También se publicó y Hans tradujo al inglés en su web de QRP-Labs:
https://qrp-labs.com/ultimate3/u3info/antcomp.html
Espero sea de interés y de utilidad.
Introducción:
Todo
radioaficionado que se precie, siempre pretende llegar lo más lejos
posible o con la mejor señal, y de ello depende en mayor medida la
instalación del sistema radiante.
Queremos siempre
tener la mejor antena posible dentro de nuestras limitaciones;
económicas, de espacio, de permisos etc… Y para ello nos valemos
de nuestros conocimientos sobre antenas para realizar la mejor
instalación o la que más se adapte a nuestro QTH y circunstancias.
Con las
herramientas de diseño de antenas que existen hoy en día, como el
Eznec, el Mna y demás, se pone a nuestro alcance un mundo de
posibilidades. Mediante el diseño por software, podemos adaptar a
nuestras condiciones, la antena más adecuada o que seguramente
rendirá mejor en nuestra ubicación, simplificando así la tarea de
elegir entre unas u otras. Ahorrando en costes y tiempo. Sin duda, un
gran avance tecnológico al alcance de todos hoy en día.
Aun así, siempre
se escucha en nuestras bandas: “…ahora estoy con la antena 1,
ahora con la antena 2…¿Cuál te parece que va mejor?”. Todo un
clásico en la radio afición. A pesar de haber diseñado y emulado
dichas antenas, la duda siempre está ahí. ¿Cuál funcionará
mejor?. Y es que cuando ponemos a la señora propagación de por
medio, lo que antes era fantástico, ahora no lo es tanto. O quizá
lo emulado en el ordenador, no se cumple al 100% en nuestra ubicación
por, sabe dios, que motivos. De ahí las susodichas pruebas de
batalla que siempre se hacen.
Lo que aquí
propongo es un sistema de bajo coste, capaz de emitir en cualquier
frecuencia de HF, de manera autónoma (sin ordenador), de forma
automática, y usando las dos antenas que queramos comparar en cada
transmisión. Estas transmisiones son recibidas al mismo tiempo por
cientos de colegas repartidos por todo el mundo. Dichos reportes de
señal son subidos automáticamente a una base de datos de internet,
la cual podemos acceder, descargar, e interpretar cómodamente cuando
queramos.
¿Y si tuviéramos miles de corresponsales por todo el mundo en QRV
las 24h del día, dispuestos a pasarnos un reporte s/r con exactitud?
Los tenemos!, por ejemplo, usando en nuestras transmisiones la
modalidad digital llamada WSPR (whisper). Estos corresponsales suben
a internet de manera automática y en tiempo real nuestros reportes a
una web y su de datos.
¿Y si tuviéramos un aparato de bajo precio, que fuera capaz de
emitir en cualquier frecuencia de HF?. Lo tenemos!! El Kit de QRP
Labs U3 por la friolera de 20€:
Con estos dos
temas técnicos solventados con creces para este proyecto, solo nos
quedaría hacer una cosa, y es que nuestro equipo de HF low cost,
transmita primeramente con una antena, y después con la otra en
ciclos configurables por nosotros. Estos reportes de señal recibidos
por nuestros corresponsales necesitaríamos que estuvieran
almacenados en una base de datos que podamos consultar on-line, o
descargar para su posterior tratamiento.
La sencilla
modificación aquí presentada, logrará que el El Kit de QRP Labs U3
trasmita con la antena que queramos en el momento que queramos según
lo configuremos. Así lograremos un transmisor qrp con dos posibles
salidas de antena que puede transmitir en WSPR, JT9, Olivia, FSK, CW,
QRSS…etc Dado que hoy en día hay muchos radioaficionados que
cuando no usan sus equipos colaboran con la comunidad dejándolos en
QRV en modos digitales, disponemos de una red enorme de posibles
reportes de señal en tiempo real, desde cualquier parte del mundo.
Lo que propongo a
continuación es la construcción de un sistema comparador de dos
antenas en tiempo real, para transmisión, y que esos reportes los
podamos ver al instante en internet, de tal manera que podamos sacar
conclusiones sobre el comportamiento de ambas antenas en una misma
ubicación. ¿Qué antena es mejor? ¿Qué comportamiento tiene una
antena respecto a la otra?, pronto lo sabremos.
