the TOA. A perfect ground has a higher directivity and a TOA of 0 degrees. The mixed poor ground and ocean (almost perfect conductor) gives a mixed pattern. For elevations until 10 degrees there is a very intense lobe that shows the coupling with the ocean. For the other elevations it is as in poor-ground. So with the ocean near, our maximum of radiation is in a very low angle. Moreover, I found that NEC2 don't takes into account the diffraction effects that do happen when we are on a cliff. Radiation will "go down", so we are really radiating to the ocean as we checked with the little radio.

The last tests results were not so good. We had a lot of direct coupling from the transmitting antennas to the receiving antennas that we did not have before. That happened because we changed the radials configurations and then the radiation pattern changed. The null can be moved or dissapeared, and I'm really worried about the front-right antenna which had an SWR moved by the wind and the rear-right one, that had a bad SWR compared to the others. We attenuated the direct path by installing improvised parasits very near of the antennas in the direction of the receiving antennas. However my simulations with NEC2 gave the result that the rebars have no effect on the radiation pattern (no more than 0.1dB), which leave the question "what happened?" without answer.

Amigo Joel:

Son varios los temas que mencionas en este último mail y te haré comentarios parciales puesto que no dispongo del tiempo necesario para comentarlos todos.

Tomemos primero lo de los radiales sintonizados y la ROE:

Es preciso separar todo lo que tenga que ver con la adaptación de impedancia antena - línea, de lo que tenga que ver con el rendimiento de la antena en si. Por ende la ROE no juega ningún papel en el asunto del rendimiento...

El sistema de radiales de los monopolos tiene por objeto "simular" un plano de tierra uniforme y perfectamente conductor; puesto que un plano de tierra "uniforme y perfectamente conductor" sería justamente eso y no un conjunto de alambres ¿no?. (Cumplen la tarea de conducir eficazmente a la línea de trasmisión las corrientes de desplazamiento producidas en la tierra). En esas condiciones el monopolo de 1/4 de onda tendrá esos 35 o 36 Ohms teóricos que serán menos si su longitud es menor que 1/4, como parece ser el caso de las antenas de Uds (lo que de paso hace disminuir aun más la eficiencia).

Cualquier otro sistema de radiales de menor calidad bajará el rendimiento de la antena. Para un monopolo de 1/4 de onda el radio de cada radial debería tener una longitud cercana a 1/2 onda (1/2, no 1/4). Longitudes menores o cantidades pequeñas de radiales implicarán pérdidas. De acuerdo a estudios publicados  en 1937 por Brown, Lewis y Epstein, un sistema de tierra de 120 alambres cada uno de al menos 1/2 onda que se extienden radialmente desde la base de la antena y espaciados igualmente para formar un círculo es prácticamente equivalente a una tierra perfectamente conductora para las corrientes del campo reactivo. Los alambres pueden estar sobre la superficie o algunos centímetros debajo (mejor en la superficie).
Si redujéramos el número de radiales a unos 15 o 16, las mediciones indican una eficiencia cercana al 50% debida a las pérdidas para una vertical de 1/4 de onda. Ya ves que la cosa es medio crítica, en este aspecto aunque no quiere decir que la antena no sirva, ni mucho menos.
La sintonía de los radiales, como en vuestro caso, cumple únicamente funciones de cancelación de reactancias en la entrada de la antena y no implica aumento del rendimiento, así que a todos los efectos prácticos les podría convenirles instalar más alambres sobre la superficie (no hace falta que caven, y recuerden que el día de mañana esos extraños surcos, producto de sus radiales, podrían servir para que algún Von Daniken del futuro especule acerca de las curiosas inscripciones de los "ancient aliens"...). Los radiales pueden ser más cortos que 1/2 onda si su antena es más corta que 1/4, puesto que creo que es así, pueden hacerlos tranquilamente de 1/4).

Ahora bien, si la tierra no es "perfecta" (es decir que los radiales no son adecuados), la resistencia de pérdidas se sumará a la de radiación y el efecto será disminuir la ROE de los 1,4:1 teóricos al 1:1, pero si la resistencia de pérdidas totales aumentan a más de 14 o 15 Ohms, nuevamente subirá la ROE por encima del 1:1 para la antena de un cuarto.

