A continuacion y a pedido de algunos lectores del blog, se publica una version de traduccion del articulo original cuya autoria corresponde a Luis Rondon y que fuera publicada en este SITIO el 30 de noviembre de 2009 y luego fuera copiado a otros sitios de internet. El mismo trata sobre el diseño y construccion de un polarizador por stubs para banda C.
X-Proyectos Practicos Experimentales
1 - Iluminador Turbinado - o más bien, despolarizador por stubs
Voy a describir brevemente como diseñar un despolarizador de ondas circulares, que se agregarà en un LNBF o en un iluminador comercial motorizado. Este iluminador "Turbo" recibirá señales de polarización lineal o circular, sin las tremendas pérdidas que ocurren cuando se utiliza una placa dieléctrica despolarizadora solida.
De hecho, habrá una ganancia relativa a un iluminador lineal simple, ya que se corregira el largo del feed del alimentador que por razones mecanicas (menor peso y volumen, y que se reflejan en el precio del producto) son generalmente inferiores a las dimensiones ideales.
Voy a presentar las fórmulas necesarias para el proyecto y comentar como solucione los conflictos logrando un diseño practico, desde el tablero de dibujo hasta la calibración final.
1.1-Teoría
El despolarizador es básicamente un tubo metalico redondo, compuesto de tres secciones, como se muestra a continuación. Las secciones de los extremos sirven para conformar adecuadamente los campos electromagnéticos, y la sección central realiza la conversión lineal/circular.
1 – El tubo del iluminador es técnicamente una "guía de ondas", adecuada para las frecuencias de operación, en la que no existe atenuación de la señal guiada.
Lo que nos interesa en estas frecuencias es:
- La frecuencia de corte, por debajo del cual no hay conduccion de señales por la guía.
- La frecuencia de la transición, por encima de la cual puede haber distorsiones de la señal y dificultades para captar la señal guiada.
La mejor solución mecánica a nuestro objetivo en principio es una guía de ondas con el menor diámetro posible.
Desde el punto de vista eléctrico, esta guía debería funcionar un poco debajo de la frecuencia de transición (TF) para la mayor frecuencia utilizada, y debe operar sobre la frecuencia de corte (FC) para la menor frecuencia utilizada.
Las fórmulas son:
f (MHz) frecuencia de la señal;
d (cm) de diámetro de la guía de onda;
L = 30000 / f, la longitud de onda en el espacio libre en cm;
FC = 30000 / (1.706 * d) la frecuencia de corte de la guía de onda en MHz;
FT = 30000 / (1.306 * d) la frecuencia de transición en MHz;
2 - Los iluminadores tienen diámetros que varian de 0,7 a 0,8 longitudes de onda. La experiencia ha demostrado que estas dimensiones se llevan mejor con platos parabólicos de F/D entre 0.33 y 0.45, que son los mas usados en antenas parabólicas.
3 - Entonces, conociendo el diámetro del tubo, calculamos su longitud. Este cálculo es en función de la longitud de onda en la guía (LG), la de la señal dentro de la guia, que es diferente de la longitud de onda en al aire libre (L):
FORMULA CON ERROR en el articulo original:
LG = L / (sqrt (1 - (L / (1,6406 d) ^ 2))), la longitud de onda en la guía en cm;
FORMULA CORREGIDA:
LG = L / (SQRT (1 - ( L / (1,6406 * d)) ^ 2)) , la longitud de onda en la guía en cm;
Mediante el estudio de la ecuación anterior, nos damos cuenta de lo siguiente:
a - cuanto mayor es el diámetro del tubo, menor es el de LG;
b - siendo una función inversa, LG crecerá muy rápidamente con la disminución del diámetro del tubo.
Por lo tanto, sin considerar las limitaciones mecánicas de tamaño, cuando mayor es el diámetro del tubo serà mejor, porque será más corto (considerando "a").
Pero al considerar "b" se debe utilizar para determinar el tamaño de la longitud del tubo, la frecuencia media de longitud de onda en la guía, para la mayor y la menor frecuencia de uso. Puede parecer mas obvio dimensinarlo por la frecuencia media de uso, pero sería afectar mas negativamente el rendimiento en las frecuencias más bajas.
4 - Por último, pero no menos importante, un comentario sobre los “stubs” (puntos, elevaciones, colilla en Inglés). Son pines de metal que actúan como elementos parásitos (inductancias y capacitancias), alterando la velocidad de paso de la onda de la señal a través de la guía. Este retraso se produce principalmente en el plano dónde están los pines, y no tendrá ninguna influencia en el plano ortogonal a ellos.
Al ajustar la longitud de los pines correctamente, puede obtener un retraso de 1/4 de onda en el tiempo, en el plano de los pines solamente, lo que permite recuperar, por suma vectorial, las ondas lineales, que componen las ondas polarizadas circularmente.
