¿Cuál es el reto de las radiocomunicaciones en VHF?
El alcance es uno de los factores más importantes en las comunicaciones por radio. El alcance en VHF a veces está limitado a la línea de visión. Esto significa que debe haber una línea de visión sin obstáculos entre el transmisor y el receptor para que se pueda establecer el contacto. El enlace por radio se vuelve más débil o incluso imposible si uno de los participantes está detrás de un obstáculo o detrás de una montaña o un gran edificio. Sin embargo, funciona incluso para los contactos por encima del horizonte. ¿Pero cómo?
En esta página queremos mostrarle las posibilidades de las comunicaciones por radio en VHF, cómo puede establecer contacto con otros operadores de radio más allá del horizonte (visual) y la importancia de elegir la antena VHF adecuada.
Las gamas de frecuencias (bandas VHF)
Las bandas clásicas de VHF de 2 m y 70 cm son las que soportan la mayor parte de las operaciones de radio. Las bandas de 6 y 4 m y, sobre todo, la de 23 cm son más bien cosa para personas más especializadas por lo compleja forma de propagación de ondas. La gama de frecuencias generalmente denominada "VHF" se divide en la gama VHF de 30 MHz a 300 MHz y la gama UHF de 300 MHz a 3 GHz (3000 MHz). Dentro de estos límites hay un total de cuatro bandas de radioaficionado :
Las bandas más importantes en VHF se encuentran en el rango inferior (desde los 110 a los 450 MHz). En concreto, son las bandas con longitudes de onda de aproximadamente 2 m y 70 cm. En estos margenes de frecuencia se encuentran los segmentos de radioafición, así como a la radio marítima y aeronáutica, y también a los servicios públicos como la policía y los bomberos. Por supuesto, hay otras bandas de frecuencias que generalmente se denominan "VHF" y que desempeñan un papel muy importante en otros ámbitos (telefonía móvil, Wifi, radar, etc.). Sin embargo, no vamos a considerar estas bandas en este articulo.
Campos de aplicación de las antenas VHF
En cuanto a las posibles aplicaciones, se distingue entre
Tipos de antena
La mayoría de los tipos de antenas de VHF se pueden clasificar de la siguiente manera: Las antenas omnidireccionales son antenas que irradian la energía del transmisor por igual en todas las direcciones, y las antenas direccionales son antenas que tienen una directividad más o menos fuerte, es decir, que concentran la energía radiada en una sola dirección.
Principales características de las antenas omnidireccionales de VHF
Las antenas con un lobulo de radiación aproximadamente circular en el plano horizontal se denominan antenas omnidireccionales. Las antenas omnidireccionales con polarización vertical son muy utilizadas en el sector comercial, como en el sector de servicios públicos y para estaciones de radio fijas y móviles. La polarización vertical también es común en la radioafición en el modo de FM. Todas las estaciones repetidoras de FM en la radioafición utilizan antenas de polarización vertical, en su mayoría omnidireccionales. Las antenas omnidireccionales se ofrecen no sólo como versiones monobanda, sino también como antenas de dos o tres bandas, por ejemplo de 2 m, 70 cm y 23 cm.
Hay diferencias en la alimentación de las antenas omnidireccionales
- En su forma más sencilla, una antena omnidireccional consta de una parte vertical de ʎ/4 (1/4 de longitud de onda) y 3 planos de planos de tierra o radiales de la misma longitud para las estaciones fijas. Las antenas de cuarto de onda se utilizan a menudo en el funcionamiento móvil. La carrocería del vehículo proporciona el plano de tierra necesario.
- El grupo de antenas de media onda se incluye la antena Slim, la antena J-Pole y el radiador de ʎ-5/8 que es algo más de la media onda. Los radiadores de media onda verticales son en su mayoría alimentados por el extremo y producen un ángulo de radiación más bajo y una ligera mejor ganancia.
- Sólo el dipolo coaxial está alimentado eléctricamente por el centro, aunque no es apreciable a primera vista.
- Por último, pero no menos importante, la familia de antenas helicoidales cortas de las radios portátiles también se incluyen dentro de las antenas omnidireccionales verticales.
Si se disponen dos o más antenas omnidireccionales verticales apiladas una encima de otra, se obtiene una antena colineal. "Colineal" significa "dispuesta en línea recta" sobre el mismo eje. Cada uno de los radiadores se excita en fase a través de líneas de fase y deben estar dispuestos a cierta distancia unos de otros. A medida que aumenta el número de radiadores apilados, aumenta la ganancia y disminuye el ángulo de elevación vertical, es decir, el diagrama de radiación se vuelve más plano. Este diseño requiere un tubo protector largo y también se encuentra en la radioafición, pero más a menudo en el sector comercial. Las populares antenas Diamond "X-nn" están diseñadas de esta manera.
Principales características de las antenas direccionales de VHF
Una antena direccional consta de al menos dos elementos, el radiador, elemento de donde se alimenta el coaxial y un elemento pasivo que va detras del radiador que le aporta direccionabilidad a la antena. Este elemento se denomina reflector. En el brazo, travesaño o Boom de la antena pueden disponerse otros elementos, los llamados directores, dispuestos despues del radiador. Con el aumento de número de directores, la ganancia de la antena aumenta y el ángulo de apertura se reduce.
Dependiendo del montaje horizontal o vertical, las antenas direccionales están polarizadas horizontal o verticalmente. El diagrama de radiación de todas las antenas direccionales consta de un gran lóbulo delantero y el menor lóbulo trasero posible. Sus características son la ganancia (hacia delante) y la pérdida de retorno (relación Frente/Espalda o F/B). Al evaluar las antenas, hay que distinguir entre el radiador isotrópico (dBi) (radiador omnidireccional teórico) y la ganancia sobre dipolo (dBd). Las especificaciones de ganancia en los datos técnicos de las antenas de VHF suelen referirse al radiador isotrópico. La especificación de ganancia de la misma antena en dBd, es decir, sobre el dipolo como antena de comparación, es siempre 2,15 dB inferior. Esto debe tenerse en cuenta al comparar los datos de la antena. Otro criterio es el ángulo del lobulo horizontal y vertical.
Antenas Yagi
No sin razón, la antena Yagi en versión corta o larga es la antena direccional más utilizada en el rango de VHF y UHF de la radioafición. Es fácil y barata de fabricar con una pequeña cantidad de material. Esto la hace muy adecuada para su construcción por parte de los usuarios. Otras ventajas son su baja carga de viento y la posición favorable del centro de gravedad con disposición giratoria sobre un rotor. Dependiendo del concepto y del número de elementos, una sola antena Yagi alcanza una ganancia hacia delante de unos 5 dBd hasta un máximo de 16 dBd. Más allá de eso, ya no es útil seguir añadiendo elementos, porque la ganancia no aumenta linealmente al aumentar la longitud de la antena y el número de estos. De unos 5 ó 6 m de longitud de antena, se alcanza el límite de viabilidad mecánica y de estabilidad. En la práctica, sólo es posible aumentar la ganancia agrupando (apilando) varias antenas idénticas. Dentro de las antenas direccionales, hay formas especiales como las yagis cruzadas, las antenas direccionales con elementos en forma de bucle cuadrado o Cubicas Quad y las antenas direccionales de polarización circular (antenas Helix).
Característica
¿Qué antena para qué?
Las antenas omnidireccionales verticales se utilizan preferentemente para las comunicaciones en FM, directamente o a través de un repetidor. En las rondas locales con participantes en diferentes lugares repartidos en todas las direcciones, una antena direccional no es, por supuesto, tan adecuada. En este caso, se necesita una antena omnidireccional adicional. Las antenas omnidireccionales más grandes con un poco más de ganancia también son adecuadas para obtener una visión general de la ocupación de la banda de antemano en el rango de SSB en buenas condiciones, con el fin de cambiar a una antena direccional de polarización horizontal para establecer una conexión después. Incluso si uno puede lograr el éxito con una antena omnidireccional en SSB bajo muy buenas condiciones de propagación, para la participación regular en la operación DX es indispensable una potente antena yagi que pueda ser dirigida por medio de un rotor. Con las yagis cruzadas se puede cambiar el plano de polarización entre vertical u horizontal, e incluso de forma circular. En las comunicaciones de FM es común la polarización vertical, para SSB, CW y otros modos la polarización horizontal. Además, existen las llamadas antenas helicoidales, que son antenas direccionales con polarización circular (es decir, giratoria) utilizadas en la radio por satélite.
