PLANOS DE TIERRA O RADIALES

Las antenas verticales con plano de tierra, tienen baja impedancia (alrededor de 30 Ohmios) y requieren algún tipo de acoplamiento. Si se va a alimentar la antena con cable coaxial directamente, es posible inclinar los radiales a 45° para obtener una impedancia cercana a los 50 ohms para usar un cable RG-8 ó RG-58.
Los aficionados, instalamos antenas verticales sin radiales ó con planos de tierra reducidos y pensamos que debido a la buena relación de ondas estacionarias que conseguimos, nuestra antena va a comportarse bien. Pero esto es una falacia, toda antena vertical de cuarto de longitud de onda, es tan eficiente como radiales tenga.
Por ejemplo: una antena sobre un plano de tierra sólido, como el techo de un automóvil será más eficiente que una con sólo 4 radiales. Es verdad que para las antenas de HF (80 a 10 metros), los planos de tierra son difíciles de instalar y en especial si es que van a estar elevados sobre el terreno donde va a estar la antena, pero algo se puede hacer con respecto a incrementar el número de radiales, si es que queremos que nuestra antena sea más eficiente
Las estaciones comerciales de broadcasting utilizan más de 100 radiales de cuarto de onda enterrados en el terreno donde tienen su antena y ese es un buen ejemplo de eficiencia. Hemos visto fotografías en revistas donde se utiliza una malla como plano de tierra, este es un procedimiento para simular un plano continuo, pero difícil de implementar y costoso.

Figura 1. Los tres tipos de plano de tierra, radiales horizontales, plano de tierra continuo y radiales inclinados para conseguir 50 ohmios de resistencia de radiación en la base de la antena.

Las antenas radian conforme a un patrón definido, su radiación no es igual en todas las direcciones. De hecho, se necesita un gran trabajo para lograr que una antena radie en la dirección que uno desea, esto es, proveer a la antena con direccionalidad. Los patrones de radiación se ven afectados por la altura sobre el suelo, la conductividad de la tierra y los objetos alrededor. La medida de los patrones por lo tanto es difícil y por lo general se hace en laboratorios y con antenas modelo, que interpoladas a las frecuencias deseadas, definen todos los parámetros requeridos.
La operación consiste en comparar una antena de patrón conocido con otra de la cual se quieren saber sus características.


Patrón de Radiación de una Antena Isotrópica.
Una antena iso trópica, como su nombre lo indica, radia en todas las direcciones (iso=igual y tropos= cambio) y su patrón de radiación será simbolizado por una esfera y en el caso de una antena dipolo de media longitud de onda, el patrón es en forma de un 8 acostado (Ver Fig. 2)

Hay antenas verticales de algunas compañías que requieren sólo un radial ó 2 como mínimo para cada banda y se comportan bastante bien. En antenas verticales de HF, VHF y UHF, podemos elevar el plano de tierra para alcanzar mayor altura de nuestra antena, por ejemplo: cuando está ubicada entre árboles o entre edificios. Es un poco difícil elevarlo en bandas como 160, 80 y 40 metros, pero en las demás bandas nuestras antenas trabajarán mejor con el plano de tierra en un ángulo entre 45° y 60° pensando en que se puede alimentar directamente con cable de 50 ohmios. La medida para los radiales es de 1/4 de onda y la fórmula es:
Lr = 75 / f(MHz)... ejemplo: 75/27.555=2.72 mt. de cada radial.
Donde Lr es la medida de los radiales en metros, f (MHz) es la frecuencia en mega Hertz y 75 es la cuarta parte de 300, la velocidad de la luz.
Las antenas verticales pueden fabricarse para que se comporten como un arreglo direccional, controlando la fase de las corrientes en la antena. Por ejemplo: en un arreglo con 3 verticales pueden producirse varios patrones de radiación como se muestra en las Figura 3 y 4. Las líneas coaxiales se pueden conmutar desde la estación para lograr estos patrones. En otros arreglos en triángulo se pueden producir otros patrones.
Cuando se trata de antenas verticales de dimensiones cortas, por ejemplo: en las antenas móviles para las bandas de HF el tema del plano de tierra se hace cada vez más importante. En la banda de 10 metros, donde la antena puede tener 1/4 de longitud de onda fácilmente, no es difícil obtener una buena eficiencia usando la carrocería de metal del vehículo como plano de tierra, pero en las otras bandas la eficiencia se ve disminuida gradualmente, hasta quedar en menos de 10% en la banda de 80 metros, donde el largo de la antena sería de sólo 2.5 metros como máximo.

Si a esto agregamos que nuestro plano de tierra va a ser también menor al 15% del 1/4 de onda requerido, nos daremos cuenta de la dificultad de diseño de un sistema para estas bandas.