armando antenas y escuchando ondas de radio
Hertz no se dió cuenta de la importancia a nivel práctico que tenían sus experimentos con ondas de radio. Declaró que:
No tienen uso alguno... esto es solo un experimento que demuestra que el Maestro Maxwell estaba en lo correcto—tenemos estas misterioras ondas electromagnéticas que no podemos ver a ojo desnudo. Pero están ahí.
Cuando se le preguntó acerca de las aplicaciones que sus descubrimientos podían tener, Hertz respondió:
Ninguna, supongo.
Introducción
El telégrafo cambió la forma en que se luchaban las guerras. El teléfono redujo las distancias, brindando un sentimiento de cercanía en nuestra sociedad. Las ondas de radio... transformaron todo.
Me resulta fascinante el contraste entre las afirmaciones de Heinrich Hertz y lo que terminó sucediendo. La aplicación práctica de las ondas de radio revolucionó completamente el siglo XX.
Podríamos hacer una extensa lista de todas las cosas que no hubieran pasado si este descubrimiento no se hubiese hecho, pero creo que lo podemos resumir en lo siguiente:
- No hubiéramos ido a la luna
- No tendríamos radio ni televisión
- No tendríamos teléfonos celulares
Imaginate un siglo XX sin ninguna de esas cosas y sus ramificaciones. Estaríamos viviendo en un planeta totalmente distinto.
Pero esto no es un post acerca de tecnología o cómo la misma cambió al mundo. Si querés leer sobre eso tenés este otro post.
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Des-intermisión
En este post no voy a ahondar sobre conceptos físicos ni teóricos acerca de electromagnetismo, ondas de radio, antenas, y demás.
Primero, porque es largo y aburrido. Segundo, porque honestamente no sé mucho sobre antenas.
Desde hace años que tengo un RTL-SDR y siempre quise utilizarlo para escuchar algo por fuera de la frecuencia de radios FM. Resulta que, para hacer eso, necesitás una o varias antenas.
Existen decenas de diseños de antenas distintos, cada uno con sus ventajas y desventajas. Esto es porque no existe una antena que funcione óptimamente para todos los casos/frecuencias. Pero en sí, para lo que es recepción de señales (u ondas de radio, como le quieras decir), una antena puede ser cualquier pedazo de cable o caño de metal que tengas al alcance.
No es joda. Una de las antenas más "simples" de hacer para captar frecuencias altas es... literalmente un pedazo de cable largo tendido entre dos postes:
Figura 1: una "random wire antenna"
En mi caso, me decidí por intentar hacer las siguientes tres antenas:
- Una antena dipolo "estándar"
- Una antena de "bucle magnético"
- Una antena dipolo V invertida
Todas estas antenas las intenté hacer con la mayor cantidad de material reciclado posible porque no tenía ganas de gastar mucha plata en esto. Incluso algunos cables me los robé de la calle.
Si bien con cualquier pedazo de cable podemos capturar señales que estén viajando a través del campo electromagnético, necesitamos una forma de interpretarlas. Acá es donde entra juego el "SDR". En términos simples, es un aparatito mágico que con la ayuda de alguna matemática y ciertos circuitos electrónicos permite que tu computadora pueda interpretar las señales.
Es un aparatito como este:
La parte que tiene un USB se conecta a tu computadora. La otra parte, que tiene un conector dorado llamado SMA, se usa para conectarlo a la antena.
Antena dipolo estándar
Si un pedazo de cable o caño es la antena más simple, el dipolo se lleva el segundo puesto. Básicamente son dos pedazos de cable.
A pesar de eso, hay muchas formas de construir un dipolo. En este caso, construí lo que voy a llamar un dipolo "estándar" o clásico, que tiene una forma de T, como se aprecia en la siguiente figura:
En las antenas dipolo, a cada "pedazo de cable" se lo llama pata. El largo de las patas influye en la frecuencia que tu antena va a recibir mejor.
"la frecuencia que tu antena recibe mejor" se suele llamar frecuencia central o frecuencia resonante. Una antena puede captar distintas frecuencias, pero siempre va a captar mejor a la frecuencia resonante.