Radio móvil
Por supuesto, también hay casos de uso especiales, como el funcionamiento sobre la luna como reflector pasivo (EME, tierra-luna-tierra), o la dispersión de meteoritos o el funcionamiento por satélite. Todos estos casos de uso tienen lugar casi exclusivamente en VHF, en la mayoría de los casos con antenas direccionales. A diferencia de la radio terrestre, aquí se suele utilizar la polarización circular. En las frecuencias más altas (a partir de 13 cm, 2,4 GHz) a menudo se utilizan antenas parabólicas como antenas direccionales, porque en las frecuencias más altas (longitudes de onda más cortas) el tamaño de este diseño se vuelve manejable.
Troposcatter
Rradio por satélite
Meteorscatter
Tierra-Luna-Tierra
Comunicaciones aeronáuticas
Radio Marítima
¿Qué importancia tiene la elección del cable coaxial para las antenas de VHF?
Un buen sistema de antena en la gama VHF requiere, en última instancia, un cable coaxial de mayor calidad con bajos valores de atenuación. Unos pocos metros de RG-58 con conectores PL, serán suficientes para un funcionamiento casual a través del repetidor local de FM. Los tramos de cable más largos y los conectores baratos anularían la ganancia de una buena antena. En este caso, los cables de baja atenuación, así como los conectores de alta calidad ( N o BNC), son definitivamente la mejor opción. El valor de la atenuación del cable varía con la frecuencia y suele indicarse en dB normalizados para una longitud de 100 m. La atenuación de la longitud de cable utilizada individualmente puede determinarse fácilmente dividiendo el valor en dB especificado para el cable y la frecuencia por 100 y multiplicándolo por la longitud individual del cable. La conexión del cable coaxial a la antena debe estar protegida contra la tensión y la intemperie, con un conector que se ajuste al diámetro del cable y a la norma asociada a la toma de conexión.
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¿Es absolutamente necesario un rotor para el funcionamiento en VHF?
Tal vez un Yagi de 4 elementos se monte en una dirección fija hacia el siguiente repetidor de FM. Las Yagis más largas y otras antenas direccionales necesitan un rotor para utilizar su directividad eficazmente. Dependiendo del tamaño de la antena, la carga de viento y el peso, el mercado tiene ejemplos adecuados, que van desde pequeños rotores para yagis del tamaño de una antena de TV hasta equipos pesados para rotar grandes cojuntos de antenas. Los sistemas de elevación/azimut son necesarios para operar sobre satélites en órbita terrestre y para EME. Consisten en una combinación de dos rotores y pueden apuntar una antena tanto horizontalmente 360° en acimut como verticalmente 90° en elevación.
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¿Qué necesito para la recepción en VHF?
Sólo recepción, ¿qué necesito? Depende: Si sólo quieres escuchar el repetidor de FM más cercano, una Quad de ventana montado en la casa, una antena móvil corta en el alféizar de la ventana o una HB9CV en el ático suelen ser ya suficientes.
Para la recepción de estaciones de FM o SSB lejanas hasta DX en buenas condiciones, se recomienda al menos una buena antena omnidireccional en el tejado de la casa o independiente en un másti. Algunas antenas tienen polarización horizontal y un patrón omnidireccional, por ejemplo la Big Wheel o la antena Halo.
Si quieres recibir todas las bandas de la gama VHF y UHF, debes elegir una antena Discono. Con su amplio ancho de banda y su polarización vertical, es la antena ideal para la recepción omnidireccional.
Las comunicaciones de radio móvil en VHF se realizan principalmente a través de los numerosos repetidores de FM en las bandas de 2 m y 70 cm, así como en frecuencias directas. Cada vez más, los nuevos modos de funcionamiento de la radio digital de voz también están ganando en importancia aquí. La llamada monobanda Varilla de un cuarto de onda ha pasado un poco "de moda". Como requiere la carrocería como contraantena sólo es posible el montaje directo en el centro del techo. Desde el punto de vista físico, este es el lugar de montaje óptimo, pero no todo el mundo querrá hacer un agujero en el techo del coche. Para una antena de radio móvil VHF/UHF, existen actualmente opciones de montaje reversibles con las formas de antena ʎ/2 y ʎ-5/8, como la base magnética, la abrazadera para la ventana, la abrazadera para la baca, el carrete o el maletero, y la antena adhesiva para pegar en el interior de la ventana delantera o trasera.
