Balum Magnético antenas de hilo

Después de muchas pruebas, en este post, quiero resolver las dudas de muchos colegas sobre el tema de alimentar nuestro ya famoso "hilo invisible" o "CDV Spyderman Beam".
Para ello existen mil maneras y más de hacerlo del modo correcto:

- Usando un acoplador remoto externo.
- Usando un acoplador remoto externo + un balun magnético.
- Usando un balun magnético solamente acoplando con el equipo de HF.

En este post, voy a tratar la última opción.
Lo común en todas las configuraciones enumeradas, es que si no queremos tener fuertes retornos de RF en el cuarto de chispas, debemos de conectar a tierra (tubería de calefacción) el equipo por un lado con su cable en el tornillo de tierra, la fuente de alimentación (su negativo directamente a tierra), y si fuera posible el negativo de nuestro balun magnético, o acoplador automático remoto (vivo al hilo invisible, masa a tierra). Si no hacemos esto, al ser un sistema desbalanceado (como un dipolo que le falta una rama), cuando emitimos, parte de esa RF nos vuelve al equipo. Esto hace que nos interfiera el ordenador, que si tocamos el chasis del equipo notemos que nos quemamos, y que fácilmente hagamos interferencias en los altavoces, TV, tfn, y demás aparatos del QTH, con lo cual, nos interesa solventar este inconveniente con una toma de tierra aislada, que no sea la del edificio. En su defecto, si no hay tubería de calefacción a mano, podemos usar unos cuantos radiales, o sino, unas bobinas hechas con 20m de hilo bobinado sobre tubo de PVC o similar. Estas contraantenas, nos facilitarán las cosas. En mi caso, conecté el negativo de la fuente de alimentación, con un cable de 2mm, directamente al tubo de cobre de la instalación de calefacción. También hice lo mismo con el tornillo de masa (GND) que trae el equipo detrás. Con esto, se elimina el 90% de los retornos de RF en el cuarto de chispas, pero no 100% del todo. Añadiendo un balun 1:1 o un choque de RF seguidamente a nuestro balun magnético, eliminaríamos también, parte de esa indeseable RF.

Otra de las claves del éxito del hilo invisible y del balun, es que el equipo ha de estar lo más próximo al balun, para evitar al mínimo, que el cable coaxial que une el equipo y el balun, radie RF. Este cable está preparado para una impedancia de 50 ohm (al igual que el equipo de HF), y probablemente nuestro balun en ciertas bandas no nos proporcione esta impedancia, con lo cual, dicha desadaptación hará que ese trozo de cable radie RF. Sin embargo, si ese cable es corto (menos de 2m), y acoplamos con el equipo, no tendremos problemas significativos de desadaptaciones. Desconozco científicamente el porque, pero funciona así. Si por el contrario, nuestro equipo dista más de 2m del balum, existe la posibilidad de poner un acoplador remoto lo más cercano al balun, conectarle el tornillo de masa que he explicado antes, y ya desde el equipo de HF al acoplador remoto cualquier longitud de cale coaxial de 50 ohm. Estas ideas son muy importantes a la hora de instalar nuestro hilo invisible, si queremos que el invento funcione y rinda. Por supuesto, en mi caso estoy hablando de un hilo invisible que sale prácticamente desde la ventana del cuarto de radio.

Aclarados estos conceptos previos a la instalación, pasamos a otro de los dilemas que nos rompen el coco a muchos cacharreadores natos.. ¿Qué material de toroide usar?, ¿cuántas vueltas de hilo?, ¿qué toroide usar?, ¿qué grosor de hilo para el bobinado?, etc... Después de mucho investigar, y leer páginas y páginas en inglés he llegado a varias conclusiones a tener en cuenta. Vamos allá:

¿Qué toroide usar?.
Toroide Ferroxcube 4C65, sin duda!. Estamos hablando de cubrir de 160m a 6m de forma contínua, con lo cual, este material es el que más rango de frecuencias cubre. Hay otros materiales de amidon muy parecidos, pero con tan amplio rango de frecuencias admisibles no. Existen materiales que cubren muy bien de 80m a 15m, pero no el amplio rango del 4C65. Así que si tienes dudas, ya sabes, asegura la jugada con este toroide. La medida que uso es la de 36mm de diámetro, que bobinada con cable de 1,2mm aguanta tranquilamente 500w de pico, y unos 250w de portadora contínua sin deteriorarse. Para usar más potencia, simplemente apilamos más toroides y bobinamos con cable más grueso. En la mayoría de los casos que todos usamos 100w, sin problemas, sin calentamientos de ningún tipo. Quedan totalmente descartados los toroides de las fuentes de alimentación, ya que están preparados para frecuencias muy bajas. Funcionar, funcionan si no hay otra cosa, sobre todo en recepción, pero en transmisión se calientan en exceso, con las consiguientes pérdidas de RF por calor. Las leyes de la física son así, si el toroide se calienta, algo está fallando, la energía ni se crea ni se destruye, simplemente se transforma. Y si tenemos 100w de salida, y el toroide se pone incandescente, es que ese calor viene dado por parte de la energía que debería ser radiada, y no lo está haciendo. De todas formas, en recepción, si es posible utilizar casi cualquier toroide, y si es de ferrita pura mucho mejor, pero en transmisión la cosa cambia mucho. Lo dicho; 4C65, y no nos compliquemos más.