Y en el caso de este tipo de antenas, mientras más cortas sean las patas, más alta va a ser la frecuencia resonante. Y mientras más largas sean, más baja será.
La construcción de un dipolo es bastante simple: cortás dos pedazos de cable. Uno va a ser la pata izquierda, el otro la pata derecha. Los alinéas horizontalmente procurando mantener una pequeña separación entre ambos. Después conectás una de las patas al conductor exterior del cable coaxial, y luego otra al conductor núcleo.1
Después conectás el cable coaxial a tu SDR y tirás la antena en algún lugar alto y listo. Tu primer dipolo.
Es la primera vez que menciono un cable coaxial en este post. Como dije antes, no voy a ahondar demasiado, pero básicamente lo podés pensar como el cable que transmite la señal capturada por la antena hacia el SDR.
Para esta antena disponía de los siguientes materiales:
- Dos antenas telescópicas (las cuales habré sacado de alguna radio antigua rota en algún momento de mi vida)
- Tablitas de madera "fibrofácil" (recicladas de proyectos artisticos fallidos)
- Pedazos varios de cables de cobre viejos
- Un pedazo caño de PVC termofusión
Con un poco de pegamento, una agujereadora y muy poca paciencia, este fue el resultado:
La caja de fibrofácil la hice a mano cortando las tablitas y pegándolas. Esta caja asegura la separación entre ambas patas del dipolo. En teoría también debería servir para que estén alineados horizontalmente, pero como soy impaciente no esperé a que el pegamento se seque del todo y las patas quedaron algo torcidas formando un ángulo (esto no afecta demasiado a la recepción).
En la parte de abajo de la caja hice un agujero para poder hacer pasar el caño de PVC. La idea detrás de esto era poder subir la antena lo más alto posible, haciendo que no esté en contacto con... el techo de mi casa o lo que fuere.
El hecho de que cada pata del dipolo sea "telescópica" es una ventaja interesante de esta antena:
Como mencioné antes, el largo de las patas afecta a la frecuencia resonante. Al ser telescópicas, puedo cambiar a gusto la frecuencia resonante del dipolo, simplemente extendiendo o contrayendo las patas.
¿Qué logré capturar?
Además de estaciones de radio FM, pude captar audio de canales de televisión.
Estoy seguro que este audio no es el del sistema de televisión digital terrestre en Argentina (TDA), ya que en ese sistema tanto el audio como video son transmitidos de forma digital... Mientras que lo que recibí acá es claramente una señal analógica.
La TDA existe desde 2008 en Argentina, a esta altura no debería haber canales de televisión que transmitan de forma analógica. 2
Aparentemente el apagón de las transmisiones analógicas algo que se viene postergando y en 2 meses va a dejar de existir:
Antena de bucle magnético
Las antenas de bucle magnético o "magnetic loop antenas" son totalmente distintas a las dipolo.
En vez de tener dos pedazos de cables ubicados de forma horizontal, tenemos... un bucle hecho con cable coaxial.
Así se ven estas antenas:
¿Por qué harías una antena como esta en vez de un dipolo?
El problema del dipolo es que, mientras más bajas sea la frecuencia resonante, más grande tiene que ser la antena.
Por ejemplo, si querés hacer un dipolo que tenga una frecuencia resonante de 20 MHz, vas a terminar con una antena que tiene como 7 metros de largo.
En cambio, con una de bucle magnético, terminarías con un círculo de algo de 1 metro de diámetro.
Para esta antena disponía de los siguientes materiales:
- Un cable coaxial "quad-shield" (robado de la calle)
- Un toroide de ferrita (sacado de una motherboard quemada)
- Cables de cobre
Básicamente, seguí esta guía: DIY: How to build a Noise-Cancelling Passive Loop (NCPL) antenna.
En comparación con el dipolo, la construcción se dificulta. Tenés que cuidadosamente manipular el cable coaxial y soldar bien todo.
Para complicar más las cosas, la guía específica que tenés que usar un balun para esta antena.
¿...qué carajo es un balun?
Acá tenés una explicación detallada que incluso explica las diferentes formas de balunes que existen.