Funcionamiento:
Utilizaremos como
base, el kit Ultimate3 diseñado por el amigo Hans y comercializado
por QRP Labs. Este kit fue comentado hace tiempo en esta revista, y
podéis ver una review de la primera versión beta en mi blog:
http://ea1cdv.blogspot.com.es/2013/12/transmisor-autonomo-ultimate-3-para.html
Dado que los
reportes de señal que queremos obtener han de ser lo más exactos
posibles, y poder ser consultados en internet, configuraremos el U3
para su funcionamiento en el modo WSPR que es el que mejor cumple
estos requisitos. Este modo (wspr, o también llamado whisper) se
basa en una transmisión de una sola trama en modulación FSK, que
ocupa un ancho de banda de solamente 1,46hz y que dura 2 minutos
exactos. Esta transmisión está sincronizada exactamente con la hora
mundial, con lo cual nuestro U3 ha de tener esa exactitud de reloj, o
disponer de GPS (muy recomendable, aunque sincronizando el reloj
interno podría funcionar también, pero es más engorroso).
Esas tramas que
emitimos de 2 minutos de duración, contienen encapsulados los
siguientes datos:
Nuestro
Indicativo, nuestro QTH Locator y nuestra potencia de salida en tx.
Al emitir
nosotros, las estaciones receptoras mandan los datos recibidos
automáticamente a la base de datos oficial de WSPR
http://wsprnet.org/drupal/wsprnet/spots
donde filtrando por nuestro indicativo podremos saber quiénes nos
han recibido y con qué intensidad de señal/ruido. Para hacernos una
idea ,intensidades de señal de -30 son señales ínfimas, de -15
medias, de -10 aceptables, y de 0 hasta +10 muy potentes. Con la
mínima propagación y potencia utilizada, en este caso los 150mW del
U3, llegaremos al otro lado del mundo gracias al uso de esta
modalidad. Joe Taylor K1JT, premio nobel de física, inventó el WSPR
y también el famoso modo digital JT65.
Añadido al Kit
U3, utilizaremos el siguiente sencillo circuito auxiliar:
fig1
“Esquema del circuito de conmutación de antenas”
Este circuito, automáticamente, nos permitirá conmutar entre dos
salidas de antena según lo hayamos configurado en el menú propio
del Kit Ultimate U3. Este esquema sencillo de conmutación, también
nos permite, aparte de sistema de comparador de antenas, utilizar
nuestra baliza WSPR con varias antenas según la banda de transmisión
utilizada. Por ejemplo si tenemos un dipolo para 40m y 80m, y una
Cobweb para 6,10,12,15,17 y 20m, podremos configurar el U3 para que
al transmitir en 10, 15 y 20m, por ejemplo, lo haga con la antena 1
(Cobweb en este caso) y con la antena 2, en 40m y 80m con el dipolo
correspondiente. En resumen, podremos emitir en cualquier frecuencia
o en varias de forma secuencial, haciendo QSY de una antena a otra de
forma automática según nos convenga y hayamos configurado
previamente por menú. El Ultimate U3 es capaz de emitir en cualquier
frecuencia entre 100khz y 60 Mhz con una potencia de unos 150mW
(incrementable añadiendo más mosfets y más voltaje). Lo cual es
más que de sobra para que nuestra señal llegue a las antípodas en
la modalidad WSPR.
Montaje
del Circuito:
El circuito es
muy sencillo de montar. Tiene pocos componentes y se puede realizar
sobre una placa perforada de circuito impreso.
Consta de un
micro relé DPDT (5Vdc 2A tipo NA-5W-K), es decir, un relé de doble
disparo que por un lado nos conmutará de una antena a otra, y
paralelamente nos encenderá un led u otro, para de este modo
indicarnos cuál es la antena utilizada en cada transmisión.