La reflexión en la troposfera es la vía de propagación habitual y más común para los contactos de VHF a larga distancia. Las reflexiones más duraderas permiten conexiones completas en todos los modos de funcionamiento, a menudo incluso con pequeñas potencias de transmisión y pequeñas antenas si las condiciones de propagación son adecuadas. ¡A menudo son posibles contactos de hasta 700 km y más con la tropo-dispersión!
La operación de radioaficionados a través de satélites, especialmente actualmente a través del Satelite geoestacionario QO-100, es posible con relativamente poco esfuerzo. Como el satélite es geoestacionario, es decir, está en una posición fija en el cielo, no es necesario el seguimiento de la antena. Esto contrasta con los anteriores satélites de aficionados que orbitan alrededor de la Tierra. Esto significa que el satélite QO-100 puede ser alcanzado continuamente en su posición. El transpondedor del satélite transmite una ventana de frecuencias de 250 kHz de ancho, dentro de la cual muchas estaciones pueden comunicarse simultáneamente en diferentes modos como SSB, CW o digimodos de banda estrecha. El enlace ascendente está en 2,4 GHz y el descendente en la banda de 10 GHz. Basta con unos pocos vatios de potencia de transmisión y una antena parabólica de un metro de diámetro. Hay numerosos módulos disponibles para la construcción por parte de los usuarios, y aunque hay una tecnología compleja detrás, el esfuerzo financiero es sorprendentemente bajo para convertirse en estación activa a través de QO-100.
A lo largo del rastro de los meteoritos que entran en la atmósfera terrestre, se forma una estrecha zona de gases ionizados en la que se reflejan las señales de VHF. Este proceso tiene lugar a una altura de entre 80 y 120 kilómetros y permite alcances de comunicación de más de 2000 kilómetros. Estas reflexiones, conocidas como dispersión de meteoros, se utilizan en la radioafición en los rangos de VHF y UHF en las bandas de radioaficionados de 50, 145 y 435 MHz, principalmente en las fechas fijas de las lluvias de meteoros anuales, para conexiones esporádicas. Dado que la ionización suele ser muy corta (desde una milemisa de segundo a unos pocos segundos), se utiliza la telegrafía de alta velocidad y la técnica de operación como modo digital. Un desarrollo de la aplicación informática moderna utiliza la modulación digital más moderna para transmitir la mayor cantidad de datos en poco tiempo y con un ancho de banda limitado. Se requiere una antena direccional y una mayor potencia de transmisión para lograr contactos exitosos a través de los meteoros.
Incluso la luna puede ser utilizada como un reflector pasivo para enlaces de radio entre dos puntos distantes en la tierra. La alta atenuación en el espacio libre, muy superior a los 200 dB, y la baja reflectividad debida a la superficie rugosa y áspera de la Luna, así como los 770.000 kilómetros de media que debe recorrer la señal, requieren un esfuerzo de antena muy grande. Por lo tanto, se requieren grandes grupos de antenas yagi de alta ganancia y un seguimiento de antena (ver en Rotores: Sistemas de Elevación/Azimutal). Un grupo de cuatro antenas yagi largas y una potencia de transmisión de 400 W se consideran el equipo mínimo en la banda de 70 cm.
Por lo tanto, sólo se pueden considerar frecuencias en la gama VHF para realizar la ganancia de antena requerida. La señal de radio requiere un tiempo de propagación de unos 2,5 segundos para los aproximadamente 770.000 kilómetros hasta la luna y de vuelta. El funcionamiento de EME tiene lugar en las bandas de radioaficionados de 144, 432, 1296 MHz y 10 GHz. En las bandas de 2 m y 70 cm se utilizan sobre todo grupos de antenas Yagi largas. Con una potencia de transmisión de unos 750 W se pueden recibir los propios ecos de la luna con cuatro Yagis largas de 5 m de longitud de boom cada una en una configuración apilada de 2 x 2 on en H. El modo más frecuente es el CW (telegrafía) y los modos digitales. En las frecuencias más altas, a partir de 1296 MHz, se utilizan antenas parabólicas, que permiten conexiones EME más fiables con ganancias de 35 dB y más.
Los aviones también se comunican mayoritariamente en VHF. Sólo sobre los océanos y regiones muy poco pobladas del mundo se utiliza también la onda corta o HF. La modulación en AM clásica sigue siendo el estándar mundial para el control y la navegación de los controladores aéreos. Además, los modos automatizados como el ACARS (intercambio de mensajes) y el ADS-B (datos de posición) también tienen lugar en VHF y UHF.
