POLARIZACIÓN CIRCULAR PARA COMUNICACIÓN EN EME

La rotación de Faraday de señales EME con polarización lineal, puede producir grandes desvanecimeintos en la salida del detector del receptor, los cuales variaran sobre amplios rangos de periodicidad.

La periodicidad de la rotación de la polarización bajo ciertas condiciones en VHF (144 MHz) puede ser aceptablemente corta como un segundo o menos y puede causar algunas dificultades en la recepción de señales EME tanto en CW o señales moduladas. Este efecto disminuye gradualmente a medida que aumentamos la frecuencia, hasta los 3 o 4 GHz donde es casi inexistente.

La duración del período de desvanecimiento al incrementar la frecuencia puede ser particularmente molesto por ejemplo a 1296 MHz. donde un período puede llegar a ser de decenas de minutos.

Bajo estas condiciones una señal EME puede tomar la condición de polarización cruzada, y por consiguiente, ser indetectable o muy baja durante algún tiempo en un sistema de polarización lineal.

Puede establecerse un control para cambiar la polarizaciín lineal, rotando la antena fisicamente o electricamente para adecuarla a la rotación de Faraday, tal como por ejemplo se hace en 432 MHz. con cuatro dipolos en disposición de polarización cruzada conmutables dos a dos, pero tal sistema introduce una variable adicional al operador para controlar de forma contínua, ya que la rotación de Faraday es un proceso no recíproco por naturaleza. Esto significa que el correcto ajuste de polarización para una dirección de una misma señal EME, no será necesariamente el mismo para el sentido inverso. (RX-TX)

Para periodicidades de rotación de pocos segundos, este sistema es inmanejable sin un sistema de control muy sofisticado.

Afortunadamente el fading causado por la rotación de Faraday de una transmisión con polarización lineal, puede ser virtualmente eliminada simplemente utilizando polarización circular, exclusivamente para comunicación en EME.

Es por tanto altamente recomendable usar la polarización circular para todos los sistemas de comunicación EME.

Por convención general, se ha adoptado la polarización circular, de SIEMPRE usar la polarización circular derecha en transmisión e izquierda en recepción. De este modo, todas las estaciones EME serán compatibles unas con otras para la comunicación bilateral, y también para el test de ecos.

Esto se debe a que cuando una señal es reflejada (en este caso en la superficie lunar), la polarización de la señal se invierte, haciéndose compatible con la recepción de la antena.

Otro beneficio muy estimable en un sistema EME es que los dos sentidos circulares: derecho e izquierdo, son por naturaleza en modo desacoplado de transmisión.Esto significa que un sistema radiante, pueda radiar en cada sentido independientemente. Teoricamente entonces, es posible construir una simple antena con dos "puertos" (conexiones), uno para polarización circular izquierda y otro para circular derecha, los cuales son fisicamente y electricamente independientes.

En la práctica puede obtenerse un aislamiento eléctrico entre  "puertos" de -20 dB y -30 dB o más, con la adición de una trampa resonante entre ellos.

Esto facilita que el transmisor pueda operar permanentemente conectado al "port" de TX sin necesidad de relés de conmutación, que introduzcan pérdidas a nivel de RF, y el preamplificador de recepción conectado directamente al otro "port" con un muy simple sistema para protección de sobrecargas de RF, puesto que por el aislamiento antes comentado, el nivel de señal que puede salir por este "port" es muy bajo.

(A continuar cuando me reponga del palizón)

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ANTENAS PARABÓLICAS

Los tipos de antenas basados en reflectores parabólicos, son los más empleados para las bandas de micro-ondas.

La ventaja principal radica en que pueden construirse para ofrecer grandes ganancias, a tenor de lo que se requiera, y pueden operar en cualquier frecuencia con mínimos cambios físicos. La desventaja está en que las mismas no son fáciles de construir y cuyas faltas de precisión en su forma, limitarán la máxima frecuencia con las que se podrá operar.

También, discos de grandes dimensiones presentarán dificultades para su montaje, asi como gran resistencia al viento.

La propiedad básica de un reflector paraboloidal perfecto es que éste convierte una onda esférica emanada de un "punto fuente" situado en su foco, en una onda plana, cuya imagen de su foco es focalizada a una infinita distancia del disco. De la misma forma, toda la energía recibida desde una fuente distante, es reflejada a un único punto en el foco del disco.

LA GEOMETRIA DEL PARABOLOIDE

Un paraboloide se genera por la rotación de una parábola sobre una línea juntando su origen y foco.

La configuración básica es la que muestra la figura:

DESARROLLO DEL PARABOLOIDE

En un plano de coordenadas cartesianas (yx), y mejor hacerlo en papel cuadriculado lineal, dividimos (y) en marcas cada 2 cms, 10 cms, o el valor que sea, según la precisión que se requiera de acuerdo con la dimensión diametral que deseemos realizar, teniendo en cuenta que el resultado nos marcará la mitad superior, siendo la otra mitad exactamente igual, lo cual significaría en valores negativos. Por tanto, si deseamos obtener una parábola de 3 mts, consideraremos 1,5 mts para la mitad superior.