Fig6
“Detalle soladuras placa perforada”
Lista de
componentes:
Micro Relé 5Vdc
2A tipo NA-5W-K
2 diodos 1n4148 o
similar
1 transistor
BC548 o similar
1 led rojo
1 led verde
1 condensador de
10uF
1 resistencia de
150 ohm
1 resistencia de
10k ohm
1 trozo de
3cmx2cm de placa perforada
Trozos de cable
fino, estaño, tijeras, soldador…etc
Montaremos
primero el relé sobre un recorte de placa perforada, y
posteriormente el resto de componentes anexos. Los leds irán fuera
de la placa mediante cableado, para así poder mecanizarlos en la
caja donde mejor nos convenga. La placa se alimentará a +5v, y masa
como todo el kit U3. Como se puede observar en el esquema del
circuito, la señal de conmutación del relé viene dada por el punto
marcado en el esquema como PD4. Esta señal viene de la placa del U3,
concretamente de una de las patillas que va al display del kit
(consultar guía de montaje del U3 para más detalles del
comportamiento del mismo). Esta señal PD4, es configurable desde el
menú de configuración individual de cada transmisión del kit U3,
pudiéndole forzar a que en una transmisión nos entregue en PD4 una
señal de 0 (Antena1 activada), o una señal de 1 (Antena2 activada)
según nuestros requerimientos. Estudiando detenidamente el
comportamiento del U3 y las señales PDxx, podríamos sin mucha
dificultad, activar series de múltiples relés, y ampliar aún más
el sistema para otros usos más complejos.
Fig0 “Montaje
completo del sistema comparador de antenas”
Configuración
y puesta en funcionamiento:
Una vez tengamos
el circuito terminado, probado que conmuta, y conectado a la señal
PD4, entraremos en el menú del U3 para configurar nuestras
transmisiones en wspr. (Ver Fig2 y Fig3)
Para mejor
entendimiento plantearé un ejemplo real que yo he utilizado. Este
ejemplo sería válido para cualquier banda que cubra el U3. Antena1
conectada al conector de antena 1, y Antena2 conectada al conector de
antena 2 en nuestro U3 ya modificado con dos salidas de antena.
Quiero comparar
dos antenas para la banda de 40m. Antena 1 es antena monobanda NVIS,
frente a antena 2 que es antena de hilo de 34m de largo en con
acoplador en su base, evidentemente acoplada a la banda de 40m.
Antena1: Entramos en el modo menú del U3, y ponemos la
frecuencia de tx, el modo wspr, el LPF utilizado (4 en este caso), y
el valor de 30db como potencia de salida (Engañará a la web
de reportes de wspr diciendo que estamos utilizando 1w, o sea, antena
1). A la derecha del todo hay un valor que pondremos a 0 (indica
señal 0 en PD4, led verde encendido).
Fig2 “Configuración
del U3 para conmutar antena 1”
Antena2:
Entramos en el modo menú del U3, y ponemos la misma frecuencia
de tx que con la antena 1, el modo wspr, el mismo LPF utilizado en
antena 1 (4 en este caso), y el valor de 33db como potencia de
salida (Engañará a la web de reportes de wspr diciendo que estamos
utilizando 2w, o sea, antena 2). A la derecha del todo hay un valor
que pondremos a 8 (indica señal 1 en PD4, led rojo
encendido).
Fig3 “Configuración del U3 para conmutar antena
2”
Estos valores
marcados en negrita son imprescindibles para que luego al consultar
nuestros reportes en la web, podamos distinguir fácilmente si nos
están recibiendo las transmisiones de la antena 1 o de la antena 2.
En la web de consulta de los datos wspr:
http://wsprnet.org/drupal/wsprnet/spots
, hay un campo que pone “Pwr” y es el valor 30db el que
corresponde con 1w, y 33db con 2w. El valor de 0 u 8 hace que nuestro
PD4 active o desactive nuestro circuito automático de conmutación
de antenas.
Cuando el U3 esté
en modo calibración, o stand by, uno de los leds estará siempre
encendido, pero al ponerse en modo transmisión, automáticamente
conmutará a la antena que hayamos configurado previamente, indicando
mediante el led, cuál de las dos antenas está siendo utilizada en
esa transmisión en concreto.
Fig7 “Transmitiendo con la
Antena 1”
Fig8 “Transmitiendo con la Antena 2”
Esta
configuración se puede realizar para cualquier banda, y es válida
tanto para la modalidad WSPR como cualquiera de las que es capaz de
transmitir el U3: hell, Cw, Fsk, JT9, ópera, etc…
Este valor de
configuración de 30 o 33 Db no quiere decir que emitamos con
distintas potencias en cada antena, ojo!. Aclarar que siempre estamos
emitiendo con la misma potencia, lo único que hacemos es “engañar”
a los que nos reciben diciendo que emitimos con 1w o 2w, y así en el
listado de reportes saber con qué antena hemos emitido en ese
momento. 1w= Antena1, 2w= Antena2
Tratamiento
e interpretación de los datos:
Este es un tema importantísimo que da mucho juego, ya que en la
correcta interpretación de todos los datos y su posterior procesado
residen las conclusiones del comportamiento de ambas antenas, que es
el fin de este proyecto. Una de ellas puede ser muy buena en DX, la
otra mejor en salto corto, una presentar un pico de señal a 200º
donde otra está más atenuada por apantallamientos de edificios,
mástiles cercanos, etc…
Fig9 “Comparando en DX, hilo de
34m acoplado en Antena 1 Vs Cobweb Antena 2, a 6 metros de altura.
