Cubica LU5YF 

Nuevo diseño pesado multibanda
Antena quad cúbica 6 bandas: 40 (30) 20,17,15,10 metros

Esta antena es similar en apariencia a otras antenas cúbicas grandes , la única diferencia es que se incluye como bonus una configuración de quad para 40 metros que tiene dimensiones bastantes razonables. Por supuesto no es de longitud full size en el caso de la banda de cuarenta metros, dado que cada lado mide siete metros, pero elctricamente se logra la longitud adecuada, y por ende la sintona y el rendimiento esperado para una cúbica.

El elemento reflector para cuarenta metros se encuentra sintonizado a la frecuencia de trabajo (6840), no así el elemento excitado, que utiliza un sistema de sintona variable, y permitira trabajar la banda de 30 metros, pero como un loop, (cuadro), no como una cúbica de dos elementos.

El sistema trabaja con esta configuración:

10 metros 4 elementos

15 metros 4 elementos

17 metros 3 elementos

20 metros 3 elementos

30 metros 1 elemento

40 metros 2 elementos

La configuración se arma sobre un boom de seis metros, en este caso un caño de hierro de 2 pulgadas de diámetro.
Las distancias de situacion de los cuadros en el boom son las siguientes; los dos cuadros para 40 metros van en los extremos del boom de 6 metros, el cuadro central para 17 y 20 va en el centro del boom, y los otros dos cuadros a 2 metros de cada extremo, cada uno.

Los brazos de cada cruz de hierro están soldados a un tubo de hierro galvanizado que hace de soporte para cada cuadro. Este tubo es telescópico respecto del boom, y tiene una pared de 3 mm. Al ser telescópico, permite la posibilidad de mover los cuadros armados de un lado a otro del boom durante tareas de montaje y mantenimiento.

Se necesitan cuatro soportes para montar los cuadros, los que deben ser galvanizados pintados con varias capas de antióxido.

Se utiliza caña colihue, abundante en la zona, para soportar los elementos de la antena. Por supuesto, esta es una configuración pesada diseñada con la idea de soportar los vientos de Neuquén, Argentina, pero de acuerdo a las necesidades de cada uno, se puede construir un sistema con materiales mucho más livianos.( fibra de vidrio, aluminio, etc.)

El sistema de sintona es bastante sencillo, simplemente hay que colocar en el centro del elemento excitado, en su lado inferior, un trozo de línea abierta de 5 cm de ancho por 10 metros de longitud, aproximadamente.
Esta línea abierta se puede colocar en forma solidaria al boom, tener un punto fijo en el extremo superior de la torre, y otro en el extremo inferior, para luego ingresar a cada sala de radio, del mismo modo que se enruta una lnea abierta a un shack de transmisión.
Y efectivamente, como varios adivinaron, el sistema se sintoniza por medio de un transmatch para líneas abiertas.
Esto permite utilizar el cuadro excitado para sintonizar 30 metros, y no me extrañará que alguien produzca arcos en los capacitores probando en la banda de 80 metros...!

En el caso del elemento reflector para 40 metros, se pueden realizar cargas lineales en los lados verticales, agregar sombreros capacitivos en los lados verticales bobinas, hasta llegar a la frecuencia de resonancia de 6840 khz.
De igual modo, se puede armar el elemento excitado de esta forma, sintonizando a 7050 khz, y bajar luego de un baln 2:1 a un cable coaxil de 50 ohms.
La ganancia de una quad de dos elementos est en el orden de 7,2db, con un espaciado de 0,125 a 0,20 de longitud de onda.
En este caso, podemos considerar que hay pérdidas, pero que permitiran una ganancia de por lo menos 6 db, lo que no es poco.
Para tres elementos full size, la ganancia es de 9,3 db, y para cuatro elementos la ganancia es de 10,3 db.
El cuadro solo, en el caso de la banda de treinta metros, presenta una ganacia de 1,15 db sobre una antena dipolo. En síntesis, se puede construir un sistema capaz de soportar varias bandas con buenos resultados, aunque la apariencia del sistema sea monstruosa.