Entonces. Primero realicen el mejor sistema de radiales que puedan o quieran porque eso es lo que interesa y luego, cualquiera sea la ROE que esto les de, procedan, si es necesario a adaptar la impedancia mediante una simple red "L" a la de la línea. Tampoco es importante que esa antena sea "resonante" o que la "hagan resonar". Una vez que su longitud física ha sido establecida en 1/4 o menos (a los efectos de producir el diagrama de radiación previsto), ya fijaron las características de radiación del sistema y lo que queda es adaptar impedancias que es harina de otro costal...
Solo si las pérdidas adicionales por ROE en esa línea son importantes puede ser necesario adaptar la Z de las antenas a  la de las líneas, si no,  no debería haber problemas conectando los cables directamente y adaptando la impedancia de entrada del/los cables al trasmisor si este lo requiriese. La ventaja es que no tendrán que construir adaptadores de Z ni calcular o medir sus cambios de fase (que por supuesto producirán).

Vale la pena aclarar que a medida que la antena está más alejada de la tierra, los requerimientos del sistema de radiales son menores, al punto que a algunas pocas "lambdas" alcanza con 3 o 4 de 1/4 como habrás visto en cualquier antena de VHF o CB.


Otro asunto:

El "Far Field" es el que resulta de la composición de la onda directa con la reflejada en tierra, y la tierra, aunque sea "mala" es un buen reflector cuando el ángulo crítico alcanza el valor necesario para que se produzca la reflexión (tal como sucede con cualquier vidrio no espejado), de manera que el diagrama de radiación tiene que ver con esto. Entiendo que tu estás pensando cuando hablas acerca de la "onda de superficie" en la "onda terrestre", en HF la onda terrestre no tiene mucha importancia pues se atenúa muy rápidamente. En tu caso, probablemente obtengas resultados parecidos a la realidad si simplemente consideras a la tierra como la que corresponde al océano, ya que los puntos "receptores" (las olas) están justamente allí recibiendo una onda directa y una onda reflejada en el agua como surge de trazar los rayos como el principio de Huygens nos permite hacer. Si vuestro trasmisor estuviera muy "tierra adentro" esto ya no sería tan cierto pues la onda reflejada bien podría estar siéndolo en la tierra de la isla (haz el dibujito para visualizarlo mejor).

Por ahora te dejo pues la situación económica por estos lares no es muy buena y es menester ir a "empujar la carretilla" como suelen decir los radioaficionados de estas latitudes...

73's de Miguel

El siguiente párrafo es una presentación que J... hace a su equipo en el que destaca nuestra actividad...

I'd like to introduce you to Miguel Ghezzi who is helping me to understand what we are doing with the antennas and to modelize them. He is an argentine radio amateur with a wide range of knowledgements in the field of radio broadcasting, and particularly in the HF band. He has also solid practical experience in antennas. I contacted him throug his web page http://www.solred.com.ar/lu6etj/index.htm (sorry, only in spanish) that is full of interesting articles about antennas and radio propagation.

He has been answering my boring emails very kindly and with generous interest. I will continue in contact with him so that we can have an optimized system.

Greetings

El software que utilizo se llama 4NEC2 y no es mas que un interface gráfico y algunas sorpresas mas para el conjunto de códigos electromagnéticos NEC que ya tiene doble precisión, NEC2. Lo puedes encontrar junto a un montón de cosas mas (cuidado no te pierdas) en http://www.qsl.net/wb6tpu/swindex.html

Funciona bajo windows y aparte de las típicas opciones de representarte los diagramas y demás tiene, por ejemplo, una función de optimización realmente sorprendente. Si tienes cualquier duda al utilizarlo o al instalarlo pregúntame, no te pases las horas que me he pasado yo para adivinar su funcionamiento. Mas info del código en www.nec2.org

Y paso a las preguntas.

Me gustaría estimar la Rrad de nuestras antenas. Tienen una longitud de 1,85 m que es 0,1*lambda. Como te comente tiene un bobinado a lo largo de todo el cuerpo para modificar la distribución de corrientes y tener resonancia con una antena menor de 0,25*lambda. Ahora bien, la Rrad teórica es la de una antena de lambda/4 o de 0.1lambda? Me dices en tu mail que será menor de los 35 Ohms teóricos.

