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

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.

VHF	146 MHz · L = 2,05 m
UHF	435 MHz · L = 0,7 m
Antena	Monopolo de 1/4 de longitud de onda con 4 radiales
Altura analizada	0 < h ≤ 12 m
Terreno	Tierra infinita de tipo medio

Descargar fichero de modelado 4Nec2Monopolo_L4_VHF_tierra_real_Hvar_RH.nec

1. Modelo utilizado para el análisis

Modelo del monopolo de 1/4 de longitud de onda en 4Nec2 — **Fig.1.** Antena monopolo de 1/4 de longitud de onda modelada en 4Nec2

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).

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

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

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

En ambos casos, los efectos sobre la relación de onda estacionaria son extremadamente bajos y solamente se aprecian cuando la antena se encuentra instalada a poca altura.

3. Efectos en la ganancia de la antena

Ganancia frente a altura sobre el suelo para la antena de VHF — **Fig.4.** Gráfica de ganancia en dBi vs. altura sobre el suelo (h) en metros para la antena de VHF

Se observa (fig.4) que la altura óptima para un monopolo en la banda de 2 metros está en torno a los 6 metros (3 x longitud de onda). Si el monopolo se instala a 12 metros (6 x longitud de onda), la antena tendrá 9 dB menos de ganancia que en el caso anterior. Todas las ganancias se han calculado para un ángulo de elevación de 5 grados. La curva de ganancia es periódica.

Ganancia frente a altura sobre el suelo para la antena de UHF — **Fig.5.** 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.5), considerando mástiles de hasta 12 metros existen varias alturas de interés: 2 m, 6 m y 10 m, correspondientes a 3, 9 y 15 veces la longitud de onda de trabajo. Hay otras alturas que conviene evitar: 4 m, 8 m y 12 m, correspondientes a 6, 12 y 18 veces la longitud de onda de trabajo. Todas las ganancias se han calculado para un ángulo de elevación de 5 grados. La curva de ganancia es periódica.

4. Conclusiones

Para una altura "h" de instalación de un monopolo de L/4 sobre el suelo en las bandas de VHF y UHF, trabajando a una longitud de onda λ, puede afirmarse que:

h = 3n × λ → ganancia máxima
h = 6n × λ → ganancia mínima

siendo "n" un número entero.

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

Vídeo 2. Evolución del diagrama de radiación 3D vs. altura sobre el suelo (h) en metros para la antena de VHF