Para este ejemplo consideraremos un paraboloide de 3 mts. (300 cms), y una relación f/D de 0,6

Establecemos las coordenadas con divisiones cada 10 cms hasta 150 cms (1,5 mts)

La fórmula que nos dará cada punto de (x) se calcula a partir de (y):

             y²

x =  -------------------

        4D (f/D)

                                10²

primer punto x = ----------------------- = 0,138

                         4 X 300 X 0,6

                                  20²

segundo punto x = ---------------------- =0,555

                            4 X 300 X 0,6

                                 30²

tercer punto x = -------------------------- = 1,25

                            4 X 300 X 0,6

...y asi sucesivamente hasta alcanzar y = 150

Situamos los valores en la coordenada (x) y seguimos hasta y=150 siguiendo los saltos de cada 10 cms. El plot total será:

Que uniendo los puntos obtenemos la mitad del paraboloide con las características prescritas.

Determinamos C  (profundidad desde una cuerda tendida diametralmente desde su centro hasta el vertex)

         D               300

c = -----------  =   ---------------  = 31,25 cms 

      16(f/D)         16 X 0,6

Y determinamos f  (distancia del punto focal)

             D²              300²

     f = -----------  =  ---------------- = 180  cms.

           16C           16 X 31,25

RELACIÓN DE LA LONGITUD FOCAL DEL DISCO A SU DIAMETRO  f/D

La relación f/D es el factor fundamental para el diseño del alimentador (feeder) de un disco.

La relación determina directamente el ángulo subtendido desde los extremos diametrales del disco a su foco, y por lo tanto, define el ancho de haz del alimentador necesario para iluminar toda la superficie con eficiencia. Dos discos de diferente diámetro pero con la misma relación f/D podrán utilizar el mismo alimentador. Asimismo, dos discos del mismo diámetro pero de diferente distancia focal, precisarán diferente tipo de alimentador, para iluminarlo eficientemente.

El rango de relación focal en valores prácticos, van de 0,2  a  1.

El valor de f/D de 0,25 situará el plano focal del alimentador a la misma altura que los extremos de la parábola.

Frecuentemente, firmas comerciales usan valores de f/D bajos que implican una C alta, es decir una notable profundidad del vertex, para minimizar la respuesta por los lóbulos laterales. Con este tipo de discos se reduce la no deseada interacción entre antenas, a pesar de que se sacrifica ganancia de antena y se acrecienta la dificultad para diseñar alimentadores eficientes.

Tales consideraciones no son importantes en el contexto del radioaficionado, ya que tal condición dificilmente se presentará, y puede dedicar el proyecto para obtener la máxima ganancia sin esas restricciones.

Según lo comentado, hay muchos factores que influyen en la elección de la f/D. Para muchas aplicaciones de radioaficionado parece muy apropiado el rango entre 0,5 a 0,75 por la optimización que supone, Aunque pueden construirse alimentadores fuera de este rango con aceptables buenos resultados.

DETERMINAMOS LA PLANTILLA PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL MOLDE

CONSTRUCCIÓN DEL MOLDE

Sin tener que recurrir a materiales en el mercado normal difíciles de conseguir, este sistema es aplicable para parábolas de hasta practicamente 4 mts, sencillamente porque es fácil conseguir planchas de aluminio cuya medida estandar es de 2 X 1 mt. de 1 mm. de espesor.

Ello significa que podemos fabricar costillas de hasta casi 2 mts que es la longitud máxima de las planchas comunes en el mercado.

Asimismo, nos permite cortar los gajos de la superficie para cubrir estas dimensiones, sin detrimento que para dimensiones mayores se podría utilizar el mismo procedimiento, aunque más laborioso, por tener que dividir cada costilla en dos piezas, ideando un buen sistema para su empalme solidario, y probablemente usar chapa de 1,5 mm.

Después de muchos ensayos tratando de curvar ángulos de aluminio, piezas en "U", tubos, recurriendo a empresas de curvado con máquinas adecuadas, pero con resultados desastrosos en el test de medidas, ya que en esas máquinas se les puede programar un radio, pero no una curvatura alineal....(al menos no hallé quien lo pudiera hacer), a la vez, el intento de curvar perfiles en ángulo o en "U" resultaba en algo muy aleatorio, bastante inestable y muy dificil de conseguir una cierta regularidad entre piezas, (que no digo que no se pueda hacer), basado en algún diseño comercial, opté por el molde que describo, parecido a lo que se podría hacer en una prensa, pero en este caso mediante un martillo manejado por tracción animal, y mucha paciencia.

La parte más dura, muy laboriosa y complicada, fué dar la curvatura precisa según el cálculo xy a un pasamano de hierro de 40 mm de ancho y 8 mm de grosor. El otro lado de lo que posteriormente formaría la costilla, fué más fácil ya que no existía criticidad en la medida. El único problema es que cuesta bastante convencerlo que se deje.

El perfil de hierro usado debía ser de consistencia suficiente para que los embates del martillo, no llegaran a afectar la forma del desarrollo.

El molde superior de idénticas dimensiones que el inferior, solo sujeta la chapa, y permite el doblado de la pestaña en perfecto ángulo recto, evitando deformaciones en el proceso.