¿Cuántas vueltas debemos dar?.
La respuesta correcta sería, cuantas menos vueltas, mejor!. En mi caso, uso 7 vueltas en vez de las 9 recomendadas. Según los gurús de USA en cuanto a baluns se refiere, es lo que comentan. Desconozco el motivo científico, y con tanta fórmula me pierdo, pero es así. La idea principal es transformar la alta impedancia de la antena (500 ohm +-), en baja impedancia (50 ohm). Esto son las medidas "ideales" del sistema, pero todos sabemos que un hilo de X longitud, tiene distintas impedancias según la frecuencia de uso, con lo cual, una cosa son las medidas de "laboratorio", y otras las reales. En algunos casos nuestro balun, nos bajará a 50 ohm exactos, a 1.1 de roe, y en otros no tanto. No hay problema, esa adaptación fina, nos la hará el acoplador de antenas del equipo, o el externo. Si se produjera una ROE de 1.1 en todas las bandas, y 50 ohm.... mal asunto, algo falla seguro!!. El balun nos debe ayudar a transferir nuestra RF (a 50 ohm), a la antena de hilo (500 o más ohm), con las mínimas pérdidas posibles. Por lo tanto, usaremos 7 vueltas trifilares, de hilo de cobre esmaltado de 1,2mm esparcidas de forma uniforme por todo el toroide. Con estas 7 vueltas obtendremos en laboratorio una roe de 1.1 a 1.7 y entre 40 y 60 ohm desde la banda 160m, hasta la de 6m. Al insertar, una restistencia de 450 ohm como antena ficticia, nos divide la impedancia de la antena entre 9, y obtenemos los 50 ohm tan deseados por nuestro equipo, y donde entrega los 100w de potencia. La transferencia de energía en este caso ideal, es de casi el 100% de la RF si nuestro hilo tiene 450 ohm, ya que las pérdidas de inserción del balun son unos 0,8dB, osea, prácticamente insignificantes. Logrando tranferir, y radiar nuestros 100w casi al completo. Siempre y cuando, la toma de tierra sea también eficiente, claro. Si quisiéramos hacer un balun con mejor respuesta para 40m 80m y 160m deberíamos añadir más espiras al toroide (un total de 9 o 10 vueltas según el caso), si por el contrario, quisiéramos optimizar las bandas de 30m a 6m, deberíamos quitar vueltas (dejando unas 4 o 5 nada más). Esta idea, nos da la libertad de optimizar nuestro balun para la frecuencia deseada. En mi caso, como lo uso multibanda, uso 7 vueltas buscando el compromiso y mejor comportamiento en todas las bandas de HF. Otra buena idea es hacer 2 balun, uno optimizado para bandas altas, y otro para las bandas bajas, pudiendo comutarlos según el caso y las necesidades. O un balun para un hilo, y otro balun para otro hilo según las bandas deseadas a trabajar.

Esquema balun magnético


Como podrás observar en la gráfica, éstas son las medidas tomadas en "laboratorio" con una resistencia no inductiva de 450 ohm. Para ello he utilizado el medidor SARK100 de nuestro colega Melchor EA4FRB, autoconstruido por mí. La respuesta es casi plana en todas las bandas de radioaficionado, aunque lógicamente en los extremos (160m y 6m), cambia un poco, pero quizá esa pequeña desadaptación, nos pueda ayudar en ciertos casos con nuestro hilo en un escenario real. Esta respuesta tan plana, y en tan amplio rango de frecuencias, es debido al material del toroide Ferroxcube 4C65 y su baja permeabilidad (125). Muchos toroides dan similaes medidas, pero en transmisión se calientan perdiendo sus propiedades y modificando imprevisiblemente la SWR y Z entre otras variables. Recordar que todo calentamiento, es igual a pérdida de potencia.

Gráfica representando SWR e Impedancia (Z) con 7 vueltas y carga de 450 ohm, con plano de tierra usando la ínstalación de cobre de la calefacción.


Gráfica representando SWR e Impedancia (Z) con 7 vueltas y carga de 450 ohm, sin plano de tierra.


Continuará....