¿Qué es una antena vertical?: Tipos de antenas verticales

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Las antenas verticales se utilizan en muchas aplicaciones de radio, desde las comunicaciones móviles hasta las comunicaciones de radio punto a punto, las comunicaciones de radio privadas, la radiodifusión, etc.

Las antenas verticales forman una forma de antena de radio ampliamente utilizada. Utilizados en una serie de áreas específicas, sus propiedades les permiten proporcionar un rendimiento que las antenas horizontales u otras no pueden proporcionar.

Hay varios sabores o tipos diferentes de antenas verticales que se pueden utilizar desde LF hasta HF, VHF y más allá.

Las propiedades de estas antenas significan que pueden funcionar de una manera específica que se puede utilizar con buen efecto en muchas aplicaciones diferentes para comunicaciones de radio bidireccionales, radiodifusión y para muchas otras funciones.

Una antena de transmisor de transmisión de onda media utilizada para una cobertura relativamente local utilizando la propagación de ondas terrestres
Una típica antena de transmisor de difusión de onda media vertical

¿Qué es una antena vertical?

Probablemente valga la pena definir primero qué antena vertical para dar una comprensión básica del concepto de antena vertical.

Definición de la antena vertical:

una antena vertical es aquella en la que el elemento o los elementos principales de la antena están orientados verticalmente y la polarización de la onda de radio transmitida también está polarizada verticalmente.

Aunque todas las antenas verticales están orientadas verticalmente, hay muchas variantes diferentes.

No solo su tamaño cambia de acuerdo con la frecuencia de uso, sino que también su método de montaje también puede cambiar.

Propiedades de la antena vertical

Las propiedades y ventajas de las antenas verticales permiten su uso en una variedad de áreas diferentes.

Aunque las antenas verticales pueden no ser ideales para todas las situaciones, entender sus ventajas significa que se pueden utilizar para aprovechar donde sus propiedades son las más adecuadas.

Algunas de las propiedades y ventajas de la antena vertical incluyen:

  • Patrón de radiación omnidireccional: las antenas verticales de un solo elemento exhiben un patrón de radiación omnidireccional en el plano horizontal. Esto significa que la señal se extenderá por igual en todas las direcciones.La capacidad omnidireccional es ideal donde se requiere cobertura en todos los alrededores, y es una de las razones por las que se utilizan antenas verticales para muchas comunicaciones de radio móvil punto a punto. A medida que el vehículo se mueve, la antena vertical de la estación base no tendrá que reorientar su antena. Así que también en el vehículo donde cambiará de dirección, la radiación y la recepción son esenciales.
  • Radiación polarizada verticalmente: teniendo un elemento o elementos verticales, estas antenas irradian señales polarizadas verticalmente. Esta es una ventaja cuando la señal es recibida por otras antenas polarizadas verticalmente. Si las antenas son, lo que se denomina, polarizadas cruzadas, entonces en teoría no se recibiría ninguna señal.En la práctica, siempre habrá algún cambio en la polarización de la señal causada por las reflexiones y otros aspectos de la propagación de la radio, por lo que todavía es probable que se reciba alguna señal.
  • Consideraciones de propagación: La radiación polarizada verticalmente tiene algunas ventajas para los modos de propagación de menor frecuencia. Por ejemplo, la propagación de la onda de tierra, utilizada para LF y algunas transmisiones MF, suele ser mejor cuando se utiliza una antena polarizada verticalmente. Los estudios han demostrado que la señal se propaga con menos atenuación cuando están polarizadas verticalmente.Para HF, los modos de propagación significan que se pueden utilizar señales de cualquiera de las polarizaciones. Hay algunos estudios que indican que la radiación de ángulo bajo polarizada horizontalmente es mejor para las comunicaciones de larga distancia si la antena puede proporcionar un ángulo de radiación suficientemente bajo, es decir, una antena vertical puede producir más radiación de ángulo bajo, pero la radiación polarizada horizontalmente puede en algunas ocasiones proporcionar mejores resultados.
  • Proporciona un ángulo bajo de radiación: La señal que emana de una antena vertical tiende a tener un ángulo bajo de radiación, es decir, los niveles máximos de radiación de señal están más cerca de ser paralelas a la superficie de la Tierra. En consecuencia, hay menos en ángulos más altos, es decir, dirigido hacia el cielo, y más que pueden recibir otras estaciones terrestres.También tiene ventajas para las comunicaciones ionosféricas de larga distancia, donde un ángulo bajo de radiación ayudará a obtener distancia adicional. Algunas antenas verticales están diseñadas para aumentar la radiación de ángulo bajo, reduciendo aún más el nivel en ángulos más altos y proporcionando así una ganancia adicional sobre un dipolo vertical o un cuarto de onda vertical.
  • Espacio ocupado: el espacio ocupado por una antena vertical es normalmente menor que el ocupado por una antena polarizada horizontalmente equivalente. Si solo se considera el espacio para la vertical en sí, entonces se requiere mucho menos «propios inmobiliarios» para una vertical.Sin embargo, para las antenas monopolo como las que necesitan una conexión a tierra o un plano de tierra para un funcionamiento elevado, también se debe considerar el espacio utilizado por esto. A veces, el sistema de puesta a tierra utilizará radiales enterrados que se extienden a una distancia razonable. Aunque el suelo todavía se puede utilizar para otros fines si se utilizan estos radiales enterrados, el suelo aún debe estar disponible para esto.
  • Facilidad de montaje: los tipos de antenas verticales son normalmente fáciles de montar, lo que requiere un solo montaje en la base. Muchas antenas verticales pueden requerir un simple soporte o poste para que se puedan montar en algún lugar.
  • Viento: en algunos casos, la resistencia al viento de una antena vertical puede ser menor que la de un equivalente montado horizontalmente. Las cifras deben comprobarse para cada instancia.

