Autor Tema: Trampas para antenas, calculo y fabricación  (Ledo 2111 veces)

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Trampas para antenas, calculo y fabricación
« en: Diciembre 05, 2017, 07:09:24 pm »
Hola,

Por un tema que tengo entre manos, me ha tocado lidiar con trampas.
Nunca antes había trabajado con ellas, así que me toca ir empezando desde el principio.

Se trata de una Yagi tribanda, con dos trampas por cada brazo, para poder operar en 14, 21 y 28 MHz.
El modelo está ya hecho en 4NEC2, incluyendo los diámetros de los tubos, material (aluminio), etc.
Por lo tanto ahora toca pasar del simulador a la realidad.

En teoría hace falta dos modelos de trampas:

A.- 15pF / 2.146uH 
b.- 10.4pF / 5.497uH

En ambas trampas el Q es 100 según el simulador.

Por razones mecánicas de diseño los tubos serían de 25mm el mayor, y supongo que 16mm el menor.
Como dieléctro he pensado en Teflón (PTFE) ya que es un buen material, soporta temperatura, etc.

Y ahora empieza el trabajo.
¿Que medidas necesito con esos materiales para lograr 10.4 y 15 pF?

Continuará...
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Re:Trampas para antenas, calculo y fabricación
« Respuesta #1 en: Diciembre 05, 2017, 07:23:01 pm »
Para que se sepa por donde van mis tiros...
Sería algo como esto, aunque no exactamente igual:

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Re:Trampas para antenas, calculo y fabricación
« Respuesta #2 en: Diciembre 06, 2017, 06:58:06 pm »
Siguiendo con el tema, el siguiente paso fue averiguar la fórmula para calcular la capacidad del condensador formado por dos tubos, uno dentro del otro, con algún tipo de aislante (dieléctrico).

Buscando por aquí y por allá, encontré la formula:

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Pero hay que tener en cuenta un detalle que no siempre está bien explicado.
Por ejemplo, si quiero usar Teflón como dieléctro, la permeabilidad del Teflón es 2.1, pero eso es permeabilidad relativa εr. Y en la fórmula hay que poner permeabilidad ε, para eso hay que multiplicar por ε0 que equivale 8.85

ε = ε0 * εr
ε = 8.85 * 2.1 = 18.585

Podríamos ver la fórmula de esta otra manera:

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También encontré varias calculadoras en línea, aunque alguna no tiene en cuenta lo explicado antes y el resultado puede ser engañoso:

https://www.ajdesigner.com/phpcapacitor/cylindrical_capacitor_equation.php

Hay otras calculadoras que sí tienen en cuenta el detalle de la permeabilidad:

https://www.vcalc.com/wiki/TylerJones/Capacitance+of+a+Cylindrical+Capacitor

Con esa información ya puedo tener una idea de que medidas necesito.
Partiendo de la base de usar un tubo de 16mm, el otro de 25mm (realmente es menos pues hay que tener en cuenta la pared del tubo), Teflón como dieléctro, y sabiendo que necesito unos 10pF y 15pF ya puedo imaginarme las dimensiones:

10pF ---> 4cm de solapamiento de los tubos

15pF ---> 6cm de solapamiento de los tubos

Ahora toca cortar y preparar unos trozos de esos tubos, preparar un casquillo de Teflón, y conectarlo al medidor de LC a ver si acertamos o no.

Por favor, si me he equivocado en algo decírmelo. O si veis que está correcto, pues también agradezco la confirmación.

Gracias

73, Máximo - EA1DDO




« ltima modificacin: Diciembre 06, 2017, 10:24:25 pm por EA1DDO »
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Re:Trampas para antenas, calculo y fabricación
« Respuesta #3 en: Diciembre 08, 2017, 05:45:02 pm »
Hola,

Ahora estoy empezando con el tema de las bobinas.
Parto de la base que conozco la reactancia necesaria, y pretendo usar un alambre de aluminio de 5mm de diámetro.
También tengo unos espaciadores especiales para éste alambre, dejando otros 5mm entre espira y espira.

Como las trampas son para 28 y 21 MHz, necesito saber que Q sería adecuado, para no tener muchas pérdidas pero al mismo tiempo obtener el ancho de banda necesario para cubrir un mínimo de 300 KHz en cada banda.

Estoy guiándome por el magnífico artículo de Armando - EA5ND, pero aún no tengo claro todo ésto... ::)

73, Máximo

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Re:Trampas para antenas, calculo y fabricación
« Respuesta #4 en: Diciembre 09, 2017, 11:22:05 am »
Vaya Máximo. Veo que te lo has trabajado.
La longitud de los tubos depende de la separación física de los mismos y del tipo de aislante que emplees en cuanto a su constante dieléctrica. El teflón que tu quieres emplear tiene una constante de 2'1, el PVC de fontanería, 3, el polietileno, 2'3 y así sucesivamente.
 El Q de 100, me parece un poco bajo.
De todas maneras, fíjate mejor en la relación L/C que es aconsejable que sea igual o mayor de 90000-
Eso lo consigues con una reactancia de la bobina (o capacidad ) de 350 o más, para 28'500 MHz (si quieres llegar a 29'7 MHz.