Tabla de medidas

Frecuencias de diseño

7050 14200 18120 21200 28500

Elemento excitado: 1005/ f(Mhz)= nos da un valor en pies, lo multiplicamos por 0,304 metros, y nos d la longitud del permetro del cuadro del elemento excitado. Dividiendo por 4 se obtiene la longitud para cada lado del cuadro.

Elemento reflector: 1030 / f(Mhz) idem anterior
Primer director : 975 / f (Mhz).idem anterior
Segundo director : 975 / f(Mhz)..idem anterior

TABLAS DE MEDIDAS

CUADROS PARA 40 METROS

EXCITADO 10,83 m por lado 8,48 m diagonal 4,24m desde centro boom
REFLECTOR 11,10 m por lado 8,48 m diagonal 4,24m desde centro boom

CUADROS PARA 20 METROS

REFLECTOR 5,57 m por lado 7,87 m diagonal 3,94m desde centro boom
EXCITADO 5,43 m por lado 7,68 m diagonal 3,84m desde centro boom
DIRECTOR 5,27 m por lado 7,45 m diagonal 3,72m desde centro boom

CUADROS PARA 17 METROS

REFLECTOR 4,32 m por lado 6,11 m diagonal 3,05m desde centro boom
EXCITADO 4,21 m por lado 5,95 m diagonal 2,97m desde centro boom
DIRECTOR 4,09 m por lado 5,78 m diagonal 2,89m desde centro boom

CUADROS PARA 15 METROS

REFLECTOR 3,71 m por lado 5,24 m diagonal 2,62 desde centro boom
EXCITADO 3,62 m por lado 5,12 m diagonal 2,56 desde centro boom
DIR 1 y 2 3,52 m por lado 4,97 m diagonal 2,49 desde centro boom

CUADROS PARA 10 METROS

REFLECTOR 2,75 m por lado 3,88 m diagonal 1,94 desde centro boom
EXCITADO 2,68 m por lado 3,79 m diagonal 1,89 desde centro boom
DIR 1 y 2 2,60 m por lado 3,67 m diagonal 1,83 desde centro boom

No se incluyen las medidas para el montaje de cuadros para 6 metros en esta tabla, pero se pueden utilizar las mismas frmulas agregando directores en función de la longitud del boom y los soportes disponibles.
Se sugiere colocar en vez de cuadros crculos de caño de aluminio con la medida correcta para mejorar la ganancia del sistema.

Verificar polarizaciones en todos los casos:

Polarización vertical

Polarización horizontal

Para alimentar a estas antenas cúbicas debemos partir de la base de que los cuadros presentan una impedancia de 100 a 120 ohms, además son antenas balanceadas. Por lo tanto, debemos alimentarlos con:
1) líneas balanceadas lneas abiertas de 450 ohms similar.
2) Líneas desbalanceadas coaxiles de 50 ohms, pero a través de un balun 2:1
3) Gamma match y coaxiles de 50 ohms
4) Coaxiales de 75ohms ( longitud según frecuencia X factor de velocidad del cable, FOAM 0,88 / comn 0,66) y balun 1:1.

Para lograr un óptimo rendimiento del sistema, debemos sintonizar el reflector, lo que se puede hacer mediante un instrumento como un analizador de antenas. Normalmente se coloca una bobina un capacitor en serie con el cuadro, y se sintoniza el cuadro a máxima ganancia hacia la dirección que apunta la antena, con el mismo receptor.
Otra posibilidad es tratar de obtener mnima ROE en el reflector a la frecuencia de trabajo, que es menor que la de diseño del excitado.
De igual manera ,se puede lograr minima ROE en el director, a una frecuencia mayor que la de de diseño.

