Antena dipolo Kelemen

Antenas dipolo Kelemen con trampas coaxiales

Las antenas Kelemen son más conocidas en el norte de Europa, donde por los años 90 Gustav Kelemen montaba de forma artesanal sus antenas que después vendía en la multitudinaria feria Ham-Radio de Friedrichshafen (Alemania).
Fabricaba dipolos multibanda con trampas coaxiales y la mayor diferencia con otros dipolos multibanda es como construye la trampa con el coaxial sin usar tubos de soporte, solo unos bucles con el coaxial autosoportado sujeto con cremalleras. Esto elimina peso de la trampa y el soporte donde conecta con el cable radiante es pequeño, está torneado en un bloque de Makrolon (Plexiglas mejorado) transparente sellado con resina después de soldar las conexiones.
La calidad del coaxial de la trampa es importante, tanto de su rigidez para que no varíe la sintonía como su resistencia a la intemperie.
El centro del dipolo también es transparente con la curiosidad que se ve el balun interior.
Actualmente estas antenas las vende (y supongo que también las fabrica) la empresa alemana WIMO.

Hay mucha literatura y ejemplos en la construcción de dipolos multibanda con trampas pero el mayor problema es la construcción práctica de la trampa, que sea estable y duradera ante las condiciones climáticas al aire libre. Como no tengo disponibilidad en el tejado para experimentar con antenas suelo elegir antenas comerciales donde ya han seleccionado los materiales para que resistan a la climatología, además procuro tapar conexiones o las cremalleras de nylon con cinta autovulcanizable más cinta aislante para evitar problemas con los años.

Las trampas coaxiales ..

El trabajo de una trampa resonante es "cortar" para la RF el resto del conductor radiante en la frecuencia de resonancia, básicamente es una inductancia y un condensador.
Una de las opciones más accesibles son estas trampas construidas con cable coaxial. Hay en internet unos trabajos de ON7EQ y W6NBC dando las características de este tipo de trampas de antena.
Tienen un Q más bajo que las trampas clásicas por lo que el condensador no soporta picos tan altos de tensión.
La trampa tiene unas pérdidas de inserción, como todas, que se convierten en calor. Según el punto de ajuste de la resonancia con más 500W de potencia puede llegar a disipar de 30W a 100W en calor, hay que usar buenos coaxiales de teflon para que no se derritan.
La trampa fuera de resonancia aporta inductancia por lo que la antena se acorta en la banda más baja.
La trampa en resonancia y más de 500 W de potencia genera un fuerte campo magnético capaz de calentar elementos metálicos muy próximos.
Es mejor usar coaxiales de 75 oHms o más porque aportan menos capacidad, se eleva el Q y mejora el ancho de banda. En los programas de cálculo de trampas coaxiales se puede elegir el tipo de cable.
La frecuencia de resonancia de la trampa se ajusta fuera de la frecuencia de trabajo,tiene menos pérdidas y se calienta menos.

Mi anterior antena era una Diamond W8010 para 5 bandas con trampas (solo bobinas) y dos ramales creando un dipolo doble, la rama más larga es corta para 40 y 80 metros (9 metros por rama) y por eso el ancho de banda con baja ROE es pequeño y a cambio las medidas permiten instalarla en espacios reducidos.
Después de años de servicio quise mejorar el rendimiento, ancho de banda y potencia admisible por la antena (la W8010 admite 500W PaP máximo). Basándome en el mismo principio del dipolo doble y pensando en obtener el máximo de ancho de banda en 40 metros y en 10 metros junté dos dipolos Kelemen (DP 8040H y DP 201510H) con medidas lo más cercanas posible al 1/4 de onda de cada banda para asegurarme ancho de banda y conectados a un solo balun y alimentados con un cable coaxial en una configuración en abanico. Esta configuración para 5 bandas no existe en el catálogo de la marca y era un poco experimental pero existen configuraciones similares ya probadas por lo que debería funcionar bien, la única duda es el posible cambio de resonancia por la interacción entre los ramales.
Elegí la opción de 2000w que lleva el hilo del dipolo de 2.5mm con funda de PVC transparente y el balun es un choke de coaxial, hay versiones de dipolos Kelemen para menos potencia (400W) que usan hilo de 1.5mm con balunes y trampas coaxiales más pequeñas.

Es necesario desmontar el balun para desconectar los cables de la antena 10-15-20 y desmontar el otro balun para unirlas.
El balun al ser un choque coaxial marco a la salida del balun el "vivo" central del coaxial con una cinta azul y al momento de instalarla definitivamente procuro que este lado del dipolo quede en la zona más despejada o mejor posicionada.
Antes de fijar el cable con las grapas de acero inoxidable a las anillas del balun comprueba los ajustes preliminares en las bandas de 10 y 40 metros para dejar el cable necesario.
Las trampas de 40 metros se ven tapadas, hice la prueba de ver cuanto afectaba protegerlas con cinta autovulcanizable más cinta aislante. El resultado que baja 10Khz por lo que las voy a protejer todas a pesar que aumenta un poco el peso. Este sistema me ha protegido elementos de antena durante muchos años.
Si piensas usar más de 1 kW habitualmente no será muy aconsejable tapar las trampas por la temperatura que puede alcanzar el coaxial.
Los ajustes hay que hacerlos en los dos lados del dipolo procurando que queden con la misma longitud.

