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Combipole Multiples Estaciones de
AM en una Torre un Nuevo Enfoque
26-MAY/2011
Desde los inicios de la
transmisiones en VHF y UHF, estaciones de TV y FM en los USA y resto del
mundo, han aprovechado los ahorros que se obtienen al usar una torre para
instalar múltiples antenas.
Recientemente, estaciones de FM y algunas de TV comparten el uso de una sola
antena de banda amplia lo que resulta en ahorros adicionales.
Existen casos de estaciones de AM compartiendo una antena convencional
alimentada en serie, pero estos arreglos se complican por el hecho que la
antena muestra diferente resistencia de radiación y longitud eléctrica a la
frecuencia de cada usuario y los componentes de combinación y aislamiento no
pueden ser segregados nítidamente por usuario.
La antena folded unipole propiamente diseñada, permite a estaciones de AM
obtener ahorros al compartir una misma torre y antena como lo hacen
estaciones de FM y TV. Es más, las propiedades de la antena folded unipole
permiten optimizar la aparente longitud eléctrica y punto de impedancia para
cada usuario dentro de límites prácticos.
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Sistema de antena Combipole instalado en
Aguascalientes, Mexico. Cada uno de los gabinetes incluye acoplador y
filtro de rechazo. Las frecuencias se alimentan y ajustan
individualmente por separado |
Fundamentos de la Folded Unipole
Antes de considerar una antena folded unipole para múltiples estaciones,
viene al caso revisar los fundamentos de dicha antena. La antena monopolo
convencional de AM alimentada en serie es simplemente medio dipolo
polarizado soportado en el punto de alimentación, pero aislado de, el
terreno y su sistema de tierra.
Si medio dipolo doblado, verticalmente polarizado, se coloca en el terreno
con una parte del dipolo conectado al sistema de tierra y la otra parte
designada punto de alimentación, da como resultado el monopolo doblado o
como se le conoce comúnmente antena folded unipole.
La folded unipole puede considerarse como un caso especial de la antena
alimentada en derivado, y así es como la consideran la autoridades
reguladoras de los Estados Unidos. La antena de cable inclinado alimentada
en derivado tiene una base a tierra y su cable de alimentación que se
“inclina” hacia arriba desde tierra en el punto de conexión con la línea de
transmisión al punto de conexión en la torre, que usualmente es escogido
como el punto en que la porción de resistencia de la impedancia de la antena
es de 50 ohmios. Algunas alimentaciones en derivado son alimentadas desde el
centro de la torre. Tipicamente, alimentaciones derivadas son asimétricas y
usan un sólo cable.
Esto tiene la desventaja de distorsionar el patrón de radiación, reduciendo
el ancho de banda, y causando dificultades en los ajustes debido a la
presencia de impedancias altamente reactivas.
La folded unipole se puede considerar como una antena alimentada en derivado
con cables verticales, en vez de inclinados, instalados simétricamente a la
torre. Los cables de alimentación, que se conocen como “faldas” "cables
caidos" o "cables doblados", se colocan en o cerca de la punta de la torre.
Debido a que los cables doblados son verticales y simétricos, no causan
distorsión a los patrones de radiación vertical y horizontal.
De hecho, el patrón de radiación teórico de la antena folded unipole es
virtualmente idéntico al de una antena monopolo de la misma altura
alimentada en serie. Esto ha sido confirmado por estudios de la Marina de
los Estados Unidos y por investigaciones hechas por LBA Group.
Propiedades de la Folded Unipole
LBA Technology, Inc. fabrica el Tunipole ™ , un sistema folded unipole
avanzado, que al instalarse modifica un radiador existente alimentado en
serie. Cualquier altura de torre puede modificarse a una Tunipole ™ del tipo
folded unipole, con beneficios significativos. Sin embargo, si el radiador
existente en serie es menor del cuarto de onda en altura eléctrica, el
modificarlo a una Tunipole ™ le proporcionará grandes mejoras.
Primero, la antena Tunipole ™ incrementará la altura eléctrica y la
resistencia de la radiación, lo que resulta en alta eficiencia, un
equiparamiento más fácil de la impedancia a la línea de transmisión y una
mejor estabilidad durante mal tiempo.
Segundo, el anadir la conexión de circuitos apropiados de los cables
doblados a la torre en un segundo punto debajo de la conexión más alta,
permite que la impedancia de base de la Tunipole ™ pueda cambiar. Así, este
circuito puede moverse hacia arriba o hacia abajo en la torre para ajustar
la impedancia, tanto la resistencia como la reactancia. Al combinar este
ajuste con el ajuste de distancia de los cables doblados a la torre, el
dinámico ancho de banda del sistema de antena puede expandirse
significativamente y ser controlado mejor que una antena en serie
equivalente.
Tercero, la adición de los cables doblados al radiador en serie, le aumenta
su anchura, incrementando aun más el ancho de banda.
Cuarto, el aislador de base es obviado, lo que trae la base de la torre al
potencial de tierra. Los transformadores para luces pueden eliminarse, el
acoplador puede montarse en la torre, y la defensa contra rayos se refuerza.
Antenas adicionales y líneas de transmisión pueden añadirse a la torre sin
necesitar el uso de aisladores como transformadores o isoacopladores. A
niveles de alta potencia, particularmente en torres autosoportables, este
beneficio se traduce en ahorros en los costos de construcción.
Finalmente, pero no menos importante, una antena alimentada en serie,
asociada con un sistema de tierra limitado, al ser modificada a una Tunipole
™ tendrá un aumento en la intensidad de campo atenuada. Esto se debe a que
la corriente radiada se divide entre la torre y los cables doblados de la
Tunipole ™ en proporción inversa a la resistencia de cada uno, incrementando
la resistencia de la radiación aparente. Así, cuando la resistencia de
tierra es alta debido a un sistema de tierra corto, deteriorado o de pobre
conductividad, una mayor caída de voltaje ocurrirá en la porción de la
torre, incrementando la eficiencia total del sistema.
Aplicaciones de las Antenas Tunipole ™ del tipo Folded Unipole
Teniendo en mente las propiedades y teoría de la folded unipole, algunos
usos son aparentes. Para estaciones que operan con antenas alimentadas en
serie menores del cuarto de onda, la Tunipole ™ puede utilizarse para
mejorar el ancho de banda y un mejor sonido estéreo, mejorar la eficiencia
cuando hay problemas con el sistema de tierra o para transformar una antena
de AM en una fuente de ingresos al alquilar espacio en la torre a otros
usuarios.
La Tunipole ™ puede ser beneficiosa para una estación que está cambiando a
una frecuencia más baja. Mejor eficiencia puede obtenerse al usar la
Tunipole ™ en una torre que sería eléctricamente corta al operar en una
frecuencia más baja, y el reemplazo del sistema de radiales puede evitarse.
La antena Tunipole ™ puede utilizarse para agregar operación de AM a una
torre existente que ya está aterrizada o es de mayor altura que la
necesaria.
Al considerar la construcción de una nueva estación, la Tunipole ™ puede
incorporarse al diseño original para tomar ventaja de un número de ahorros
en costos. Dado que el aislador de la base, transformadores para luces, y un
montaje separado para el acoplador son innecesarios, su costo puede
eliminarse. Una torre corta de altura puede erigirse, resultando en un
ahorro de materiales (y quizá luces de obstrucción y marcas). Una torre más
corta puede ser más fácil de aprobar por las autoridades locales si hay
restricciones. Si el único terreno que hay es de menor área o es lo único
que puede adquirirse, un sistema de tierra más corto puede utilizarse. Claro
que también pueden hacerse planes para acomodar otros inquilinos ya que la
torre estará puesta a tierra.
Presentando la Combipole ™ una Folded Unipole Compartida
Si una estación nueva puede ahorrar dinero en materiales, acero, cobre y
terreno al construir una antena folded unipole, z no sería más conveniente
si dos o más estaciones pueden compartir el uso de dicha antena?
Afortunadamente esta conveniencia es posible con la antena Combipole ™ de
LBA Technology, Inc.-? hasta tres antenas en una!
Normalmente para una torre triangular de secciones cruzadas, tres, seis, o
nueve cables doblados se instalan simétricamente en la torre para un diseno
Combipole ™ . Su número depende de la potencia de la estación, el medio
ambiente y otros factores. Es posible utilizar cada uno de los cables
doblados para alimentar una estación o utilizar una combinación de los
cables doblados para ello. La Combipole ™ es disenada específicamente para
implementar este propósito.
