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"Efectos de la instalación de monopolos de VHF/UHF a distintas alturas" by Ismael Pellejero Ibáñez is licensed under a Creative Commons Reconocimiento-No comercial-Sin obras derivadas 3.0 España License. |
Efectos de la instalación de monopolos de VHF/UHF a distintas alturas
Effects of the installation of VHF/UHF monopoles at different heights
La altura a la que se instala una antena monopolo sobre el suelo puede tener implicaciones en su eficiencia de radiación, ya que parte de la energía radiada por la antena se refleja en la tierra y vuelve hacia la antena. Dependiendo de la altura "h" a la que se sitúe la antena sobre el suelo, la onda reflejada interferirá de forma constructiva o destructiva con la onda radiada, causando que la resistencia de radiación y por tanto la ganancia sean distintas en función de la altura "h". La altura de la antena también influye en otros parámetros de un enlace de radio, como las posibles intersecciones de obstáculos con el elipsoide de la primera zona de Fresnel. En este análisis solamente se consideran parámetros inherentes a la propia antena.
The height over ground at which a monople antenna is installed may have implications on its efficiency of radiation because part of the energy radiated by the antenna is reflected on the ground and returns to the antenna. Depending on the height "h" at which the antenna is located over ground, the reflected wave will interfere positively or negatively with the radiated wave, causing the radiation resistance and the antenna gain to be different as the height over ground "h" changes. This height has influence in other parameters of a radio link, such as possible intersections of obstacles with the ellipsod in the first Fresnel zone. In this analysis, only parameters related with the proper antenna are considered.
Modelo utilizado para el análisis
Antenna model used for the analysis
Fichero 4NEC2 / 4NEC2 file:
Monopolo_L4_VHF_tierra_real_Hvar_RH.nec
Para el análisis en VHF, la antena está formada por un monopolo de 1/4 de longitud de onda y 4 radiales de la misma longitud dispuestos a 90º respecto al monopolo, diseñada para una frecuencia central de 146 MHz (L = 2,05 m). Se ubica a una altura "h" variable sobre el suelo. En el análisis se consideran alturas de hasta 12 metros (0 < h <= 12 m) y una tierra infinita de tipo medio.
Para el análisis en UHF, las condiciones son idénticas pero con una antena diseñada para una frecuencia central de 435 MHz (L = 0,7 m).
For the VHF analysis, the antenna consists on a quarter-wavelength monopole and 4 radials of the same length at 90 degrees. It is designed for a central frequency of 146 MHz (L = 2,05 m) and located at a variable height "h" over ground. In the analysis, we consider heights up to 12 meters (0 < h <= 12 m) and an infinite ground of average type.
For the UHF analysis, the conditions are identical with the exception of the antenna, which is designed for a central frequency of 435 MHz (L = 0,7 m).
Efectos en la relación de onda estacionaria (ROE)
Effects on the standing wave ratio (SWR)
Gráfica de ROE vs altura sobre el suelo (h) en metros para la antena de VHF
SWR vs height over ground (h) in meters for the VHF antenna
Gráfica de ROE vs altura sobre el suelo (h) en metros para la antena de UHF
SWR vs height over ground (h) in meters for the UHF antenna
En ambos casos, los efectos en la relación de onda estacionaria son ínfimos y solamente se aprecian si la antena está ubicada a poca altura.
In both cases, the effects on the standing wave ratio are extremely low and only seen if the antenna is placed at a low height.
Efectos en la ganancia de la antena
Effects on the antenna gain
Evolución del diagrama de radiación vertical vs altura sobre el suelo (h) en metros (VHF)
Evolution of the vertical radiation pattern vs height over ground (h) in meters for the VHF antenna
Gráfica de ganancia en dBi vs altura sobre el suelo (h) en metros para la antena de VHF
Antenna gain in dBi vs height over ground (h) in meters for the VHF antenna
Se observa que la altura óptima para un monopolo en la banda de 2 metros está en torno a los 6 metros (3 veces la longitud de onda). Si el monopolo se sube a unos 12 metros (6 veces la longitud de onda), la antena tendrá unos 9 dB menos de ganancia que en el caso anterior. Las ganancias están calculadas considerando un ángulo de despegue de 5 grados. La curva de ganancia es periódica.
It can be stated that the optimal height over ground for a monopole in the 2 meters band is around 6 meters (3 x wavelength). if the monopole is installed at 12 meters (6 x wavelength), the antenna will have 9 dB less of gain compared with the previous case. All gains have been calculated at a takeoff angle of 5 degrees. The gain curve is periodic.
Gráfica de ganancia en dBi vs altura sobre el suelo (h) en metros para la antena de UHF
Antenna gain in dBi vs height over ground (h) in meters for the UHF antenna
Para el caso de la banda de 70 cm, considerando mástiles de hasta 12 metros existen varias alturas de interés: 2 m, 6 m y 10 m, correspondientes a 3 veces, 9 veces y 15 veces la longitud de onda. También existen alturas a evitar: 4 m, 8 m y 12 m, correspondientes a 6 veces, 12 veces y 18 veces la longitud de onda. Las ganancias están calculadas considerando un ángulo de despegue de 5 grados. La curva de ganancia es periódica
In the 70 cm band and considering masts up to 12 meters, there are several heights of interest: 2 m, 6 m and 10 m, corresponding to 3 times, 9 times and 15 times the working wavelength. There are other heights to be avoided: 4 m, 8 m and 12 m, corresponding to 6 times, 12 times and 18 times the working wavelength. All gains have been calculated at a takeoff angle of 5 degrees. The gain curve is periodic.
Conclusiones
Conclusions
Para la altura "h" de instalación de un monopolo de L/4 en las bandas de VHF y UHF, trabajando a una longitud de onda L, puede concluirse lo siguiente:
For a given height "h" of a L/4 monopole over ground in the VHF and UHF bands, working at a wavelength L, it can be stated that:
- h = 3n x L -> ganancia máxima (maximum gain)
- h = 6n x L -> ganancia mínima (minimum gain)
Siendo "n" un número entero (being "n" an integer number)
Evolución del diagrama de radiación 3D vs altura sobre el suelo (h) en metros (VHF)
Evolution of the 3D radiation pattern vs height over ground (h) in meters for the VHF antenna
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