Como construir una antena Helical de Polarización circular

  

Autor: Sircana

http://www.circular-wireless.com

Información adicional añadida por www.desdeelairerc.es

Resumen de medidas

900Hz 

Diámetro de los hélices: 10.16  tubo de 8.64cm -15%

Distancia entre hélices:8.18 cm

Largo del cañón de la antena:57.26 cm7vueltas

Reflector:33.11 cm

 

1.3GHz 

Diámetro de los hélices: 7,15cm

Distancia entre hélices: 5,75cm

Largo del cañón de la antena: 40,25cm (7 vueltas)

Reflector: 23,28cm

 

2.4GHz

Diámetro de los hélices: 3.81cm  tubo de 3.34cm -15%

Distancia entre hélices: 3.06cm

Largo del cañón de la antena: 21.42cm (7 vueltas)

Reflector:12.41 cm

 

5.8GHz

Diámetro de los hélices: 1,58cm

Distancia entre hélices: 1,27cm

Largo del cañón de la antena: 8,89cm (7 vueltas)

Reflector:  5,13cm

 

Podemos duplicar el tamaño del reflector para ganar unos cuantos dbs adicionales.

La ganancia depende de la cantidad de vueltas (a mas ganancia, mas directiva es la antena):

3 vueltas = 7 dbi

4 vueltas = 8.5dbi

5 vueltas = 9.5 dbi

6 vueltas = 10.5 dbi

7 vueltas = 11.25 dbi

12 vueltas = 12.5 dbi

 

MATERIALES

- Metacrilato blanco de 3mm, Metacrilato transparente de 2mm: Ambos se encuentran fácilmente en cristalerías o almacenes de plásticos.

- Barra de metacrilato de 10mm: Algo más difícil de encontrar, las venden por ejemplo aquí.

- Tubo capilar de cobre de 2.45mm: Yo lo compré en Salvador Escoda. Son unos almacenes de refrigeración y ventilación con puntos de venta por toda España.

- Lámina de cobre adhesivo: La compre aquí.

- Plancha de cobre de 0.5mm para el triángulo de adaptación: Pues no sé donde se compra, porque me dieron unos retales en el laboratorio…

- Tornillos de plástico de métrica 3: En cualquier tienda de componentes electrónicos. Es importante que sean de plástico, ya que se encuentran justo en la dirección de radiación.

- Tornillería metálica: En Leroy Merlin.

- Conector SMA de chasis: en cualquier tienda de componentes electrónicos, o en el sufrido Ebay.

 

 La antena helical es una de las mejores antenas direccionales de polarización circular. Después del estupendo tutorial de catamar sobre la antena utilizada en su record de 30Km (gracias catamar por animarme a hacer este tutorial ), me decidí a construir una, realizando diversas pruebas sobre materiales y técnicas de construcción, así como sobre los distintos métodos de adaptación de impedancias. El resultado de esas pruebas es la antena de este tutorial, muy ligera pero razonablemente robusta.


La antena helical es enormemente tolerante. Se puede variar ligeramente el diámetro o el paso de la hélice sin afectar apenas al rendimiento (aunque sí que es importante la uniformidad), y la longitud o número de vueltas determinarán la ganancia de la antena. He optado por construir un modelo de 6,5 vueltas, con una ganancia aproximada de 11dB, que es más que suficiente para “el común de los mortales” , tiene un ancho de haz de 60º, lo que facilita apuntarla hacia el avión, y es un buen compromiso entre ganancia y tamaño de la antena. Duplicar la longitud y el número de vueltas supondría un incremento en la ganancia de solamente 3dB, por lo que para conseguir una antena con el doble de alcance (6dB más, es decir 17dB) habría que hacerla de 26 vueltas, con un metro y medio de largo. En mi caso he optado por un diámetro de hélice de 72mm, con un paso de hélice de 57mm, lo que da un ángulo aproximado de 14º. 

En cuanto al método para adaptar la impedancia de la antena (IBCrazy explica perfectamente en este hilo todos los métodos posibles), he optado por el transformador de Hecker, porque es el único que da siempre el mismo resultado, sin requerir ajustar la antena midiéndola con un SWR o un analizador de redes. He comprobado que pequeñas variaciones físicas en los otros métodos afectan enormemente a la impedancia.

La antena del tutorial es para la banda de 1200-1360MHz (y de polarización circular a derechas, RHCP), ya que no existen en el mercado antenas helical comerciales para esa banda. Para 2.4GHz creo sinceramente que no merece la pena construirla, ya que existen opciones comerciales a precios asequibles (las mejores las de Luxul).

Para que no suceda lo mismo que pasó hace algunos meses, con el cierre del hilo sobre el pedido conjunto de la Skew Planar Wheel, voy a evitar ofrecerla públicamente. No obstante, si hay alguien interesado en que le construya una, le invito a contactarme por privado.