La disposición de los elementos es la siguiente, de atrás para adelante:

El primer elemento sostiene a los reflectores de 40, 20, 17, 15, 10 metros.
El segundo elemento sostiene a los excitados de 15 y 10 metros.
El tercer elemento sostiene a los excitados de 20 y 17 metros.
El cuarto elemento sostiene a los primeros directores de 10 y 15 metros.
El quinto elemento sostiene al excitado de 40 metros, los primeros directores de 17 y 20 metros, y los segundos directores de 10 y 15 metros.


DETALLES DE LA CONSTRUCCION DEL BOOM


Espero que la información sea de utilidad, cualquier duda pueden escribir via mail a janlu5yf@hotmail.com o via snail-mail (con sobre autodirigido) a:
Juan Pablo Ravinale Elordi 2024
CP 8300
Neuquén
República Argentina

BIBLIOGRAFIA CONSULTADA:

CUBICAL QUAD ANTENNAS, de William Orr and Stuart Cowan 3rd edition
THE ARRL ANTENNA BOOK, 18 th edition
HF ANTENNAS FOR ALL LOCATIONS, de Les Moxon
PRACTICAL WIRE ANTENNAS, de John D Heys
HF ANTENNA COLLECTION, de Erwin David
TRANSMISSION LINE TRANSFORMERS, de Jerri Sevick
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Analisis y optimización por EA1DDO


Para comprobar virtualmente el funcionamiento de la antena he recurrido a los programas MMana y 4NEC2.

La antena muestra un buen rendimiento en todas las bandas y en general una buena adaptacion al cable coaxial de 50 Ohm. En las bandas de 17 y 40 metros el ROE sube algo al irse la impedancia cerca de los 100 Ohm, por lo que habria que adaptarla por medio de un balum 2:1.

Estas son las cifras de rendimiento de la antena original:

Banda.....ROE.....Dbi.....F/B.....Ohm/X
10m.........1.25.....15.44...10.56.....40/0
15m.........1.53.....14.12...15.60.....36/11
17m.........1.96.....14.38...19.08.....46/32
20m.........1.49.....13.79....9.62.....35/7
40m.........2.17.....11.96...12.76.....85/38

Tras pasar las medidas originales por el optimizador una primera vez, se observa que en solo dos bandas es posible la mejora. Concretamente en las bandas de 10 y 40 metros es donde se logra mejorar algo, en 17 metros es inapreciable y en 15 y 20 quedan como estaban.

Este es el resultado despues de la optimizacion:

Banda.....ROE.....Dbi.....F/B.....Ohm/X
10m.........1.37.....16.03...25.24.....37/4
15m.........1.53.....14.12...15.60.....36/11
17m.........2.24.....14.94...20.33.....23/10
20m.........1.49.....13.79....9.62.....35/7
40m.........2.36.....11.73...20.67....115/14

Como antes dije, la optimizacion no es espectacular, simplemente en 10 y 40 metros puede verse como mejora la relacion frente/espalda y poco mas.

Las medidas de esta antena optimizada son;

Excitado 10m; 10.72m, Reflector 10m; 11.00m, Directores 10m; 10.40m
Excitado 15m; 14.48m, Reflector 15m; 14.84m, Directores 15m; 14.08m
Excitado 17m; 16.84m, Reflector 17m; 17.28m, Director 17m; 16.36m
Excitado 20m; 21.72m, Reflector 20m; 22.28m, Director 20m; 21.08m
Excitado 40m; 42.92m, Reflector 40m; 44.08m

El boom sigue siendo el original de 6 metros de largo, el hilo usado es de cobre de 1 mm y para los calculos la antena estaba situada a 20 metros de altura sobre una tierra perfecta.
La colocacion de los cuadros sobre el larguero tambien es la original; los dos cuadros de 40 metros justo en los extremos (a 6 metros de separacion), los excitados de 17 y 20 metros justo en el medio del larguero (a 3 metros de ambos extremos), y tanto los excitados como los primeros directoresde 10 y 15 metros, a 2 metros de ambos extremos del larguero.

Ahora a montarla y disfrutarla !!

73, Maximo - EA1DDO/HK1DX