SECCION PORTAFOLIO Y USUARIOS E INSTALACIONES

CARACTERÍSTICAS TÉCNICO-CONSTRUCTIVAS



INFORMACION GENERAL


  • Los diseños están basados en el trabajo de Jerry Sevick, W2FMI.
  • Los dispositivos están construidos con los mejores materiales, adecuándose a las necesidades y características de la instalación, utilizando hilo de cobre esmaltado protegido por una funda de PTFE, lo que le proporciona mayor aislamiento entre espiras y una impedancia característica adecuada a cada dispositivo.
  • Para los dispositivos destinados a evitar el retorno de RF (chokes) utilizo coaxial de calidad militar.
  • La tornillería es de acero inoxidable, para mayor durabilidad en ambientes húmedos.
  • El alojamiento es en caja estanca de grado IP65 o IP55 según los casos. Para pequeños dispositivos utilizo un encapsulado estanco con tapones de PVC.
  • El conector SO239 es de aislamiento PTFE para los dispositivos de potencias entre 2 y 4 kw pep, y de acetal para dispositivos de entre 150 y 300w pep.
  • Los dispositivos que construyo, tienen especial énfasis en la adaptación y ajuste a la linea de transmisión adecuándolos a la impedancia característica necesaria en la alimentación de la antena.
  • Todos los dispositivos caracterizan haciendo especial concreción a la banda de HF de 1 a 30 Mhz.







DESCRIPCIÓN DE LOS MATERIALES UTILIZADOS

En relación a los tipos de material a utilizar, existe diversidad de teorías y razones por los que muchos autores recomiendan determinados materiales.


El PTFE.

Jerry Sevick, en su libro "Transmission Line Transformer", recomienda la utilización de tubo de PTFE por resultar un muy buen aislante tanto eléctrico como térmico y mejorar las propiedades de aislamiento e impedancia total del dispositivo. El politetrafluoroetileno (PTFE), más comúnmente conocido como "Teflón, que es una marca comercial registrada por Dupont", es un polímero similar al polietileno. La propiedad de este material es que es inerte y es difícil que reaccione contra otras sustancias, salvo casos especiales.

El PTFE fue descubierto por accidente en 1938 por Roy Plunkett cuando trabajaba para Dupont en un nuevo refrigerante. Su temperatura de trabajo es desde -270º hasta 270º y es muy usado en electrónica como revestimiento de cables o dieléctrico para condensadores, dada su capacidad aislante y su resistencia a la temperatura. Estas propiedades hacen de este material un elemento ideal para nuestro dispositivo, asegurando un buen aislamiento.

En mis dispositivos, utilizo el PTFE  para:

  • En forma de tubo para forrar los hilos eléctricos que forman el bobinado del balun o unun, asegurando así un mejor aislamiento entre espiras, y previniendo posibles tensiones de ruptura y arcos entre conductores (Jerry Sevick).
  • Nos proporciona la distancia necesaria entre conductores para conseguir la impedancia característica necesaria para nuestro dispositivo.
  • Para aislar adecuadamente los contactos eléctricos, de forma que la acción de la intemperie y el clima afecte lo menos posible a las soldaduras, etc. (aunque no inevitable), ya que al ser un material muy flexible nos permite manejarlo por rincones con facilidad. Sin embargo el PTFE no es adhesivo por naturaleza, por lo que debemos combinarlo con un adhesivo capaz de hacerlo, para asegurar que no se desmonte y proteger así las soldaduras y otros elementos. Recordemos que de acuerdo con el trabajo de Jerry Sevick, además mejora la impedancia total.




FERRITAS Y TOROIDES


Distintos experimentos llevados a cabo por los autores que inspiran este proyecto, constataron que, si bien se pueden realizar baluns con distintos materiales y para distintas frecuencias, como por ejemplo con ferritas de barra, toroides, etc.. sus estudios demostraron que el toroide es quizás, el mas adecuado para este tipo de dispositivos.

Pero ¿Por qué utilizar un toroide y no una barra de ferrita?. Resumiendo, porque por la ley de Ampere, el campo magnético producido por un solenoide en un toroide está completamente confinado dentro del toroide. Esto hace que no necesitemos blindaje adicional al mismo por las posibles fugas del campo, como si ocurre en otro tipo de formas.