Me dices que los radiales hacen función únicamente de cancelación de reactancias. La imagen del monopolo es entonces creada por el suelo real?

En el caso de que instaláramos 60 radiales lambda/2 sobre el suelo, teniendo en cuenta la proximidad de las antenas entre si (las más cercanas distan 0.15 lambda), deben tocarse entre si? Si pueden o deben tocarse, es lo mismo colocar una rejilla metálica como las vallas de cualquier propiedad del tamaño adecuado (y perder entonces la simetría radial)?

Si el monopolo tiene una Rrad de 35 Ohm y medimos SWR=1 entonces Rpérdidas=15 y eff=70%. Considero entonces que deberíamos obtener un SWR de 1,5 para decir que nuestra eff es cercana al 100%. Entonces, si con los 3 radios sobre el suelo y la antena también en el suelo medimos SWR=1 y con la antena elevada mas o menos 1 metro y los radiales a 120 grados del monopolo medimos SWR=1,2 esta claro que es mejor la segunda configuración. ¿Es por el hecho de elevar la antena del suelo? Cuanto más altas mejor, me comentas. ¿Puedes dirigirme a bibliografía donde comenten este fenómeno de la altura de la antena sobre el suelo?

En cuanto a las antenas funcionando como parásitos. Me comentas que deben estar cortocircuitadas a tierra. Esto es conectar la antena físicamente a tierra? Las simulaciones dan un muy buen resultado con antenas que simplemente cortocircuitan los radiales con el monopolo. G... comenta que deben estar terminadas a 50 Ohms. ¿Puedes poner algo de orden en este berenjenal?

El array receptor son 16 antenas separadas xx metros, lo que hace xxx metros de tamaño total. En esta longitud el terreno es irregular y hay que plantearse lo siguiente: ¿las antenas deben estar todas a la misma altura sobre el suelo o todas a la misma altura absoluta? En mi opinión es mejor que todas las antenas estén a la misma altura sobre el suelo para que todas tengan la misma impedancia y propiedades y el diagrama sea el esperado. Sin embargo G... prefiere la segunda opción para minimizar los errores de desfase (ya que el procesado no tiene en cuenta el desplazamiento vertical de las antenas). Dime algo.

Dispongo de abundante bibliografía, destacando el ARRL antenna book y el Antenna engineering Handbook de Jasik. Pásame la que tu consideres realmente buena. Amo las ecuaciones.

Mr G... esta realmente interesado en tus conocimientos. Le he hablado bien de ti ;)

Un saludo.

Respuestas:

> Debemos reducir al máximo el camino directo TX-RX para disminuir el ruido en recepción. Por ello los nulos en dirección a la recepción. Las simulaciones ponen de manifiesto la impedancia mutua entre antenas y aun siendo estas exactas no conseguimos anular toda la potencia en esa dirección. Lo mismo ocurre con el lóbulo trasero. No queremos recibir ecos y ruido de las montañas ni, sobre todo, del mar al otro lado de la isla. Para reducir estos efectos hemos pensado en los parásitos. Las simulaciones salen bastante bien, y para evitar tener que poner cables de 6 metros de alto podemos usar otras antenas sin alimentar. De todas formas las simulaciones no tienen nada que ver con los datos que encuentras en los libros de separación de 0.15 lambdas y demás cosas.
> ¿Cómo puedo colocar parásitos y saber que lo hago bien? Por supuesto las antenas usadas como parásitos deberán llevar radiales también.


Por lo que dices en este párrafo, pareciera que lo que están precisando es un sistema direccional; de hecho un radar común opera así barriendo porque normalmente su blanco es puntual, pero aun así si Uds. no desean ecos provenientes de los costados o de atrás, tendrían que buscar un diagrama de radiación lo más "limpio" posible, sin lóbulos laterales y con una relación frente espalda adecuada. Respecto de los ecos provenientes de objetos fijos, no deberían tener problemas pues su eco supongo que puede ser identificado en el proceso.
Si, podrían emplear otras antenas sin alimentar (aunque cortocircuitadas a tierra, desde luego) siempre y cuando las hagan resonar como corresponda a su efecto. Si son monopolos precisan del plano de tierra para producir la imagen. El software de simulación debería darte resultados consistentes, no veo porque no habría de ser así. Recuerda que puedes obtener diagramas directivos mediante antenas alimentadas con la fase conveniente para el caso.
Yo no poseo el NEC2 así que no puedo comparar tus resultados.


