Antenas onmidireccionales para satélites: Torniquete (turnstile) y Moxon

abril 07, 2024

Tipos de antenas onmidireccionales para trabajar con satelites no geoestacionarios:

Antena vertical en cuarto o media onda
Antena dipolo simple, doblado y JP no es muy recomendable al ser direccional
Antena de cuernos o de orejas de conejo, es una variación del dipolo con un diagrama mas onmidireccional
Antena Turnstile o torniquete

un elemento (radiador)
dos elementos (radiador y reflector), es preferible al evitar la radiación hacia la tierra, que no aporta nada
tres o mas elementos (radiador, reflector y n directores), no conviene aumentar la direccionalidad en el eje vertical pues se evitan las señales de los satélites con baja elevación

Antena Eggbeater o batidor de huevos (Mejor comportamiento que las turnstile)

un elemento
dos elementos, evita la radiación hacia tierra

Antena QFH
Antena Crossed Moxon
Antena TPM

Antenas onmidireccionales o no geoestacionarios usadas para trabajar con satélites polares.

Detalle construtivo de una antena de cuernos para 436 MHZ

Detalle construtivo de una antena dipolo JPpara 436 MHZ

Las antenas de torniquete o molinillo (dos sistemas radiantes en cruz o aspa) son una buena opción para la recepción de satélites de órbita baja por su onmidireccionalidad, las hay compuestas por

Dos dipolos sencillos
Dos dipolos plegados
Dos dipolos sencillos con dos reflectores (tournstile)
Dos conjuntos de dos dipolos enfasados (double tournstile) con o sin reflector
Dos rectángulos
Dos rectángulos cortados Moxon

Antena Moxon

Turnstile con reflector para NOOA (137.1000 MHz - 137.9125 MHz ).
Realmente 52 cm por brazo corresponde a la banda de radioaficionados de 144 MHz (2m), para NOAA sería mejor 54 cm que corresponde a 137,5 MHz (frecuencia central de los NOAA activos), la separacion de 870cm entre radiador y reflector es de 0,42 λ da un lóbulo con 30º de elevación (en la discusión posterior se ve que puede mejorarse)

Turnstile con reflector para MILSAT por I6IBE

A la antena turnstile se le puede añadir un reflector con lo que se obtiene una ganancia por direccional, incluso un segundo radiador situado a una longitud de onda (double turnstile)

Antena doble turnstile para 868,MHz (Satélites LoRa - TinyGS)

Banda = 868-869
fc = 868,5 MHz
λ = 345 mm ; λ/2 = 172 mm ; λ/4 = 86 mm
K = λ/2/radio = 0,172/0,002 = 86 => Tabla ARRL => K= 0,95
Elementos activos = λ/4 * K = 0,086 * 0,95 = 82 mm
Separación entre niveles de radiantes = λ/2 = 172 mm
Separación entre radiantes y reflector = 2λ = 690 mm
Linea unión entre radiantes = λ * Coef. velocidad coaxial = 345* 0,66 = 228mm
Línea retardo = λ/4 * Coef. velocidad coaxial = 82 * 0,66 = 57 mm

Carta Smith

SWR

Reactncia

Impedancia

DISCUSION

Uno de los defectos que presenta la antena turnstile en la recepción de señales de satélites es su baja sensibilidad para las señales procedentes de los pasos de satélites con una baja elevación, esto seguramente se debe a la escasa separación entre radiador y reflector con las que se diseñan estas antenas.
Una posible solución que debe ser probada es aumentar esta separación por encima de una longitud de onda hasta llegar a las dos.
En la curva de impedancia de un dipolo (la turnstile no dejan de ser dos dipolos horizontales cruzados) respecto a su altura respecto al suelo 8ground) se observa que a partir de la media longitud de onda oscila en el entorno de los 70 Ohm es por ello que se pone una linea de adaptación de impedancias

Diagaramas de radiación de un dipolo horizontal en funciónd e su altura respecto a un suelo perfecto. para satelites la altura de 1/2 λ, λ, 1 1/2 λ y 2 λ son las ideales, especialmente la de 2λ

A partir de 40 tramas recibidas con una Turnstile con separación de 3/8 λ con de satélites Spacebee (LoRa 136 MHz) se observa que la media está en 53º. Pienso que se puede mejorar el número de tramas recibidas aumentando la separación

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