Existen en el mercado una variedad considerable de materiales férricos y mezclas adecuadas para distintas aplicaciones. En mi caso, utilizo toroides de composición Nickel-Zinc, recomendado tanto por Jerry Sevick, como por la ARRL, en su libro "The ARRL Extra Class License Manual for Ham Radio" y de baja permeabilidad, que proporcionan un gran ancho de banda, asi como toroides de Manganeso-Zinc u otras composiciones, según sus usos.

También existen diversos fabricantes con distintas medias y materiales, como Ferroxcube, Amidon o Fair-rite. La elección del material a utilizar en función de la frecuencia o frecuencias es muy importante a la hora de optimizar nuestro dispositivo, así como su uso como TLT o como choke, etc.

La elección del tamaño dependerá también, del numero de vueltas que necesitemos en nuestro diseño, o la potencia a utilizar, por lo que se ha de tener en cuenta si es posible utilizar un núcleo, o posiblemente dos, según los casos.

Asimismo, otros autores han publicado en sus paginas webs antes mencionadas, como VK6YSF, VK4ADC o por lo publicado por "Rochester DX Association - June Meeting Presentatión 2014 Field Day Planning and Discussion", recomiendan forrar el toroide con el fin de proteger al devanado de posibles daños y cortocircuitos cuando el conductor es esmaltado y sin protección adicional del PTFE. Yo he optado por forrarlo por varias razones:
  • Mejora la inductancia al tener una mínima separación con el material del toroide y protege en cierta medida del calor generado por el bobinado y viceversa.
  • Protege los hilos barnizados frente a rozamiento con el toroide, en caso de utilizar conductores sin protección adicional de tubo PTFE. 
  • Ofrece una protección adicional al tubo de PTFE que protege al conductor, pues si bien el tubo de PTFE es flexible, por contra es frágil ante las elevadas presiones que presenta la torsión en el bobinado. Por ello es una opción muy valida.
  • Mejora la estética y el acabado del balun en general, y del toroide en particular.

En el mercado hay variedad de materiales adecuados para su uso en el espectro del radioaficionado.

Como ejemplo se puede establecer las siguientes opciones y caracteristicas de permeabilidad, destacando los fabricados por Fair-Rite, y en diversas formas y tamaños para adecuarlos a nuestras necesidades:

  • Manganeso-zinc (MnZn) tipo 31, 75, 77 etc... muy utilizados para supresores de modo común o  chokes (CMC/EMI), aunque no necesariamente es su uso estricto.
  • Níquel-zinc (NiZn) tipo 43, 52, 61 etc... por lo general, utilizados para la construcción de baluns/ununs, aunque no necesariamente es su uso estricto.

No obstante, la elección del tipo de material debe realizarse en función al uso que precisemos, pues no siempre un material clasificado como tal, es adecuado para nuestro fin y viceversa.

En internet podemos encontrar multitud de tablas orientativas que nos ayudarán a escoger el mejor material para el uso concreto que necesitamos.

No es adecuado el uso de toroides de polvo de hierro, (salvo en los casos de usos, como sintonizador/acoplador de antenas o filtro pasa banda), pues su baja permeabilidad y el material del compuesto, produce perdidas de energía importantes en su uso como transformadores de linea y se saturan fácilmente.

Sin embargo, un buen ejemplo de utilización de toroides de polvo de hierro es su uso como "circuito resonante" o " matchbox", cuando se utiliza para antenas EFHW monobanda como circuito LC, siendo L la inductancia necesaria (uso de toroide de polvo de hierro) y sintonía de resonancia mediante un condensador C que incluso puede ser ajustable y para QRP. En ocasiones es utilizada en sustitución del condensador, la capacidad existente en un coaxial (por ejemplo, sabemos que un coaxial tipo RG58 tiene aproximadamente 1pF por cm, lo que una vez averigüemos la capacidad necesaria para este circuito resonante, cortaremos de este los centímetros necesarios equivalentes a la capacidad necesaria), lo que permite mayores potencias en tamaños mas reducidos de toroide en las antenas resonantes alimentadas al extremo EFHW.



CONDUCTORES

Sin duda, el conductor mas utilizado es el hilo de cobre barnizado. En estudios de Sevick, demostró una mejor inductancia y eficiencia en la utilización de este tipo de conductor, combinado con el aislamiento de PTFE. En mis dispositivos, utilizo hilo de cobre barnizado de la sección necesaria para la construcción. En concreto, conductor de 1,5 mm de sección (16 awg) para balun de entre 2/5kw pep.

No obstante quiero recordar que la normativa de cada país, limita la emisión de radiofrecuencia en la banda asignada a la practica de la radioafición a una determinada potencia, con lo que debemos adecuar nuestras emisiones a la misma.