> Los resultados del software son que para ángulos de elevación bajos la antena "ve" el océano y se comporta como un monopolo casi perfecto radiando mucho. Para elevaciones superiores a 10 grados la influencia del océano desaparece y tenemos el lóbulo elevado a 30 grados habitual con suelos imperfectos. Esto sumado al hecho que el soft de simulación no contempla los efectos de difracción que si ocurren cuando estamos sobre un acantilado hace que crea haberme quitado un miedo de encima: radiamos mucha potencia hacia el océano y poca hacia el cielo. Aquí vienen las primeras preguntas.
> ¿Estoy en lo cierto? Al propagar casi todo por onda de superficie, hasta que punto es válido el estudio del diagrama de radiación a largas distancias? La onda de superficie se forma en el llamado "campo cercano" y no en el lejano?


Yo tengo alguna duda respecto de que no haya energía radiándose en lóbulos adicionales más elevados, pues si están sobre un acantilado, la antena está elevada respecto de la "tierra" (que en ese caso es el mar en esa dirección) ¿no? de todas maneras, si estuvieran sobre la playa el diagrama debería parecerse bastante al de la tierra perfecta (creo que el llamado ángulo de Brewster (o pseudo ángulo), es muy bajo en ese caso) Yo he leído en un handbook de la ARRL que hay un software que contempla la difracción, pero creo que es medio un secreto de la US Navy.


> Nos puede ayudar en algo un balun? Unas veces leo que si, otras veces que no...

No veo la necesidad de un balun siendo el sistema desbalanceado. ¿Dónde sugieren eso?


> Sobre los radiales enterrados hasta lambda/2. Es lo que he leído que es lo mejor. Sin embargo con solo 3 obtenemos SWRs tan buenos que se nos van las ganas de cavar. Además según experiencias previas con los mismos radares, los 3 radiales eran usados y el sistema funcionaba bien.

Yo nunca he oído acerca de enterrar los radiales en HF, pero  eso no quiere decir nada, no veo la necesidad yo tampoco y, como te conté en el anterior, el tema de la ROE hay que dejarlo afuera porque no tiene relación y complica todo el asunto...


> Za = (Rrad + Rohm) + j Xa. 

Mejor -> Za = (Rrad + Rtlosses) + JXa  (tlosses = total losses)


> We need a Za as close as possible to Zo=50 Ohms.
(Traducción: Necesitamos una Za tan cercana como sea posible a Zo=50Ohms.)


No, lo que se necesita es una Rrad >> Rtlosses. La transferencia de energía desde la línea se resuelve adaptando impedancias en la antena si fuera necesario o a la entrada del cable coaxil si las pérdidas adicionales por ROE lo permiten. Si no fuera así, que pasaría si Rrad = 0 y Rtlosses (o Rohm, si quieres) = 50 ???
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> So we obtain that if Za is different from Zo (Gamma different from 0) there are oscillations in the tension, current and impedance inside the cable (called stationnary waves) with maximums and minimums and with a periode lambda_cable/2. Moreover the power radiated by our antenna won't be the maximum it can radiate.

(Traducción: Asi encontramos que si Za es diferente de Zo (Gamma diferente de 0) hay oscilaciones en la tensión, corriente e impedancia dentro del cable (llamadas ondas estacionarias) con máximos y mínimos y con un período lmbda_cable/2. Por otra parte la potencia radiada por nuestra antena no será la máxima que puede radiar)

No, aunque Za distinto de Zo se puede radiar totalmente la energía producida por el trasmisor, siempre que la impedancia de entrada al cable sea adaptada a la de salida del trasmisor y las pérdidas adicionales por ROE (habitualmente bajas con buenas líneas y longitudes cortas) sean pequeñas (de hecho es lo que dices más abajo en el texto). Lo anterior no es cierto si entre la línea y el trasmisor existiera un dispositivo atenuador resistivo.