"Aunque los teléfonos móviles han encontrado su lugar en el mundo marítimo, la radio VHF sigue siendo el medio de comunicación más importante a bordo de un barco. A su vez, el elemento más importante del sistema global de radio es probablemente la antena.
En el transporte marítimo comercial, la VHF se utiliza para el tráfico de radio a bordo, así como para el tráfico de radio con los centros de radio de distrito, los centros de control de tráfico, el servicio de radio de gobierno del buque, los pilotos, los puertos y las esclusas, así como el tráfico de radio con otros buques en zonas de tráfico densamente pobladas. Esto se debe al corto alcance de la radio marítima VHF.
La VHF también se utiliza en la navegación de recreo como transmisor de socorro, fuente de mensajes de advertencia meteorológica y náutica, medio de comunicación con los centros de radio de distrito, puertos y esclusas, así como para la interacción social.
Además, las radios maritimas cuentan con funciones adicionales, como GPS o AIS integrados. En algunos casos hay que instalar una antena adicional. En otros, la antena de la radio es compatible con el servicio.
Es importante tener en cuenta que el rendimiento del sistema de radio a bordo se reduce considerablemente si la conexión de la antena o el cable del transmisor a la antena no son óptimos."
Radio móvil
Las comunicaciones de radio móvil en VHF se realizan principalmente a través de los numerosos repetidores de FM en las bandas de 2 m y 70 cm, así como en frecuencias directas. Cada vez más, los nuevos modos de funcionamiento de la radio digital de voz también están ganando en importancia aquí. La antena para radio móvil siempre debe de estar en el punto de vista físico, este es el lugar de montaje óptimo, pero no todo el mundo querrá hacer un agujero en el techo del coche. Para una antena de radio móvil VHF/UHF, existen actualmente opciones de montaje reversibles con las formas de antena ʎ/2 y ʎ-5/8, como la base magnética, la abrazadera para la ventana, la abrazadera para la baca, el carrete o el maletero, y la antena adhesiva para pegar en el interior de la ventana delantera o trasera.
Funcionamiento de las estaciones fijas
El funcionamiento de una estación fija con antenas direccionales suficientemente altas y sin obstáculos permite participar en la acción DX en las bandas de VHF.
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Comunicaciones en FM
La radio local a través de un repetidor de FM y en frecuencias simples requiere menos esfuerzo y ya es posible con antenas de interior o de balcón. Las comunicaciones por repetidor y la mayor parte del tráfico de radio FM se realizan con antenas de polarización vertical.
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Operación DX terrestre
Alcanzar estaciones lejanas requiere el uso de antenas direccionales. Las operaciones de radio en concursos de VHF se realizan exclusivamente en las frecuencias directas, normalmente en SSB y CW. Aquí las antenas son casi siempre de polarización horizontal.
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Aplicaciones especiales como EME, radio por satélite, etc.
Además de la radio FM y la operación DX en SSB, existen otros campos de juego muy interesantes en VHF. Ejemplos son la operación sobre la luna como reflector, o la operación sobre satélites de bajo vuelo. Aquí se utilizan casi exclusivamente antenas direccionales, en algunos casos muy grandes. La polarización depende de la situación, a menudo se utiliza la polarización circular.
A continuación se presentan las características más importantes y prácticas de la antena, que son comunes para las antenas de VHF en el listado de datos técnicos:
La ganancia comparada con un radiador omnidireccional isotrópico
La ganancia en comparación con un dipolo
La relación entre el valor en la dirección del lobulo principal y los lóbulos laterales inevitables hacia atrás. Se especifica sólo para las antenas direccionales.
Impedancia en la base o punto de alimentación de la antena
Valor en el que la intensidad de la señal desde la dirección del lóbulo principal hacia el lateral (o hacia arriba/abajo) ha descendido a la mitad (-3 dB). Normalmente se especifica sólo para las antenas direccionales.
Normalmente se especifica como la gama de frecuencias en la que la ROE es igual o inferior a 2:1.
No todos los valores pueden optimizarse al mismo tiempo. Una alta ganancia requiere un gran factor de forma (longitud para las yagis), una optimización de la ganancia suele ir en detrimento de la relación FB y el ancho de banda, etc. Así que tienes que decidir qué valor es más importante para ti cuando diseñes tu propia antena.