Reportes recibidos por VK2WD en la banda de 20m a una distancia de
17672 km. Se puede observar la clara superioridad de la Cobweb frente
al hilo acoplado.”
Con los reportes
automáticos almacenados por los escuchas en la BBDD de WSPR,
sabremos de inmediato y en tiempo real cual es la antena utilizada en
esa concreta transmisión, la señal con la que nos han recibido,
quién, desde donde, a que distancia exacta, y a cuantos grados sale
nuestra señal. Por lo tanto un método bastante más efectivo y
fiable que la “oreja” o la visión de un S-meter por parte de
nuestro corresponsal. Y sobre todo, nosotros solos con nuestra baliza
wspr, automáticamente durante las horas que precisemos, y sin dar la
chapa a nadie!.
Fig10 “Comparando en DX, Hilo de 34m acoplado
en Antena 2 Vs NVIS Antena 1, a 2 metros de altura. Reportes
recibidos por K9AN en la banda de 40m a una distancia de 6859 km.
Parece algo superior el hilo, ya que da más número de reportes y
muchos superiores a la NVIS. Comparando otras noches y otros reportes
de otras estaciones así lo certifican para DX. Sin embargo la NVIS
arrasa en distancias inferiores a 1700km.”
Alguien podrá
pensar que son 2 minutos de una transmisión con una antena, y luego
otros 2 minutos seguidamente después con la otra, con lo cual no
serían del todo exactas las condiciones de propagación en ambas
transmisiones. Cierto!, existen muchos altibajos que se pueden
producir en 2 minutos, pero aun así, y dado que el sistema es
totalmente automático, lo podemos dejar “cocinando” durante
horas o días, y sacar muy exactas conclusiones mediante un
tratamiento estadístico de los datos extraídos. Siendo tratados a
posteriori en una hoja de Excel, Access, o cualquier sistema
informático de tratamiento de datos.
Vas de excursión
al campo, montas tus 2 antenas a testear, y mientras te tomas el
aperitivo con los colegas de radio o la familia, el sistema está
comparando las transmisiones, y almacenándolas en la BBDD. Con tu
móvil a priori puedes ir viendo más o menos el comportamiento de
ambas en tiempo real en la web. Finalmente después de un buen día
de disfrute de campo , tienes los datos almacenados en la web de
WSPR, disponibles para tratarlos más tarde y tranquilamente desde tu
casa con gráficas.
Yo en concreto
estoy utilizando una Excel programada por mí, con tablas dinámicas
en la cual mediante un script y demás herramientas excel, puedo
extraer automáticamente los datos de la web de WSPR, obteniendo
gráficas individuales y conjuntas en periodos de tiempo de horas,
días o semanas. Y ahí sí que puedo ver el comportamiento real de
una antena por si sola, o respeto a otra de referencia en la misma
ubicación. Mejor sería una web en PHP que tratara esos datos y se
pudiera consultar online, sin necesidad de usar una Excel. Pero ni el
tiempo disponible ni los conocimientos me llegan para ello aún. Si
alguien se anima…. Encantado de colaborar en semejante proyecto,
sería muy útil para todos.
Los datos son los
que son y en la base de datos WSPR permanecerán almacenados para
poder ser interpretados. En la interpretación correcta residen las
conclusiones sobre que antena se comporta mejor o peor en esta
ubicación respecto a nuestros propósitos. Y con esas conclusiones
ya tendremos más claro si cabe, la antena a utilizar para ese
próximo contest o esa nueva instalación en el QTH.
Espero que este
sencillo montaje os sirva de utilidad a los ya muchos usuarios del
Ultimate U3. Si no, también animar a todos aquellos que no lo tienen
aún, a hacerse con él, y cacharrear. Esto es la radio afición, un
sinfín de experimentación.
73’s