Yo no leí esa explicación detallada. Pero según lo que sé actualmente: la impedancia es la oposición al paso de la corriente alterna, medida en Ohms. Las antenas tienen una impedancia dada. Los cables coaxiales también tienen una impedancia, que puede ser distinta a la de la antena. El receptor SDR también maneja un valor impedancia. Si en tu sistema antenístico no intentás "arreglar" las diferencias entre impedancias, vas a tener peor rendimiento y pérdidas en la señal. Los balunes ayudan a regular la impedancia y que todo el sistema trabaje bajo un mismo valor.3
En fin. Hay varias formas de hacer un balun casero. Una de ellas consiste en agarrar un toroide de ferrita y darle una cierta cantidad de vueltas con un cable de cobre.
Las plaquetas de dispositivos electrónicos antiguos suelen tener estos toroides. Se ven así:
En mi caso, saqué uno de una motherboard rota y lo convertí en el peor balun del mundo. Digo esto porque al armar un balun tenés que tener en cuenta las dimensiones del toroide y las cantidad de vueltas que le das con el cable. Yo no tuve en cuenta nada.
Después de toda esta explicación, estarás pensando: "wow sí o sí necesito un balun si quiero recibir señales".
No. Las diferencias de impedancia afectan más a la transmisión de señales que a la recepción. Las pérdidas que tengas por no usar un balun al recibir señales son negligibles. Así que no te preocupes y no gastes tiempo en construir o conseguir uno.
Yo no lo sabía en ese momento.
¿Qué logré capturar?
Nada fuera de estaciones de radio FM.
Realmente me rendí con esta antena. Si bien logré armar el bucle y conectar/soldar todo másomenos como se debía, no tenía manera fácil de conservar la forma circular de la antena y subirla a mi techo para poder capturar más cosas.
De todas formas, es un diseño de antena interesante. Si algún día ves un pedazo de cable coaxial cortado en la calle, tranquilamente lo podrías intentar convertir en una antena de estas.
Antena dipolo V invertida
Ante el fracaso de la antena de bucle volví a lo simple, a lo que sabía que funcionaba. Dipolo my beloved.
El dipolo V invertida es una variación del dipolo estándar. En este caso, en vez de tener las dos patas horizontales, están orientadas hacia abajo, formando una V invertida:
¿Cuál es la ventaja de hacer esta antena?
Como la imagen lo muestra, en el dipolo estándar necesitás tener 2 soportes para fijar cada pata. En el dipolo invertido solo usás un soporte, y las patas las fijás en el piso.
Además este tipo de antena tiene menor impedancia que el dipolo estándar pero no vamos a ahondar en eso.
En este caso quería construir una antena con una frecuencia resonante de 30 MHz. Según la calculadora que usé, estas serían las dimensiones finales:
Un mástil de 1.76 metros de altura, con cada pata midiendo 2.28 metros de largo (sin contar los soportes). El largo total de la antena ocupa 3.52 metros.
La lista de materiales es casi la misma que el dipolo original. Fibrofácil, caños, cables, tornillos.
balun incluido!!!1
¿Qué logré capturar?
De todo, menos cosas en la frecuencia resonante.
Esto es por varias razones, pero principalmente porque desplegué la antena así no más. En general, se recomienda tener las antenas lo más alto posible, alejadas de otros elementos que puedan causar interferencias (metales, cables, árboles, dispositivos electrónicos). Digamos que mi antena no estaba muy alejada.
Otra cosa que aprendí al momento de construir esta antena es a usar el control de ganancia en la aplicación de SDR que uso en la computadora. Básicamente el control de ganancia te permite "amplificar" (con muchas comillas) las señales que estás recibiendo, haciendo más fácil distinguirlas.
Esto, más el hecho de que es una antena más grande y que estaba más alta que el primer dipolo, me permitió capturar:
- Torres de control de aeropuertos
- Aviones
- Comunicaciones entre radioaficionados
Lo que más me sorprendió es que logré capturar a un radioaficionado que estaba hablando a través de un handy a 60 km de distancia de mi casa.
El siguiente video tiene una recopilación de capturas que realicé con la antena.
Notas finales
que divertido, no?
Próximamente
Cómo armar un radiotelescopio casero en tu casa usando materiales reciclados