Antenas VHF/UHF/SHF

VHF

La tecnología de radio aplicada a las antenas de VHF

¿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 :

* Aprobación especial, limitada hasta el 31.12.2022

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

La radio móvil, es decir, la que no está vinculada a un lugar fijo, ya sea en un coche, en un barco o en un avión, o simplemente la radio portatil.

Uso fijo, es decir, funcionamiento desde casa con una estación instalada en un lugar fijo.

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.

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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).

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Característica

¿Cuáles son los más importantes?
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¿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.

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FAQ

¿Puedo utilizar un cable coaxial RG-58 barato en la gama VHF?
Sí, pero mejor sólo con longitudes cortas de cable para operar sobre las estaciones repetidoras de FM más cercanas y el tráfico local de radio FM.
¿Es suficiente una antena de interior para realizar QSOs sobre las estaciones repetidoras de FM más cercanas?
Si las estaciones repetidoras más cercanas no están demasiado lejos, una antena de interior o de ventana será suficiente.
¿Son posibles las conexiones DX con una antena omnidireccional de FM vertical?
En condiciones de propagación excepcionalmente buenas, las conexiones a cientos de kilómetros o más son posibles incluso con una antena omnidireccional alta y libre. Sin embargo, la mayoría de las conexiones de radio DX en SSB y CW se realizan en polarización horizontal, su tasa de éxito será mucho mayor.
¿Una antena direccional permite conexiones DX regulares?
Por supuesto, una antena direccional aumentará el alcance con respecto a una antena omnidireccional incluso en condiciones de propagación normales o pobres. Sin embargo, el DX real depende de buenas condiciones de propagación incluso con su uso. Dependiendo de la ubicación, son posibles rangos de 200 - 400 km incluso sin condiciones especiales de propagación.
Tengo un medidor de ROE para onda corta, ¿puedo utilizarlo para medir la ROE en el rango de VHF?
No, lamentablemente no es posible. Hay algunos medidores de ROE diseñados principalmente para onda corta, que también pueden medir la banda de 2 m. Pero para realizar mediciones precisas en toda la gama de VHF, se requiere un instrumento separado diseñado para estas frecuencias.
¿Es más difícil o más fácil cumplir con los límites de radiación radioeléctrica en VHF que en onda corta?
Debido a las cortas longitudes de onda en la gama VHF, el campo lejano comienza mucho antes. Además, la altura de las antenas sobre el suelo en relación con la longitud de onda es mucho mayor que en onda corta. Así, aparte de las posibles reflexiones, la situación en la gama VHF es más manejable. Para las mediciones >144 MHz, tampoco es necesario casi nunca medir la componente magnética debido a las condiciones de campo lejano, por lo que basta con un dispositivo de medición con una sonda de campo E.