En el mercado, podemos encontrar distintos conductores ya forrados en PTFE, flexibles y de colores, pero personalmente prefiero utilizar el conductor rígido, ya que una vez adaptada la vuelta, esta no se moverá, al contrario que el conductor flexible, que nos obligará a sujetar las vueltas con sistemas de sujeción tipo brida o similar. Además la elección del diámetro ID y OD del PTFE nos ayudará a determinar la distancia entre conductores para lograr la Z característica que buscamos.



TORNILLERIA DE CONEXIÓN Y FIJACIÓN DEL SISTEMA RADIANTE/SUJECIÓN DEL DISPOSITIVO

Para la conexión de los terminales de nuestra antena, utilizo tornillería de acero inoxidable grado E24-W4, resistente a la intemperie para evitar la oxidación en la medida de lo posible, con tuercas autofrenadas o bloqueadas mediante sistema de arandela grower. Se recomienda que todas las partes metálicas, sea la tornillería de conexión o el conector PL, sean aislados mediante algún sistema de asilamiento, como cinta autovulcanizable, con el fin de asegurar la máxima estanqueidad y protección ante las inclemencias meteorológicas. 


En dispositivos que necesitan fijación de elementos radiantes, como las ramas de dipolos, hilo largo, etc, o fijación del dispositivo en mástiles o similar, utilizo tirantes de sujeción cerrados planos de acero inoxidable, de grado E24-W4.





En la sujeción para dispositivos en el alojamiento estanco, donde el conductor no es rígido o necesita de una sujeción adicional por su volumen, he optado por un sistema de soporte de sujeción con brida de alta calidad. Esto da a los dispositivos seguridad y profesionalidad en los acabados.






ALOJAMIENTO DEL DISPOSITIVO


Los dispositivos son alojados en caja estanca adecuada al tamaño o necesidad de instalación.


DATOS TÉCNICOS DEL FABRICANTE 

  • Caja estanca 100 x 100 x 55 mm.
  • Grado de protección: IP65-IP67
  • Resistencia al impacto: IK08
  • Resistencia al hilo incandescente: 650 ºC
  • Resistencia al calor / Presión de bola: 70 ºC
  • Rango de temperatura ambiente: -25 ºC / +40 ºC
  • Tensión máxima de empleo: 1000 V AC / 1500 V DC
  • Conforme a la normativa UNE-EN 60670-1:2006
    UNE-EN 60670-22:2007
  • Normas: IEC 60998-2-5


DATOS TÉCNICOS DEL FABRICANTE  
  • Caja estanca 80 x 80 x 45 mm
  • Grado de protección: IP55
  • Resistencia al impacto: IK07
  • Temperatura de utilización: –25° a +40 °C.
  • Autoextinguible 650° (EN 60695 2-10).



TERMINALES DE CONEXIÓN


Para la conexión de los devanados a los distintos puntos de conexión exterior, utilizo terminales redondos preaislados con revestimiento de estaño, del diámetro adecuado a la tornillería y al hilo de los devanados. La conexión a los terminales está crimpada y soldada para asegurar la no existencia de falsos contactos.




CONECTOR DE ALIMENTACIÓN A LA LINEA DE TRANSMISIÓN


Para la conexión con nuestro cable de linea de transmisión, utilizo un conector empotrable tipo SO239 con aislamiento de PTFE. Utilizar PTFE en nuestro conector garantiza un muy buen aislamiento y muy buena respuesta en frecuencias superiores a HF y hasta VHF.

El PTFE tiene una mejor resistencia térmica y química, asi como una excelente resistencia a la radiación, cero absorción de humedad y excelentes propiedades dieléctricas.

También puede instalarse en el dispositivo, bajo indicación previa, conector de tipo N con las mismas características.







Fuentes utilizadas y bibliografía:
  • Constantino Pérez Vega, Universidad de Cantabria.
  • Ángel Franco García, Universidad del Pais Vasco.
  • Wikipedia.
  • Amidon Transmission Line Transformers Handbook 
  • Transmission Line Transformes by Jerry Sevick.
  • The ARRL Extra Class License Manual for Ham Radio
  • http://www.vk4adc.com
  • Rochester DX Association - June Meeting Presentation2014 Field Day Planning and Discussion (publicación variada)
  • www.sukoptfe.com
  • http://www.vanderveerplastics.com/
  • https://palomar-engineers.com/ferrite-products/ferrite-cores/ferrite-mix-selection