Efectos de la instalación de monopolos de VHF/UHF a diferentes alturas

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Resumen:

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.

Artículo publicado originalmente el 21/12/2009.

1. Modelo utilizado para el análisis.

Fig.1. Antena monopolo de 1/4 de longitud de onda modelada en 4Nec2

Descargar fichero:
Monopolo_L4_VHF_tierra_real_Hvar_RH.nec

Para el análisis en VHF (fig.1), 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).

2. Efectos en la relación de onda estacionaria (ROE).

Fig.2. Gráfica de ROE vs altura sobre el suelo (h) en metros para la antena de VHF

Fig.3. Gráfica de ROE vs altura sobre el suelo (h) en metros para la antena de UHF

En ambos casos (figs.2 y 3), los efectos en la relación de onda estacionaria son ínfimos y solamente se aprecian si la antena está ubicada a poca altura.

3. Efectos en la ganancia de la antena.

Vídeo 1. Evolución del diagrama de radiación vertical vs altura sobre el suelo (h) en metros (VHF)

Fig.3. Gráfica de ganancia en dBi vs altura sobre el suelo (h) en metros para la antena de VHF

Se observa (fig.3) 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.

Fig.4. Gráfica de ganancia en dBi vs altura sobre el suelo (h) en metros para la antena de UHF

Para el caso de la banda de 70 cm (fig.4), 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.

4. Conclusiones.

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: