Mejoras en mi antena de radioaficionado casera

(Publicado originalmente en inglés en Google+.)

Ayer trabajé un poco en mi antena de bucle magnético. Una forma más correcta de denominarla sería "antena de bucle magnético pequeño", o SMLA en sus siglas en inglés. Consiste en un cable que forma un círculo y está conectado a un condensador variable. El bucle de cable forma una inductancia, que junto con la capacitancia del condensador forma un circuito resonante. Realizando las conexiones adecuadas se puede utilizar una SMLA para recibir y transmitir señales en la frecuencia de resonancia de la SMLA, que se puede variar girando una rueda para variar la capacitancia del condensador.

Como podéis imaginar, cuanto más resonante sea la antena, mejor es: las señales presentes en esa frecuencia se amplifican más. Además, cuando la antena es más resonante tiene un ancho de banda menor: la energía presente en la antena se concentra en una banda de frecuencias más estrecha. La cantidad de resonancia viene dada por un número llamado "factor de calidad", o Q. Al factor Q lo afectan los valores de la inductancia, capacitancia y resistencia de la SMLA. En particular, cuanto menor sea la resistencia, mayor será el valor de Q. Al fabricar una SMLA es importante reducir lo máximo posible la resistencia eléctrica para obtener el mejor valor de Q.

Hay otro motivo por el que es importante reducir la resistencia eléctrica si queremos fabricar una SMLA capaz de transmitir: la resistencia a la radiación de la antena es muy pequeña, en el orden de miliohmios, así que cualquier resistencia adicional reduce muchísimo la eficiencia de la antena.

La gente como yo, que estamos acostumbrados a tratar con corrientes continuas, tendemos a pensar que para lograr esto tenemos que utilizar cables de calibre grueso, soldar todas las conexiones para reducir las pérdidas de contacto, etc. Hace un par de semanas medí la resistencia de mi SMLA y obtuve un valor de 50 miliohmios, que no suena tan mal; sin embargo, el factor Q de mi antena parecía bastante bajo y nadie era capaz de oír mis transmisiones.

De lo que no me había dado cuenta es de que las corrientes alternas (y las ondas de radio que circulan por un cable son corrientes alternas) no viajan ocupando toda la sección del cable, como lo hacen las corrientes continuas: existe un fenómeno llamado "efecto pelicular" por el que esas corrientes sólo circulan por la superficie del conductor (por su "piel"). Cuando mayor es la frecuencia, menos profundidad tiene esa piel: por ejemplo, en el cobre, a 14 MHz, la mayor parte de la corriente circula a menos de 17 micrómetros de profundidad.

La primera consecuencia de este efecto es que la resistencia de un cable no se reduce con el cuadrado del diámetro de su sección como ocurre con corrientes continuas, sino que se reduce linealmente con el diámetro. Por lo tanto, el uso de cable de grueso calibre no ayuda mucho. Lo que hay que utilizar en su lugar es cinta de cobre, ya sea plana o trenzada. La cinta trenzada tiene mucha área de superficie para su volumen, así que debería presentar una resistencia baja a la corriente alterna.

La segunda consecuencia es que se deben evitar las soldaduras: ya que la corriente circula por la superficie, los puntos de la superficie que estén cubiertos de estaño tendrán una conductividad menor que la superficie de cobre desnudo.

Teniendo esto en cuenta, ayer rehice las conexiones entre el bucle de cable y el condensador de mi SMLA, sustituyendo los cables de grueso calibre por cintas de cobre trenzadas. Las conecté utilizando tornillos y arandelas de manera que estuviesen bien apretadas contra los terminales del bucle y del condensador, asegurándome de que se esté tocando toda el área de superficie posible.

Con este cambio parece que ha aumentado el factor Q de mi SMLA: ahora puedo utilizar un ancho de banda de unos 40 kHz antes de tener que resintonizar la antena, mientras que antes podía utilizar unos 60 kHz. Esperaba ver también una mejora en el rendimiento en transmisión, pero lamentablemente nadie oyó mis transmisiones en todo el día de hoy. Supongo que mi antena aún no es lo bastante buena.

Puede que haya otra explicación a esta incapacidad de hacerme oír, no obstante. Usando una radio de onda corta pude oir señales espúreas alrededor de la señal que quería transmitir, y usando un receptor RTLSDR pude ver el espectro de radio que rodea a la frecuencia en la que mi transmisor estaba sintonizado, y había muchas espúreas e imágenes durante la transmisión. No sé si es un fallo de mi transmisor en particular o un fallo de diseño. En cualquier caso, esto me sugiere que tal vez se esté desperdiciando mucha energía en esas espúreas. Eso es definitivamente algo que tendré que investigar de nuevo a fondo.