Listo! Tenemos todo lo necesario para el proyecto.
No les parece sencillo ???. A hacerlo ahora.
1.2 - Un diseño práctico (para la banda C)
Después de todas las teorías anteriores, haremos el diseño práctico de despolarizador. La idea es añadir el elemento despolarizador diseñado al “feedhorn” de un lnbf de banda C, aprovechando su estructura mecánica.
Así, el diámetro máximo de la guía de ondas está limitado por el anillo interior, el más común es de alrededor de 6,7 cm externo.
Como el aluminio es muy débil, no se puede hacer el tubo de paredes muy delgadas. Dejándolo con 2,5 mm de espesor, a continuación, el tubo tendrá un diámetro interior de 6,2 cm.
A continuación, comprobar si todas las condiciones prescritas por la parte teórica están de acuerdo con el diámetro de 6,2 cm. Las frecuencias que se utilizan para la polarización circular en banda C son de 3600 a 4200 MHz (NOTA: no contempla 3400 a 3599 mhz).
En total, tenemos:
CF = 2836 MHz
FT = 3704 MHz
La FT (Frecuencia de trabajo) es muy baja, y si se utilizara sólo para este tubo iluminador, habría deficiencia en las frecuencias altas. Pero como vamos a utilizar también la parte original del iluminador del feed, cuyo extremo interior final es de unos 5,4 cm de diametro, dimensin que filtrara las posibles distorsiones generadas por nuestro despolarizador.
La frecuencia media de uso es 3900 MHz, con su longitud de onda de 7,69 cm.
El diámetro del tubo es de 0,80 longitudes de onda, que como hemos dicho, permitirá una buena iluminación para los platos de parabólicas domesticas.
El siguiente paso es calcular la longitud del tubo. Como se sugirió, la mejor estrategia es usar un largo medio de LG, entre el mínimo y máximo de frecuencias utilizadas. Así:
LG (3600) = 14.53 cm
LG (4200) = 10.04 cm,
y, finalmente,
C = (LG (3600) + LG (4200)) / 2
C = 12.28 cm, la longitud de onda media proyectada, que utilizamos en nuestro diseño.
En cuanto a los “stubs”, yo uso tornillos M5, que serán ajustados de forma manual para cada unidad despolarizadora. Esta calibración da algo de trabajo, pero es simple. Se requiere apenas un medidor de señal, por ejemplo, el propio receptor digital satelital.
El proyecto, con las dimensiones finales, que son las siguientes:
1.3 - Teniendo algunas dudas…
Antes de volver a la mesa de dibujo para desarrollar el diseño mecánico de su despolarizador vamos a hacer algunos comentarios sobre el funcionamiento y el uso de los mismos:
1 - Si un tubo con una longitud C, se añade a un LNBF común, deberia haber mejoras en el rendimiento, ya que casi todos son lnbfs tienen la sección inicial con dimensiones reducidas. Esto no es muy grave, porque ahora la electrónica de los LNBF es excepcional, y compensa esta pérdida. La cuestión parece ser la del mayor peso y/o mayor costo de un feed largo. Si el iluminador es pesado, el diseño de la antena parabolica también debe ser mas reforzado, por supuesto. (NOTA: los brazos del lnb que soportan el escalar plano)
2 - En el caso de la polarización circular, la ganancia es evidente, porque además de la ganancia que se describe en el punto anterior, no se utilizará la placa despolarizadora.
En el caso de añadir un despolarizador a un LNBF, se entiende que este se utilizará sólo para señales circulares, porque como se dice en el tema, es posible que tal vez no valga la pena el costo del adaptador.
3 - Un buen uso ocurre con un iluminador motorizado, con los servo-motores, apto para receptores con skew regulable.
Los pines no afectan a las señales lineales, si se colocan correctamente en relación con la sonda del iluminador (las antenas interiores del lnbf). Véase la figura siguiente, donde se ven los diferentes modos, es decir, donde posicionar la sonda (o las antenas internas del LNBF):
En este caso, he usado los pines para marcar la posición y la polarización vertical.
Obviamente para ajustar la inclinación (skew) del iluminador en sí, que hay que hacer manualmente en cada cambio de satélites lineales, porque ahora el skew fue seteado para seleccionar lineal/circular. Para mí no hay problema porque uso la antena de montaje polar, y se corrige automáticamente la inclinación del iluminador al girar el plato motorizado.
Recordemos que el ajuste de inclinación (skew) del iluminador no es necesario en la polarización circular, es decir, si se cambia a otro satélite circular no es necesario darle skew al LNBF.
4 - Las dimensiones del ejemplo anterior serán alteradas segun el lnbf adaptado, pero uno siempre debe intentar dejar el mayor diámetro posible, ya que esto resulta en un adaptador más corto.
