Què és una antena en V invertida?
Una antena en V invertida és una variació pràctica de l'antena dipol amb alimentació central. En lloc de disposar els dos elements radiants en una línia horitzontal recta, el punt d'alimentació s'eleva a la posició més alta mentre els dos braços de l'antena s'inclinen cap avall, cap al terra.
Vista des del costat, l'estructura s'assembla a una lletra "V" cap per avall, que dóna nom a l'antena. Aquesta disposició redueix l'espai d'instal·lació horitzontal i normalment només requereix un pal de suport central, cosa que la fa atractiva per a la comunicació HF, el desplegament de camp, la monitorització de ràdio i les instal·lacions on l'espai o les estructures de suport són limitats.
Tot i que les antenes en V invertida s'associen habitualment amb la banda HF de 3 a 30 MHz, la seva freqüència de funcionament està determinada per la longitud elèctrica en lloc d'un rang de freqüència fix. La mateixa geometria bàsica es pot escalar o modificar per a altres aplicacions de RF.
Estructura i principi de funcionament
Una antena típica en V invertida consta de dos elements conductors d'aproximadament la mateixa longitud, connectats a un punt d'alimentació equilibrat a l'àpex. El punt d'alimentació central està muntat en un pal, una torre, un suport de teulada o una altra estructura no conductora, mentre que els extrems dels dos elements es baixen i s'asseguren amb aïllants.
L'antena generalment està dissenyada com un dipol ressonant. El corrent de radiofreqüència (RF) és més fort prop del punt d'alimentació i disminueix gradualment cap als extrems oberts. Els dos elements transporten corrents de direcció instantània oposada, produint camps electromagnètics que es combinen per formar el patró de radiació general de l'antena.
A diferència d'una antena d'ona viatgera, un dipol V invertit ressonant convencional admet una distribució de corrent d'ona estacionària. Per tant, el seu rendiment està fortament influenciat per la longitud de l'element, la impedància del punt d'alimentació, l'angle de l'àpex, el diàmetre del conductor, l'alçada de la instal·lació i els objectes circumdants.
Angle de l'àpex i geometria d'instal·lació
L'angle entre els dos braços de l'antena s'anomena angle de l'àpex o angle inclòs. Les configuracions pràctiques habituals utilitzen un angle d'aproximadament 90° a 120°, tot i que el valor òptim depèn de la freqüència prevista, la impedància, l'espai disponible i el patró de radiació desitjat.
La reducció de l'angle de l'àpex escurça la petjada horitzontal, però també canvia l'acoblament entre els dos braços de l'antena. A mesura que els braços s'acosten, la impedància del punt d'alimentació i la freqüència de ressonància poden canviar, i el guany màxim es pot reduir lleugerament.
Normalment, l'àpex s'ha de col·locar tan alt i allunyat de les estructures conductores circumdants com sigui possible. No hi ha cap regla universal que estableixi que ha de romandre per sota d'un quart de longitud d'ona. En canvi, l'alçada d'instal·lació s'ha de seleccionar segons l'angle d'elevació requerit, el mode de propagació, el suport disponible i les condicions del terreny.
Els extrems dels cables també han de romandre de manera segura per sobre del terra i allunyats de persones, edificis, línies elèctriques i objectes metàl·lics.
Freqüència i longitud de l'element
Moltes antenes en V invertida estan dissenyades amb una longitud total del conductor propera a la meitat de la longitud d'ona a la freqüència de funcionament prevista. A la pràctica, la longitud física sovint s'ajusta lleugerament perquè el diàmetre del conductor, l'aïllament, l'alçada de la instal·lació, l'angle de l'àpex i els materials propers afecten la freqüència de ressonància.
La longitud d'ona aproximada de l'espai lliure està relacionada amb la freqüència mitjançant:
[\lambda = \frac{c}{f}]
on:
- (λ) és la longitud d'ona;
- (c) és la velocitat de la llum;
- (f) és la freqüència de funcionament.
Aquesta equació proporciona una estimació inicial, però les dimensions finals de l'antena normalment s'han de confirmar mitjançant simulació electromagnètica o mesures de pèrdua de retorn i VSWR.
Patró de radiació
El patró de radiació d'una antena en V invertida està relacionat amb el d'un dipol horitzontal de mitja ona, però doblegar els elements cap avall canvia la distribució del camp tridimensional.
Un dipol horitzontal recte generalment produeix la màxima radiació al costat del cable i nuls profunds als seus extrems. En una configuració en V invertida, els braços inclinats cap avall tendeixen a omplir alguns d'aquests nuls, creant una cobertura azimutal més àmplia i sovint més uniforme.
