Diseño y construcción de una Antena QHF para vhf

Introducción

La polarización circular es una cosa muy curiosa, no es ni horizontal ni vertical, simplemente “circular”. Tienen algunos usos bastante característicos como la comunicación con satélites. Si buscamos una antena con un buen diagrama de radiación, bastante omnidireccional, con polarización circular y estéticamente bonita, probablemente acabemos decantando por una “helicoidal cuadrifilar” (QHF para los amigos). El uso principal que le voy a dar a esta antena va a ser para recibir satélites meteorológicos NOAA, por lo que la frecuencia de diseño va a ser en torno a los 137 MHz.

Cálculos y Teoría

La antena QHF está compuesta por cuatro brazos conductores (hélices) enrollados en espiral alrededor de un eje central vertical. Aunque parece una sola estructura, en realidad se compone de dos bucles verticales rectangulares que están cruzados entre sí a 90 grados y retorcidos 180 grados. Si la analizamos de una forma un poco mas tosca, básicamente son 2 bucles rectangulares conectados en paralelo (así se obtiene una impedancia de 50 ohmios) y retorcidos para que vean el efecto en polarización circular(la direccional que nos interese). Al ser una antena de polarización circular, rechaza las señales que vienen con la polarización contraria (que suelen ser reflejos o ruido del suelo), lo que le da una recepción muy limpia con poco ruido de fondo. La QFH tiene un patrón de radiación cardioide. Esto significa que tiene ganancia desde el horizonte (donde sale el satélite), pasando por justo encima de tu cabeza (cenit), hasta el otro horizonte. No tiene puntos ciegos en el cielo. Para construir la primera versión (Marzo 2020) utilice este tutorial, pero después de 5 años, la actualización va a tener un poco mas de teoría. La antena que he construido no es el diseño “estándar” para estas antenas, sino que tiene una modificación que por lo que he investigado, ajusta mejor la antena, y ahorra el uso de un balun para adaptarla a la linea de transmisión, ya que el balun esta incorporado en la misma estructura de la antena. Se usa uno de los brazos como el propio coaxial de subida a la antena. Por fuera es el elemento radiante de medio bucle y por dentro transporta los vivos de ambos bucles. Para las medidas, he utilizado esta calculadora que ademas de darte las medidas, también genera una plantilla en pdf para la antena.

Montaje

Los materiales que he usado son:

• Tubo PVC 50mm de diámetro (2m)
• Tubo PVC 20mm de diámetro (~6m)
• Coaxial RG58 muy bajas perdidas
• Pegamento de PVC
• Cable de 6mm2
• Pintura blanca

La diferencia entre el resto de montajes y el mio es que normalmente, los brazos helicoidales van sueltos, mientras que los míos van a ir recubiertos de pvc doblado con mucho cuidado siguiendo la forma que necesitamos. Lo primero que hice fue imprimir las plantillas generadas por la calculadora y realizar los agujeros. El siguiente paso eran los segmentos horizontales de los bucles, una vez estaban colocados tocaba la parte mas complicada: doblar los brazos helicoidales de la forma correspondiente, teniendo en cuenta que son tubos de pvc, decidí hacerlo con una pistola de aire caliente y una plantilla de madera que construí con la forma correspondiente, ya que era el paso mas complicado y delicado de todo el montaje. siendo los brazos de pvc rígido, no me hace falta el anclaje a 90 grados.

Después de varios días en este paso, consigo acabar los brazos, y al presentarlo queda decente. El siguiente paso es cablear la antena. ¿porque cablear la antena es lo mas difícil? porque hay que meter muchos cables en una estructura que no tiene casi agujeros (para evitar entrada de humedad) y que queden perfectamente colocados, ademas de en la medida adecuada, sino va a ser un trabajo realmente complicado en el ajuste. Decidí medir y soldar los cables antes de meterlos, salvo la soldadura final que “cierra los lazos” y lo introduje por la parte inferior de la antena. Con mucho cuidado y varias guías conseguí que cada cable fuera a donde le correspondía sin liarse por el camino de 1,5m vertical de la antena.

Una vez conseguido esto, nos queda soldar el vivo a 2 brazos, y la malla al otro brazo correspondiente

Con la antena soldada, antes de cerrarla queda comprobar con un analizador de redes (nanovna) que se ajusta a la para la que se ha diseñado la antena. Una vez ajustada y resoldada procedemos a cerrar y acabar de pegar todas las uniones con pegamento de pvc y por ultimo pintar la antena, ya que el ambiente hostil que es el tejado de una casa no perdona.

Ajuste y Mediciones

Bueno, este es un paso previo a cerrar la antena, pero es de vital importancia. al ser una antena tremendamente complicada de montar, nos interesa que las longitudes sean las correctas, pero debido al proceso de fabricación no siempre lo son, asique toca compensar todo lo que podamos. Es un proceso de prueba y error: Una vez soldado por primera vez todo, presenté la antena y medí con el nanovna. El primer resultado se iba por encima de la frecuencia de diseño. Corte los cables apurando lo máximo posible, volví a soldar y medir, esta vez se ajustaba mas, aunque seguía por encima de la frecuencia diseñada, el error esa admisible porque el ancho de banda era suficientemente grande, asique me conformé con esa medida. El análisis con el nanovna mostraba esto:

Si analizamos la captura, la impedancia real deja mucho que desear: 41,5 ohmios en lugar de 50, pero teniendo en cuenta que esta antena es para recepción y no para emisión, tampoco es un valor tan malo, teniendo en cuenta también las dimensiones de la misma. En cuanto al SVR, -19dB, no esta nada mal para este montaje. la ROE si esta algo alta, 1,24, pro como he dicho, no vamos a emitir con ella asique es un valor asumible. Lo mas preocupante es que no se ha quedado clavada en la frecuencia de diseño, que eran 137 MHz, pero sigue siendo un buen radiador a esa consigna.

Conclusiones

La verdad que ha sido una antena chula de construir y aun mas chula de ver colocada, es estéticamente bonita y bastante resistente. Lamentablemente, mientras realizaba el proceso de construcción, la agencia NOAA decidió desmantelar en agosto de 2025 los satélites NOAA-15 y NOAA-19 debido al fin de su vida útil, por lo que el principal uso de esta antena no va a ser utilizado. Aunque viendo la parte positiva, tengo una muy buena antena para la banda de VHF, con polarización circular, eso significa que puedo recibir tanto vertical como horizontal, aunque pierda 3db, la ganancia sigue siendo decente. Ademas, todavía existen en orbita satélites vhf, por lo que algún otro uso le podré dar. Y si, se que las fotos del montaje no son las mas elegantes, pero en el momento en el que construí esta antena, no tenia en mente hacer una entrada.

Bibliografía

He sacado mucha información de páginas como: EA7AHG SDR-es jcoppens radionugget