Típicos de estos sistemas es la Combipole ™ construida para Radio Grupo en
Aguascalientes, México. Eléctricamente diseñada y fabricada por LBA
Technology, Inc., en cooperación con Lawrence Behr Associates, Inc. el
sistema Combipole ™ sirve a XEBI, 790 kHz, 5 kW; XEUVA, 1170 kHz, 5kW y XERO,
1490 kHz, 1 kW. ( El mismo equipo de diseño ha implementado varios sistemas
desintonizadores para tres estaciones, utilizando los mismos principios).
Otro sistema típico Combipole ™ fue diseñado y fabricado para dos estaciones
en Tampico, México. XEMTS opera en 780 kHz con 1 kW y XETO, 950 kHz con 1
kW. Ambas son parte del Grupo AS en Tampico.
La torre original, alimentada en serie, de 96 metros de altura fue derribada
durante una tormenta tropical. La ciudad no permitió el reemplazo de una
torre de la misma altura y el terreno fue limitado a un espacio de 100 pies
por 250 pies, haciendo difícil el anclaje y limitando el sistema de
radiales.
La nueva torre fue limitada a 75 metros, lo que representó una reducción en
altura eléctrica de 109.5° a 85.5° para 950 kHz y de 90° a 70.2° para 780
kHz. El sistema de radiales fue limitado a menos de la mitad de lo normal.
Es más, una antena de FM de seis elementos se instaló en la torre desde la
punta hasta el nivel de 60 metros.
Un copete capacitivo se instaló en la punta de la torre con los cables
doblados suspendidos desde el copete. Aislantes de fibra de vidrio se
utilizaron en la apertura de la antena de FM. La porción conductora de los
cables doblados empieza al nivel de 60 metros de la torre donde están
conectados a la misma.
Los circuitos de la torre a los cables doblados para los dos conjuntos de
cables doblados se ajustaron independientemente para establecer las
impedancias. Después de la instalación se ajustaron y midieron las
impedancias. En 950 kHz la impedancia fue 50 +j400 ohmios y en 780 kHz,
45+j128 ohmios. La estabilidad del sistema Combipole ™ fue demostrada cuando
al cabo de un ano se midieron las impedancias y se encontró que eran
idénticas, no habían cambiado nada.
El sistema Combipole ™ no solamente es estable, los reportes de los oyentes
confirman una mejoría en la recepción de la señal con una folded unipole más
corta comparada con una antena en serie de mayor altura con el mismo sistema
de radiales limitado. Reportes similares fueron recibidos cuando el sistema
en Aguascalientes entró en servicio.
Hay que hacer notar que los acopladores individuales para cada estación,
contienen los componentes para rechazar las otras señales, al igual que
unidades comparables para antenas en serie con multiusuarios.
Sin embargo debido a que cada estación cuenta con un punto de alimentación
separado en la Combipole ™ , los componentes del acoplador son menos
interactivos entre los usuarios.
La relativamente poca interacción de los componentes del acoplador de cada
estación, permite de una manera práctica a cada estación tener la función de
acoplamiento y ajuste en gabinetes separados bajo su propio control una
situación análoga con multi-antenas de FM y TV.
Aun más, la versatilidad de ajuste independientemente de la impedancia de
una folded unipole múltiple, permite un mejor equiparamiento y puede crear
la apariencia de una longitud eléctrica mayor como se discutió
anteriormente.
Es posible, con un apropiado diseño eléctrico y mecánico, producir un
sistema de antena estable y eficiente que puede ser compartido por dos o más
estaciones de AM con las economías de compartir local físico y las ventajas
agregadas de una torre aterrizada en la base más las otras propiedades de la
folded unipole. El sistema Combipole ™ de LBA Technology facilita estos
sistemas múltiples y esta demostrado en la práctica que mejoran la cobertura
y la calidad de las estaciones de AM que lo utilizan.
Una línea completa de sistemas de antena Combipole ™ para todas las
potencias y alturas de torres están disponibles en LBA Technology, Inc
Para mas información
www.lbagroup.com/technology o contacte a Javier Castillo
jcastillo@lbagroup.com |