> Pf is in fact a false wave, as it is higher than Pg. For example if Pg=100W, then Pl=100W and with a SWR=2, Pf=112,36W and Pb=12,36W

(Traducción: Pf es de hecho una falsa onda en la medida que es mayor que Pg. Por ejemplo si Pg=100W entonces Pl=100W y con una ROE=2:1 Pf=112,36W y Pb=12.36W)

No. Pf es una onda "muy verdadera", tal como lo es Pb. Si una vez establecido el régimen permanente (en las condiciones dadas), en una línea muy larga (pero no infinita) supuesta sin pérdidas, cambiamos la carga por una cuya R sea igual a Zo, encontraríamos que la potencia sobre esa carga es efectivamente 112,36W, hasta que se agote la energía que la línea está transportando. Si no hubiéramos desconectado el generador, encontraríamos que al cabo de un tiempo la potencia en la nueva carga pasa de 112,36 a 100, súbitamente.
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Saludos de Miguel LU 6ETJ

Miguel, has conseguido impresionarme. De hecho ya sabia que eras bueno en esto al leer tus artículos, pero la precisión, concisión y rigor de tus mails han superado mis expectativas. Tus mails estan siéndome de inestimable ayuda para poner en orden el berenjenal que aquí tenemos. No te subestimes otra vez, como hiciste al principio, pues has demostrado un dominio absoluto del tema que tratamos.

No voy a seguir molestándote mucho, aunque tengo todavía dudas que plantearte en un futuro mail. Por el momento tus enseñanzas me permiten avanzar un poco con mi propio pie. Ahora me gustaría que me hablaras un poco de ti y que me dieras tu numero de teléfono para llamarte un día y hablar contigo en persona. De paso te presento al resto del equipo que trabaja conmigo (bueno, yo con ellos).

Saludos.

PD: que significa el 73 que pones al despedirte?

Bueno, bueno, no es para tanto. Lo que pueda saber, que no es mucho, se debe fundamentalmente a que alguien me lo ha enseñado, de un modo u otro, así que vayan para ellos los elogios. Por lo que vi que has escrito para tus compañeros, noto que te has interiorizado en el tema y estoy convencido pronto serás un experto en él, así que cuando creas que ha llegado el momento,  volcarás algo de ese conocimiento a tu gente y con eso quedará cerrado el círculo (o mejor dicho la espiral que empezó allá, por el fin del Pleistoceno, cuando nuestros antepasados bajaron de los árboles..)

"73" significa "saludos" (o "best regards"). Data de la época de la telegrafía alámbrica y es costumbre entre los aficionados saludarse así en código Morse y a veces en fonía o por escrito.

73's de Miguel

Esta ha sido una semana de locos. En los libros no explican lo duro que es instalar antenas. Y además, para colmo nosotros no instalamos una sino 22 (a la espera de otras 22 para las próximas 2 semanas). Cuando estudias líneas de transmisión en algún lugar te comentan el peso por metro de la línea. "Vaya dato mas tonto" pensé como un principiante.
Hasta que te toca desenrollar 18 bobinas de 250 metros de coaxial bajo el sol (y ya es suerte no tener los 40 grados de España) las cosas cambian. Hacer agujeros, preparar cemento y cargar con el generador todo ello en un terreno rocoso como buena isla volcánica que es esta. Total, 8 días de trabajo ininterrumpido a una media de 10-12 horas diarias. Y el radar todavía no esta apunto. Lo peor, si cabe, es que el array mide unos 300 metros (y el siguiente unos 500) con lo que entre idas y venidas al final del día recorremos unas 3 veces la distancia h...-Argentina con lo que creo que podría salir a cuenta olvidar el email y llamar a tu puerta ;) Si tu que eres un profesional en la materia conoces algún método por el cual las antenas se instalen, ajusten y conecten automáticamente házmelo saber.