Per tant, l'antena no s'hauria de descriure automàticament com a unidireccional. Depenent de l'angle de l'àpex, l'alçada sobre el terra, les característiques del sòl i la freqüència de funcionament, el patró horitzontal pot ser aproximadament omnidireccional o pot mantenir una directivitat lateral moderada.
L'alçada de la instal·lació també té una influència important en el patró d'elevació. Una V invertida d'alta freqüència (HF) relativament baixa pot produir una forta radiació d'angle elevat, que pot ser útil per a la comunicació d'ona cel·lular d'incidència vertical propera. Una instal·lació més alta pot admetre angles d'enlairament més baixos que són més adequats per a la comunicació a llarga distància.
Polarització
Una antena en V invertida simètrica es considera generalment polaritzada predominantment horitzontalment perquè els components del corrent horitzontal dels dos elements inclinats es reforcen mútuament.
Tanmateix, els braços inclinats també introdueixen components de camp vertical. La seva contribució depèn de l'angle de l'àpex, l'orientació de l'antena, l'alçada de la instal·lació, les reflexions del terra i l'entorn circumdant. Per aquest motiu, la polarització real en una instal·lació real pot no ser perfectament horitzontal en totes direccions.
Alimentació i ajust d'impedància
Com que la V invertida és una antena balancejada, és preferible alimentar-la amb una línia de transmissió balancejada o utilitzar un balun adequat quan es connecta a un cable coaxial desbalançat.
Un balun ajuda a reduir el corrent de mode comú a la línia d'alimentació. Sense un control adequat del corrent, el cable coaxial pot convertir-se en part del sistema radiant, canviant la impedància de l'antena, el patró de radiació, la polarització i el rendiment del soroll.
La impedància d'entrada es veu afectada per:
- Angle de l'àpex
- Longitud i diàmetre de l'element
- Alçada sobre el terra
- Conductivitat del sòl
- Estructures properes
- Disposició de la línia d'alimentació
- Freqüència de funcionament
Després de la instal·lació, els enginyers han de mesurar la pèrdua de retorn o VSWR i ajustar els elements o la xarxa d'adaptació si cal.
Avantatges d'una antena en V invertida
La configuració en V invertida ofereix diversos avantatges pràctics:
- Només requereix un suport central alt
- Ocupa menys espai horitzontal que un dipol recte
- Construcció senzilla i relativament barata
- Apte per a instal·lacions portàtils i fixes
- Proporciona una àmplia cobertura d'azimut
- Es pot dissenyar per a funcionament monobanda o multibanda
- Útil per a comunicacions HF i aplicacions NVIS
Limitacions de disseny
L'antena també té diverses limitacions:
- Canvis d'impedància del punt d'alimentació amb l'angle de l'àpex
- El guany pot ser lleugerament inferior al d'un dipol horitzontal ben instal·lat
- El rendiment és sensible a l'alçada de la instal·lació i a les condicions del terreny
- Els extrems baixos dels cables poden crear problemes de seguretat i pèrdues
- Les estructures metàl·liques properes poden distorsionar el patró de radiació
- Les versions ressonants generalment tenen un ample de banda operatiu limitat
- Un enrutament incorrecte de la línia d'alimentació pot produir radiació de mode comú
Aplicacions típiques
Les antenes en V invertida s'utilitzen habitualment en:
- Comunicació per ràdio HF
- Sistemes de transmissió i recepció d'ona curta
- Emissores de ràdio amateur
- Comunicació d'emergència i de camp
- Sistemes Skywave d'incidència gairebé vertical
- Monitorització i observació de l'espectre radioelèctric
- Estacions de comunicació portàtils
- Experiments d'educació, simulació i mesurament d'antenes
Importància de l'enginyeria
L'antena en V invertida demostra com un canvi relativament petit en la geometria de l'antena pot afectar la impedància, la polarització, el guany i la cobertura de radiació.
Comprendre aquestes relacions és útil no només per al disseny d'antenes de cable, sinó també per al desenvolupament i l'avaluació d'antenes de banda ampla, antenes de trompeta, conjunts d'antenes, sistemes de radar i plataformes de mesura de RF.
RF MISOproporciona solucions de components d'antenes i microones per a proves de RF, comunicacions, radar, mesurament d'antenes i integració de sistemes. Una comprensió clara de la teoria bàsica de les antenes ajuda els enginyers a seleccionar productes adequats i avaluar correctament el rang de freqüències, el guany, la polarització, l'amplada del feix, la ROE (VSWR) i el rendiment del patró de radiació.
Per a més informació sobre les antenes, visiteu:
Data de publicació: 17 de juliol de 2026