Primero se comprobó a nivel de suelo en V invertida a 5m de altura, se desmontó y se hicieros las fotos. Todas las resonancias estaban por debajo de la frecuencia por lo que estaba muy larga al esta cerca del suelo.
Estos ajustes son el punto de partida para facilitar la sintonía a baja altura, necesitaras retocarlo en la instalación final ya que la resonancia cambia con la distancia de las puntas del dipolo al suelo.
El brazo corto y el largo deben de quedar separados, en mi caso el brazo largo (40-80) queda más abierto y el corto (10-15-20) queda un poco más cerrado.
Si la distancia del extremo de 80 te queda a más de 2 metros de altura deja todas las medidas como vienen de fábrica como punto de partida.
En los ajustes no se corta el cable, solo se pliega sobre si mismo y para la RF es como si se cortara.
La secuencia de ajuste de resonancias debe ser: 40 y después 80 en el lado largo y 10 luego 15 y al final 20 en el lado corto. Si cambias el ajuste en el lado del balun puede afectar al resto.
Todos los ajustes se hacen igual en los dos lados del dipolo.

Ajuste en 40 y 80m (lados largos)

Ajuste de la resonancia en 40 metros (7.1 Mhz): Originalmente resuena en 6,9 Mhz. Se ajusta a la salida del balun, si la trampa esta a 1 metro del suelo dejar 70cm de cable desde el terminal de tornillo al "ojo" del balun.
Unir juntos con cremalleras 30cm. de cable dejando el resto de bucle hacia el terminal de conexión.
si la trampa está a 2 metros o más del suelo dejarlo como viene de fábrica.
Cada centímetro que varíe la longitud del cable varía unos 14 Khz la resonancia.

Ajuste de resonancia 80 metros (3.7 Mhz):Se ajusta en el extremo del aislador al final del cable. Quitar la grapa de acero inoxidable medir 125cm desde el aislador a la punta del cable y unirlos juntos con cremalleras reponiendo la grapa de acero.
La resonancia varía muy poco con la altura,apenas 50Khz.

Ajuste en 10,15 y 20m (lados cortos)

Ajuste de resonancia 10 Metros (28.5 Mhz):Se ajusta en el lado del balun, en esta banda se queda un poco corta por lo que hay que dejar lo mínimo para que desde la grapa de acero inoxidable al terminal de conexión no quede tirante.Cada centímetro de longitud varía 80 Khz la resonancia, está muy justo y queda la resonancia alta al subir a más de 3 metros esta sección del dipolo.
Ajuste de resonancia 15 Metros (21.1 Mhz):El tramo de cable entre trampas es muy corto, en este caso el ajuste es deformando la trampa chafándola con cuidado. He puesto una cremallera para evitar que pierda la forma.
Varía muy poco de resonancia a estar más alta
Ajuste de resonancia 20 Metros (14.2 Mhz):Se ajusta en la punta en el lado del aislador tipo "huevo",si la punta está a 1 metro del suelo quitar la grapa de acero y medir 29 cm desde el aislador a la punta del cable. Unir con cremalleras de nylon y volver a poner la grapa de acero. Si la punta de este tramo queda a más de 2 metros de altura dejar 24 cm y reajustar ya que es bastante crítico. Cada centímetro varía 40 Khz de resonancia.

El balun es transparente y se ve el interior, en esta versión para 2Kw es un coaxial sobre un toroide creando un choque de I3 y no esta cortocircuitado como otros tipos de baluns. Como hace falta desmontarlo para añadir el dipolo de 10-15-20 le he añadido unas resistencias de descarga para la electricidad estática, están protegidas con una funda negra y se ven encima del toroide.
Estas resistencias es una red en paralelo/serie de resistencias 56K oHms 2W: primero se unen en paralelo dos resistencias creando una de 28K oHms y 4W y luego se juntan tres grupos de dos resistencias en serie creando una de 84K oHms. En total te harán falta seis resistencias de carbón, no usar bobinadas.
Puede parecer exagerado, la disipación con una potencia de 2Kw de RF con una resistencia de 84K oHms es poco más de 1W pero hay otro dato que es la tensión máxima que puede soportar la resistencia de 2W que suele ser 500V. y esto para las tensiones inducidas de electricidad estática es poco margen.
Con esto espero evitar los inquietantes chispazos en el conector PL de la estación. Además usándolo como referencia desde la estación, con un tester en resistencias se mide en el PL al instalarla y debe dar algo más de 84K oHms. Si hay problemas la variación de este valor puede darnos una pista de como está la instalación.

No hay ninguna fórmula para determinar la longitud de los dipolos, le afecta la altura por el efecto suelo que le añade capacidad y debe acortarse la longitud si queda la antena muy baja. Además si está en un tejado el dipolo "verá" todas las chimeneas y objetos metálicos alrededor y por debajo alterando la resonancia y el rendimiento.

Todavía necesita un reajuste pero el objetivo del ancho de banda creo que se ha conseguido, los dipolos si no están muy reducidos con inductancias son menos críticos y las trampas coaxiales aportan un poco menos inductancia.
En la banda de 10 metros tengo planeado cambiar la grapa de acero inoxidable de doble tornillo y poner una simple para recuperar unos centímetros de longitud y rebajar la resonancia.
No es la fórmula de antena mas económica pero los materiales parecen de calidad y está bien construida, el tiempo demostrará su durabilidad.