En mi página WEB  http://www.ea5nd.com tienes calculadores de trampas, condensadores cilíndricos, bobinas  y más , hechos por mi.

El colega XQ2CG tiene una página muy interesante y trabajada. www.sergiozuniga.cl. No te pierdas el artículo "Midiendo trampas para antenas (resonancia en paralelo)" al que llegas con este árbol:
Desde página de inicio-Radioaficion-XQ2CG-Trampas para antenas- Midiendo trampas para antenas (resonancia en paralelo).
Busca una foto en la que se ve un conjunto de trampas de 10 y 15 mts despiezadas que te pueden dar ideas de construcción. Ten en cuenta que el fabricante de este tipo de bobinas (dos que parecen una) diseña la trampa de 10 para que al servir como carga para 15, anule el radiador que debería haber entre las dos trampas.
Ya contarás como progresas en tu proyecto.
Suerte

Armando
EA5ND


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Re:Trampas para antenas, calculo y fabricación
« Respuesta #5 en: Diciembre 10, 2017, 03:17:54 pm »
Hola,

Armando, muchísimas gracias por tu ayuda.

No conocía tu página. Tiene muy buenas cosas.
Ya me he bajado el Excel para las trampas. Aunque es pensando en dipolos, supongo que se puede usar igualmente para Yagi.

Voy a internar diseñar las trampas esas, con tu ayuda, a ver que sale.
Por que el papel... todo lo aguanta, pero luego pasarlo a la realidad, ya uno se da con los temas mecánicos y no es tan fácil.
Por ejemplo, si uso tubo de 25 y 16mm, la capacidad se alcanza con muy poco solapamiento, por lo que mecánicamente no sirve ya que es el soporte del elemento.
Voy a probar con tubo de 30mm y 16mm por el interior, a ver si así logro mayor solapamiento.

Y luego la bobina, y el Q, la relación L/C, etc.

Hay que cuadrarlo todo.

A todo esto, también he visto los vídeos que tienes en tu página. Muy buenos, muy bien presentados, espectaculares.
Ayer mismo aprendí algo, con el de la L invertida.
Yo sabía que era importante mantener la parte vertical lo más larga posible, pero no sabía la razón. Ahora ya lo se, y es que la parte horizontal se anula con el espejo.
Muy bueno, pero no había caído en cuenta.

Muchas gracias

73, Máximo - EA1DDO
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Re:Trampas para antenas, calculo y fabricación
« Respuesta #6 en: Diciembre 11, 2017, 12:54:46 pm »
Me alegro de que te guste la página. Aún tengo que hacer algunos pequeños ajustes y por supuesto, mantenerla viva.
En lo que respecta a las trampas, efectivamente la teoría sirve para todas las antenas. El problema como tu dices, es la mecánica.

Saludos y aquí estoy para lo que quieras
Armando

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Re:Trampas para antenas, calculo y fabricación
« Respuesta #7 en: Diciembre 11, 2017, 02:35:30 pm »
Hola,

Estoy pensando sobre el tema mecánico de las trampas.
Yo quería hacer unos casquillos de Teflón, y poner la bobina "al aire", separada del elemento, más o menos como las bobinas que son cargas (no trampas).
Más que nada para mantener todo alejado de la bobina y que no le afecte para mal, así como dejar que el aire corra entre las espiras, para que no se recaliente con potencia, etc.



Pero lo que en mi pensamiento suena bien, ahora me doy cuenta que en la práctica puede no ser buena idea.
Lo digo por que veo que cualquier mínima cosa hace variar la capacidad del condensador, y el valor de la bobina, y cualquier pequeña variación esos valores puede desviar bastante el punto de resonancia de la trampa, ancho de banda, etc.

Claro, si lo dejo al aire, la lluvia por ejemplo afectaría al condensador al meterse entre los tubos y el casquillo.
Lo mismo la bobina, cualquier movimiento (viento, pájaros, etc.) también afectaría.

Ahora entiendo la razón por las que todas las trampas llevan esos casquillos plásticos fundidos con los tubo, en caliente, para que no se muevan. y las bobinas también van sobre unas formas rígidas. eso si no van directamente todo metido dentro de un tubo, más o menos estanco.



Así que, primero tengo que calcular unos valores adecuados, y luego ver como llevarlo a la práctica con una mecánica eficiente.