Antenas verticales de conexión a tierra

Muchas antenas verticales son lo que se denominan antenas monopolo y requieren el uso de un suelo para su correcto funcionamiento.

De hecho, para estos monopolos, el sistema de puesta a tierra o el plano de tierra es una parte integral de la antena.

  • Acción de la tierra de RF con una antena monopolar
    Acción de la tierra de RF con una antena monopolar

    Nota sobre la conexión a tierra de RF de la antena:

    La conexión a tierra de una antena puede ser clave para su funcionamiento, especialmente si es una antena monopolo vertical donde la tierra forma parte de la antena.

  • Sistema de plano terrestre: también es posible simular un sistema terrestre utilizando lo que se denomina plano terrestre. Esto a menudo se compone de una serie de radiales de longitud de onda típicamente de un cuarto.

Antena vertical con radiales de tierra
Antena vertical con radiales planos de tierra

Nota sobre el plano de tierra de la antena:

Además de usar una conexión directa al suelo, también es posible utilizar un suelo «simulado» que consiste en una placa conductora o una serie de radiales. La ventaja de este esquema es que se puede elevar por encima del terreno real para mejorar la cobertura.

Tipos de antenas verticales

Hay muchos tipos diferentes de antenas verticales que han sido diseñadas y son de uso común. Algunos de los más populares se mencionan a continuación:

  • Cuarta onda vertical: el tipo de antena vertical de onda cuácoa es una de las formas más populares de antena vertical. Es fácil de construir, se puede hacer para que sea muy robusto y proporciona un buen nivel de rendimiento. Esta forma de antena requiere el uso de una conexión a tierra (conexión lo más corta posible) o un plano de tierra. Esto aumenta el espacio requerido y el viento de la antena.
  • Cinco octavos de onda vertical: Esta forma de antena vertical es popular en muchos casos porque es capaz de proporcionar ganancia en una vertical de un cuarto de onda, centrando más potencia en un plano más cercano a la horizontal. Como tal, se utiliza en muchas aplicaciones. Al igual que la vertical básica de cuarto de onda, esta antena también necesita un plano de tierra contra el que operar.
  • Antena de polo J: este tipo de antena vertical es conveniente para la antena vertical. Proporciona cierta ganancia sobre un cuarto de onda vertical y tiene la ventaja de que no requiere ningún radial o alguna forma de plano de tierra contra el que operar.
  • Dipolo vertical: el dipolo vertical se utiliza en algunos casos para proporcionar una forma robusta de antena vertical. Tiene la ventaja de que no requiere ningún radial, pero sí requiere tener un mínimo de media longitud de onda.

Las antenas verticales pueden funcionar particularmente bien en muchos casos. Utilizar sus ventajas significa que se puede hacer lo mejor de lo que tienen para ofrecer, pero en contra de esto también se deben considerar las desventajas.