1.4 - El montaje mecánico del despolarizador.
Cada adaptación a un LNBF o iluminador requieren una solución mecánica adecuados a elegir entre las diversas posibilidades para la construcción. Sólo para la orientación, he aquí algunas fotos de los prototipos construidos, para adaptarse a un iluminador comercial:
1 - Una visión general de iluminador externo:
2 - Descripción de las piezas internas. Tenga en cuenta que el feedhorn fuè cortado debido a que es utilizado solamente en su parte profunda de menor diámetro. Todos los feedhorns de la banda C tienen un punto en que se amplía internamente el tubo, y esa parte más ancha debe ser eliminada. no se hizo aun una calibración de las pines, que estan plenamente introducidas:
3 - Una vista interior del despolarizador, ya montado.
Los pines están en la dirección que el servo vá a adoptar con el skew a 90º, por el receptor. Yo prefiero usarlos como referencia para el modo vertical. En la práctica, esto facilita enormemente su ajuste en la antena, para cuando están en la posición horizontal:
4 - Una vista del iluminador, ya está instalado y calibrado. Vean las tuercas que se utilizan para mantener los tornillos en su posición calibrada final:
1.4 - Calibrando el despolarizador:
NOTA: Se comienza con todos los pines (tornillos) afuera.
La calibración se realiza mediante la inserción de los pines hacia adentro, hasta que haya cancelación perfecta de la polarización incorrecta, en modo circular.
Para ello, inicialmente yo uso de una antena de 1,5 m de chapa, donde instalo el iluminador. El trabajo con una antena más grande es más adecuado para un ajuste, pero requieren subirse y bajarse cada vez que se tocan los pines, y de sólo pensarlo desalienta verdad?
Bueno, vamos a buscar un transponder de los más fuertes. Normalmente yo uso el NSS 7, la frecuencia de 4127 L 3680.
Puedo configurar el receptor para recibir las dos polarizaciónes, L 4127 y R 3680. Después de ajustar la antena, tengo que captar la señal en ambos modos, L y R, con la misma señal y la calidad.
Luego viene el ajuste de los pines, para la supresión del modo no deseado, en este caso la R.
Después de tomar mucho sol, me pareció que la mejor estrategia para esto es la siguiente:
Partiendo de la base de todos los tornillos para afuera, al ras en la parte interna, hago el ajuste de los pines 1, 2, y 3 de los dos lados, hasta obtener la mejor lectura.
Esta configuración es por etapas. Se van girando los pines de a una vuelta por vez, obsevando siempre y cada vez la lectura del medidor en el receptor.
Repita el procedimiento para obtener la lectura mínima de calidad y señal.
Puedo utilizar una pinza para ajustar el tamaño de los pernos, lo que hace una introducción de 0,5 mm a la vez. Si no tiene la pinza, puede contar los giros de los tornillos, haciendo una lectura para cada turno dado.
Con el mínimo para todos los pines 1,2 y 3, empieza el ajuste de las patillas 4 y 5, del mismo modo que el anterior.
Con su calibración se puede poner a cero la calidad de la señal no deseada, y se completará la calibración que es posible hacer con esta pequeña antena.
Al instalar el iluminador en un plato más grande, se observa que aún no se ha obtenido el mejor ajuste, debemos hacer un ajuste de los pines 4 y 5. Los Pines 1, 2, 3 mantienen el mismo tamaño.
Los pines 4 y 5 suelen quedar de igual dimensión, pero puede que sea ligeramente más pequeño que los tres primeros. Este será el toque final, seguro. Luego, los pines deben ser apretados con llave o soldados o cementados.
Todas las ideas y los procedimientos se pueden aplicar a LNBFs turbinados, aunque nunca he hecho experimentos con LNBFs adaptados.
Millones de pequeños detalles y los problemas deben ser resueltos hasta tener el montaje funcionando, pero este estudio es parte del hobby.
En caso de no tener conocimientos tecnicos o no tener paciencia se recomienda comprar una unidad fabricada y calibrada.
Se han construido tres unidades con las dimensiones calculadas anteriormente.
El rendimiento es bueno en todas las unidades. La ganancia es evidente tanto en la polarización lineal como en la circular. No hubo comparaciones con las unidades diseñadas y construidas por otros. Si alguien las puede comparar, envíenos sus comentarios. Actualmente estoy tratando de hacer un proyecto que proporcione facilidad de fabricación y a bajo costo.
El texto publicado corresponde a una version de traduccion al castellano del original en portugues. El blog de FTApinamar solo reproduce el texto e imagenes en su version castellana y no avala su contenido tecnico ni las expresiones vertidos en el mismo, los cuales son de exclusiva responsabilidad de su autor, el Sr. Luis Rondon.
Saludos Cordiales
FTApinamar
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