Dejo de quejarme ya. Mister G... es el alemán que ha desarrollado los radares. En cuanto a radares esta claro que sabe muchísimo pero a veces patina en lo que se refiere a rf, líneas de tx y antenas :>). Menos mal que te encontré...

Yo, compañero, soy un pobre estudiante pobre (si, si, es correcto, 2 veces pobre) de 23 primaveras que gracias a su tesón ha conseguido vivir ya en 4 países. Soy Español de Barcelona, pero estudio en Francia. Me pase de la ingeniería de telecomunicación a la ingeniería aeroespacial.
E intento viajar los veranos consiguiendo trabajillos por ahí. Hace 2 veranos estuve en las Islas Canarias (con una compatriota tuya, por cierto), el 2001 en Suiza y este en H.... Dentro de un mes cojo el avión, abandono las antenas de 16 MHz y vuelvo a mis satélites, cohetes, misiles, naves espaciales, ovnis, sistemas solares y demás parafernalia extraterrestre. Me queda en Francia un añito mas y un proyecto final de carrera que ya no se donde hacerlo que este más lejos de mi casa que h.... ¿Australia?

Yo tengo pocos amigos argentinos en España y mas en Francia. Y los que están en Francia estudiando conmigo están teniendo mas problemas que los que están en España por la maldita crisis que azota tu país. Admiro la entereza con la que afrontan la sequía de dinero que les llega de sus familias allí tan lejos y no se quejan como lo haría un españolito cuando reciben $100 para los próximos n meses, donde n es una cantidad indefinida. En fin, dejo el tema que me pongo triste.

Te mando una fotito mía ajustando una antena en el puerto donde tenemos la "fabrica" de antenas. Era al poco de llegar aquí y tenia todavía la marca del sol en el brazo. Poco a poco me la he quitado a base de playa.
Hoy jugamos un partidillo de fútbol contra un equipo coreano (la venganza por el mundial) y en el equipo hay 3 argentinos. Estais por todas partes.

Un abrazo.

 


Amigo J...:

Muy linda la foto que me enviaste. Realmente da la idea de que no ha de ser tan malo instalar antenas en H...


¿Asi que Don G... es quien ha pergeñado el engendro maléfico?, mire Ud. que cosa. Y, a todo esto, ¿sirvió para algo la info que le envié? Como por ejemplo para: "Las antenas siguen teniendo ROE, pero ya no me importa..."

Veo que no se priva de nada. Recorre el mundo, retoza con lindas jovencitas, estudia naves espaciales, bueno, aproveche antes que una de ellas le ponga la soga al cuello, lo cargue con dos o tres críos, y lo haga trabajar más que Mister G... con sus antenas...

¿Así que lo suyo es la ingeniería aero espacial?. Que interesante; evidentemente ha de ser apasionante estar tan cerca de esas cosas que de niños nos hacían abrir la boca. Recuerdo cuando terminé la escuela secundaria, y hacía una beca de trabajo en IBM y pude estar cerca de una de las "supercomputadores" de aquellos tiempos, era emocionante. Me imagino cuando viajes en alguna nave a la que le hayas diseñado alguna parte.

A todo esto : ¿Cómo ve eso de los OVNIS=, ¿como "competencia desleal"?

Un saludo y buenos vientos...

Miguel

No, no, la ROE no es ya un problema. Tu has sido quien ha limpiado el cristal con el que miraba las antenas. Ahora todo esta claro. Salvo una cosa, si tuviéramos unas antenas con un ground perfecto mediríamos un SWR de 10 con lo que entonces habría un problema de conexión a la línea (no creo que el amplificador admitiese ese valor, a veces me escupe algunas antenas con SWR de 4). Podría usar entonces la parte reactiva de la antena para adaptarla? Quiero decir, variando la longitud de la antena pierdo la resonancia, pero podría servirme para disminuir el SWR?
Y otra cuestión. Si tenemos 5 Ohmios de Rrad y medimos una Ra de 50, la eficiencia es de un 10%, con lo que perdemos 10 dB en TX. ¿Ocurre lo mismo en RX? ¿Pierdo 20 dB en total?

Tenemos un radar recién instalado y funciona bastante bien. Llegamos a mas de 100 km de distancia. Te mando la componente radial de las corrientes medidas desde K.... Para la siguiente semana tendremos el otro site instalado y te mandare corrientes marinas en 2D.