Gracias

73, Máximo - EA1DDO
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Re:Trampas para antenas, calculo y fabricación
« Respuesta #8 en: Diciembre 12, 2017, 09:34:18 am »
Hola Máximo

Mira esta página.

https://ea4dcu.jimdo.com/montajes/antena-10-15-y-20-m/

Te puede servir

Saludos

Armando

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Re:Trampas para antenas, calculo y fabricación
« Respuesta #9 en: Diciembre 25, 2017, 07:43:46 pm »
Hola Armando, y los demás lectores,

Primeramente, Felices Fiestas.

Aprovechando las vacaciones, entre evento y evento familiar... pues he sacado un rato para seguir con las trampas.

Estoy usando la herramienta Excel de EA5ND para trampas, para calcular los valores adecuados.
Y el programa Coil32, para a partir de los valores obtenidos antes, encontrar la mejor forma, básicamente diámetro, largo, separación espiras, etc.

Siguiendo las recomendaciones de Armando, en su herramienta he dejado la reactancia a 400.
El alambre sigue siendo el mismo, de 5mm de diámetro de aluminio.

Los valores obtenidos son:

Frecuencia del circuito: 21,199 MHz
Inductancia del circuito: 3,003 µH
Capacitancia del circuito: 18,77 pF
Impedancia caracteristica: ρ = 399,987 Ohm

Frecuencia del circuito: 28,499 MHz
Inductancia del circuito: 2,234 µH
Capacitancia del circuito: 13,96 pF
Impedancia caracteristica: ρ = 400,036 Ohm


El Q me lo proporcionan ambas utilidades y aunque no coinciden, ambos están por el 1000, entre 800 del Excel a 1400 del Coil32.
Así que me parece suficiente, mucho mejor que el Q=100 al principio de la simulación.

Luego, el Coil32 te avisa cuando: la Frecuencia de trabajo > 0.7 * Frecuencia de auto-resonancia de la bobina
Eso me ha dado un poco de trabajo pues yo quería dar más diámetro a la bobina, unos 100mm, pero cuando paso de 60mm aproximadamente me salta el aviso ese de la auto-resonancia ya que baja en frecuencia y se va aproximando a la frecuencia de trabajo, y claro, no quiero que pase eso.
Pero al mismo tiempo, me gustaría darle las proporciones esa de d = L x 1.4 pero me baja la frecuencia de auto-resonancia.
Total que no he podido encontrar la manera de cumplir con ambas cosas, una me afecta a la otra, así que de momento lo he dejado ahí.

Por lo demás creo que va por buen camino.

La de 28.5 MHz

Inductancia de la bobina 2,234 µH
Diametro de la forma D: 60 mm
Diametro de hilo d: 5 mm
Diametro de alambre con el aislamiento k: 5 mm
Paso entre espiras p: 10 mm
Frecuencia de trabajo 28,499 MHz
Longitud de la bobina l: 81,406 mm
Alambre longitud sin fines 1,562 m
Peso de alambre: 272,961 g
Reactancia de la bobina: 400,036 Ohm
Numero de espiras de la bobina: 7,641

Autocapacitancia: Cs = 2,089 pF
Frecuencia de auto-resonancia de la bobina: Fsr = 41,42 MHz
Constructivo factor Q de la bobina: Q = 1449 (Material de los hilos: Aluminio)
Resistencia de la pérdida: ESR=0,276 Ohm

------------ Resultados adicionales para circuito LC paralelo -------------
=> Capacitancia del circuito:: Ck = 11,871 pF
=> Impedancia caracteristica: ρ = 400 Ohm
=> Resistencia equivalente Re = 236,689 kOhm
=> Ancho de banda: 3dBΔf = 48,168 kHz


La de 21.2 MHz

Inductancia de la bobina 3 µH
Diametro de la forma D: 62 mm
Diametro de hilo d: 5 mm
Diametro de alambre con el aislamiento k: 5 mm
Paso entre espiras p: 10 mm
Frecuencia de trabajo 21,2 MHz
Longitud de la bobina l: 97,146 mm
Alambre longitud sin fines 1,942 m
Peso de alambre: 339,367 g
Reactancia de la bobina: 399,611 Ohm
Numero de espiras de la bobina: 9,215

Autocapacitancia: Cs = 2,245 pF
Frecuencia de auto-resonancia de la bobina: Fsr = 35,281 MHz
Constructivo factor Q de la bobina: Q = 1350 (Material de los hilos: Aluminio)
Resistencia de la pérdida: ESR=0,296 Ohm

------------ Resultados adicionales para circuito LC paralelo -------------
=> Capacitancia del circuito:: Ck = 16,542 pF
=> Impedancia caracteristica: ρ = 400 Ohm
=> Resistencia equivalente Re = 229,561 kOhm
=> Ancho de banda: 3dBΔf = 36,904 kHz


Y aquí es donde estoy.
Espero comentarios y sugerencias.

Muchas gracias

73, Máximo - EA1DDO
« ltima modificacin: Diciembre 25, 2017, 09:45:02 pm por EA1DDO »
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