 

 

  1. Cortamos en metacrilato de 3mm blanco un círculo de 220mm de diámetro. Esto será el soporte de nuestro reflector. Le hacemos un taladro central de 4mm que servirá para la tuerca soporte de la antena. Trazamos un círculo centrado de 72mm de diámetro, y marcamos un triángulo equilátero con vértices en las 12, las 4 y las 8. En esos tres vértices hacemos taladros de 4mm. En el punto de las 3 hacemos los taladros correspondientes al modelo de conector elegido.

 

 

 

  1. Cortamos un trozo de cobre adhesivo suficiente para cubrir el círculo.

 

 

  1. Forramos el círculo, recortando el sobrante y los taladros.

 

 

 

  1. En este caso el conector elegido es un SMA macho de fijación por 4 tornillos de métrica 2.5, para poder conectar directamente el receptor. Se podría utilizar un conector hembra y un latiguillo SMA macho – SMA macho para conectar la antena al receptor. El tornillo y tuerca de métrica 4 son el soporte de la antena, aunque no es necesario que estén centrados, ya que se puede situar el soporte en la periferia del reflector.

 

 

 

  1. Montamos el conector y el tornillo de soporte.

 

 

 

 

  1. Es interesante asegurar la continuidad entre el exterior del conector SMA y el plano conductor del reflector, con cuatro puntos de soldadura, pero teniendo la precaución de no cortocircuitar con el pin central del conector.

 

 

 

  1. Cortamos en metacrilato transparente de 2mm la pieza de soporte del extremo de la estructura. Lo importante es que los 3 taladros (de 3mm) estén equidistantes sobre una circunferencia de 72mm de diámetro (a las12, alas 4 y a las 8). La forma exterior es irrelevante, aunque interesa “tapar” lo menos posible a la hélice, ya que esta pieza está justo en la dirección de radiación.

 

 

 

  1. Cortamos 3 piezas de barra de metacrilato de 10mm de 381mm de largo. En un extremo de cada pieza realizamos un taladro centrado de 2.5mm y 8mm de profundidad. En el otro extremo realizamos un taladro centrado de 3.5mm y15 mmde profundidad.

 

 

 

  1. Utilizando machos de roscar de métrica 3 y 4, hacemos el paso de rosca de los taladros de ambos extremos.

 

 

 

  1. Es importante comprobar que el tornillo de métrica 4 de 16mm entra sin forzar, así como el tornillo de plástico de métrica 3 de 8mm.

 

 

 

11. Forramos las barras de metacrilato con cinta de pintor, y realizamos las marcas de mecanizado. Contando desde el extremo del reflector, las medidas son:

Barra 1: ranura entre 15 y 30mm, taladros a 72, 129, 186, 243, 300, 357mm.
Barra 2: taladros a 34, 91, 148, 205, 262, 319, 376mm.
Barra 3: taladros a 53, 110, 167, 224, 281, 338mm.

 

 

 

 

  1. Para hacer la ranura, se hacen dos taladros de 2mm en ambos extremos, y se pasa una sierra de marquetería por uno de ellos, cortando el metacrilato hasta llegar al otro taladro. Después se repasa con lima.

 

 

 

  1. Para hacer los taladros, montamos una cuña de 14º. El taladro final es de 3mm, pero es muy recomendable empezar con broca de 2mm, después 2.5 y finalmente 3mm.

 

 

 

  1. Aspecto final de las 3 barras mecanizadas, con los tornillos M4 y arandelas de fijación al reflector, y con la estrella de metacrilato y los tornillos de plástico M3 de soporte de los extremos.

 

 

 

  1. Aspecto del reflector y estructura de soporte ensamblada.

 

 

 

  1. Cortamos aproximadamente1,5 metrosde tubo capilar de cobre de 2.45mm, y lo enrollamos sobre tubería de PVC de 70mm, respetando el paso de la hélice de 57mm, para darle forma.

 

 

 

  1. Lo introducimos a través de los taladros de la estructura de soporte. Si le hemos dado la forma previa correctamente, debería entrar con suavidad, casi como si lo enroscáramos.

 

 

 

 

  1. Comprobamos la concentricidad y uniformidad.

 

 

 

  1. Cortamos de una chapa de cobre de 0.5mm el triángulo de adaptación de impedancia. Es un triángulo rectángulo de catetos 114 y 28,5mm.

 

 

 

  1. Lo curvamos sobre un trozo de tubo de PVC de 70mm para darle forma.

 

 

 

 

  1. Introducimos el triángulo por la ranura, y soldamos el ángulo correspondiente al pin del conector, con cuidado de no cortocircuitarlo con el plano conductor del reflector.

 

 

 

  1. Soldamos la punta del triángulo al extremo del conductor de la hélice, de tal forma que la hipotenusa del triángulo sea una prolongación perfecta de la hélice.

 

 

 

 

  1. Aspecto de la antena terminada. La cuadricula de fondo es de 5cm, es decir, que la antena mide aproximadamente 40cm de largo.

 

 

 

  

Autor: Sircana

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