Un abrazo.

PD: Mr G..., que está aquí conmigo, te pregunta por medio de mi cuál es el efecto de tener las antenas un metro por encima del plano conductor. En K... las antenas están conectadas al suelo mediante una barra metálica clavada un metro. Es roca fea pero al final del agujero hay una arcilla húmeda por el océano, donde se crea el plano conductor. He intentado explicárselo por mis medios pero no parece confiar en mi (como buen alemán es también tozudo) y te prefiere a ti. Anda, que si te sale un trabajillo a distancia como consultor antenero...

Hola J...:


Me alegro que lo de la ROE ya no sea problema.
Que una antena presente una impedancia diferente de la de los alimentadores es la situación normal y la adaptación se hace necesaria casi siempre. Justamente eso que vos pensás es lo que habitualmente hacemos con las antenas móviles con bobina de carga y whip ajustable: Se deja el whip más largo para que la Zin en la base sea inductiva y se instala en ella un capacitor en derivación a masa para constituir una red adaptadora tipo "L".

Si la señal trasmitida se refleja y vuelve a la misma antena receptora a las pérdidas totales del path tendrás que agregarle las pérdidas de la antena dos veces puesto que en un enlace normal aparece tanto la ganancia de la antena trasmisora como la de la receptora que en este casos son la misma. Yo escribo pérdidas porque tu lo expresas en esos términos, para normalizar los cálculos convendría operar simplemente con la ganancia de la antena que ya incluiría las pérdidas.

Respecto de la antena separada del plano conductor; desde el punto de vista eléctrico hay que considerar el efecto del conductor que conecta el monopolo con ese plano conductor y desde el punto de vista de la radiación lo anterior más las consecuencias que tiene esa configuración en el campo irradiado ya que la antena imagen se encuentra ahora separada por una distancia igual al doble de la que hay entre el plano y el monopolo. Esto último es fácil de modelar en algún NEC. En el "Radio Engineering Handbook" de Terman hay ejemplos de eso. Pero todo esto es válido si realmente se puede considerar al suelo como un aislador bueno, porque si no, el efecto pelicular se encargará forzar a las corrientes hacia la superficie mala conductora. Creo que si pueden conseguir una versión con motor NEC4, en el se podría modelar con radiales enterrados para simular el efecto. Yo no tengo NEC4, para mi uso como aficionado me ha bastado el ELNEC que es un Mini NEC. El  NEC2 que me comentaste lo tengo de ese mismo sitio que me pasaste, lo que no pude encontrar es un pequeño .exe que venía con el NEC WIN PLUS Demo que permitía emplear elementos con diámetros variables.
Tampoco pude dar nunca con un "Micro Smith" de la ARRL que es medio estándar para sacar resultados sobre el ábaco. En fin, esas son las cosas que SI compra el dinero...

Saludos

Miguel Ghezzi LU 6ETJ

Muchas gracias por este ultimo mail. Mi estancia aquí llega a su fin, y el próximo jueves 5 vuelo de vuelta para España y de ahí a Francia a empezar el curso. El segundo radar funciona después de mucho trabajo. Te mando unas fotos de la ultima instalación:

9: Detalle del radar W... en plena celebración por haber terminado la instalación.
67: Foto del array receptor desde las antenas transmisoras. Al fondo pueden verse algunas de las instalaciones militares, radares de alta potencia (hasta 2 GW) para detección de basura orbital, de control de satélites y otros objetivos de dudosa moral como bien procede a los militares (Nota de MG: Esta foto no la incluí).
73: Detalle del array receptor desde el contenedor.
74: Yo ajustando la ultima antena (después de muchas horas de trabajo)
63: Foto de G... y yo  hablando frente el contenedor que contiene el radar.
64: Haciendo el idiota en el array de transmisión.



Falta ahora adquirir datos y correlacionarlos con los datos obtenidos del primer radar en K... y obtener corrientes en 2D. Espero antes de irme tenerlas y te las mando (por si algún día navegas por aquí...)


Esto es todo. Gracias otra vez. Saludos.