No es fácil expresar graficamente las formas en general de los elementos de una parábola, y en especial las del molde en cuestión, y menos por alguien como yo, que el manejo del CAD-CAM no forma parte de mis facetas más brillantes. Por eso ruego que el lector tome la idea, y termine con su imaginación, reparando los fallos, por cuyo esfuerzo pido disculpas.

CORTE DE LA CHAPA QUE FORMARÁ LA COSTILLA

Observar los taladros que son los que fijarán la chapa al molde para el doblado

Para el corte, mejor que usar unas tijeras de chapa, es usar una sierra de calar, con un conveniente apoyo para la chapa.

Con ello se evita cualquier deformación.

PREPARACIÓN DEL TUBO SOPORTE

Los únicos taladros que recomiendo no hacerlos sobre la marcha, son los puntos de unión del tubo con la costilla.

Con tres taladros repartidos a lo largo de la pestaña, será suficiente para una correcta sujeción.

Aunque no es un trabajo que exija mucha precisión, recomiendo preparar una plantilla que asegure la perfecta coincidencia de taladros entre tubo y costilla. Para ello creo conveniente recomendar la construcción de una plantilla formada por un pasamano de hierro en ángulo recto, con los tres taladros que serviran de guia tanto para el tubo como para las costillas.

De esta forma se garantiza que todas las costillas queden a idéntica altura una con otra.

Se usa tubo de aluminio de 100 mm de diámetro y 5 de espesor, del largo según las conveniencias de cada uno, para mecanizar la forma de sujeción al sistema posicionador.

IDEA GENERAL DEL PROYECTO

NORMAS DE MONTAJE

El remachado de las costillas no presentará ninguna dificultad hasta rebasar las 3/4 partes del tubo, por lo que puede hacerse encima de una mesa con la parábola en posición horizontal.

Para las últimas costillas, no tendremos más remedio que buscar una forma de sujetar la parábola en posición vertical, cuidando que las costillas ya instaladas no sufran deformaciones serias en su pestaña de sujeción al tubo, ya que hasta que se instale el pasamano extremo, quedarán colgando sin ninguna posición fija. Dicha posición nos deberá dejar libre la parte posterior, para proseguir el remachado.

COLOCACIÓN DEL PASAMANO EXTREMO (BORDE DE LA PARÁBOLA)

Se precisa pasamano de aluminio de 25 mm de ancho por 3 de grueso. Tantos metros como circunferencia tenga la parábola. En este caso serán unos 9,5 mts.

La colocación no precisa de especiales comentarios. Solo determinar lo más precisamente posible la separación entre costillas, de forma que ofrezcan una perfecta simetría y total equidistancia entre ellas, también visualmente que todas estén a la misma altura, prefromando el pasamano dándole manualmente una curvatura que se aproxime a la de la parábola, (dada la longitud del mismo es una operación fácil), y taladrar la pestaña de la costilla y el pasamano, colocar en primer término un remache en cada extremo de costilla, mientras se va guiando por la totalidad de la circunferencia.

Posteriormente, si se cree conveniente, puede colocarse otro remache en cada final de costilla, para dar mayor consistencia

¿ CORREGIR EL CORTE ?....NO

Debido a la curvatura que va tomando el gajo cuando lo instalamos sobre la forma de las costillas, y debido también al corte recto de sus laterales, observamos una ligera separación entre uno y otro, que nos puede causar mal efecto.

Dicha separación será tanto más notable, cuanto menos relación f/D tratemos.

Mientras la chapa del gajo se mantenga dentro de la pestaña de la costilla, que nos permita colocar los remaches, no debe preocuparnos la irregularidad que a primera vista nos causa en la forma, ya que la incidencia en el rendimiento, es absolutamente despreciable. Otra cosa es a efectos de estética. Si ello nos puede causar daños a la vista, en el momento del corte de las chapas, podríamos tener en cuenta tal irregularidad y compensarla dándo una ligera curva en los laterales. Mi opinión es "ni caso".

Dicha separación tiene lugar en los puntos que las costillas obligan a mayor curvatura. Es decir: Vemos que los gajos se tocan en sus extremos, y se separan en la zona de la mitad a tres cuartos.

Tal "grieta" variará según la relación f/D que apliquemos.

Asi pues, con f/D de 0,6 será de 2 o 3 mm. y con f/D de 0,4 algunos más, según podemos ver en el gráfico siguiente.

Como sea que lo grave sería que en este punto la separación se comiera el espacio de la pestaña de la costilla para su sujeción, podría ser una buena solución, hacer la pestaña más ancha en la construcción de la costilla.

En este gráfico podemos ver aproximadamente, la diferencia de curvatura entre una f/D de 0,6 y una f/D de 0,4

BIBLIOGRAFÍA

G.R.Jessop, G6JP, VHF-UHF Manual  Fourth Edition

Microwaves Charles Suckling G3WDG Radio Communications (October 1981)

Crawford Hill VHF Club

NOTA: Se agradecerá cualquier aportación para corregir posibles errores y/o complementar este documento.

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