Polarização Horizontal vs Vertical em VHF e UHF: Qual a melhor?

Por Gordon McDonald, VK2ZAB

Traduzido e adaptado por Alisson, PR7GA

Dado o interesse que os Radioamadores têm nas antenas e na propagação, é surpreendente descobrir que as vantagens e desvantagens da polarização horizontal e vertical não são bem conhecidas. QSOs que são realizados no dia-a-dia acontecem por meio de caminhos que não são bem conhecidos pelos colegas e o sinal viaja em diferentes tipos de terreno que também interferem no sinal. Nestas circunstâncias, a polarização escolhida para transmitir tem uma influência marcante no nível do sinal que irá chegar do outro lado. Esta e outras diferenças entre polarização horizontal e vertical são explicadas neste artigo.

PERDA DE CAMINHO E "DESPOLARIZAÇÃO"

Testes realizados no norte do Canadá durante um período de vários meses, em diferentes terrenos e nas faixas de 150 MHz e 450 MHz, revelaram que as perdas de percurso (PATH LOSS) eram sempre maiores na polarização vertical do que na horizontal. Isso ocorreu tanto em enlaces em linha de visada (alcance "visual") quanto além do horizonte (o sinal, por refração, vai além do que seria possível visualmente, acompanhando um pouco a curvatura da Terra). Em algumas situações além do horizonte, a perda foi 6 dB maior para a polarização vertical, mas em média foi da ordem de 4 dB.

Estes testes foram realizados medindo o nível do sinal recebido com ambas as antenas polarizadas verticalmente e comparando o nível do sinal com as antenas polarizadas horizontalmente (Fonte: Ref. 1).

Já um outro estudo realizado em florestas da Índia na faixa de 50 a 500 MHz utilizou uma técnica de medição diferente. As antenas de transmissão e recepção foram posicionadas perpendicularmente entre si e o nível do sinal recebido foi medido, indicando a amplitude de sinal em polarização cruzada.

Ou seja, quando uma antena transmitia na polarização vertical, a antena receptora recebia na horizontal e o nível de sinal era registrado. Em seguida as polarizações das antenas foram invertidas, transmitindo horizontalmente e recebendo verticalmente e o nível do sinal foi também registrado. Assim, quanto maior o nível medido, maior seria a "despolarização" do sinal devido ao caminho.

Essa mudança na polarização irá gerar perdas, uma vez que parte do sinal que deveria chegar na mesma polarização com a qual foi transmitido foi "torcido" para ficar na outra polarização. Este sinal será perdido, já que a antena receptora será incapaz de recuperá-lo por estar noutra polarização.

Os estudos indicaram que os sinais polarizados verticalmente foram despolarizados muito mais do que os sinais polarizados horizontalmente. Em alguns casos, a polarização foi tão alterada que o nível de sinal em polarização contrária foi maior do que o nível de sinal na polarização original. (Fonte: Ref. 2). 

A conclusão dos estudos, com base em quatro ensaios diferentes, foi que as perdas na polarização vertical foram 8 dB maiores que na polarização horizontal em 150 MHz. Estudos realizados em ambiente urbano produziram resultados semelhantes. Uma autoridade citada na referência 3 estima que a polarização horizontal produz sinais com nível 4,3 dB maior do que a polarização vertical.

TEORIA

Ao atravessar um determinado terreno, as ondas de rádio encontram obstáculos que absorvem e dissipam parte da energia. Uma parte dela é re-irradiada, mas com fase e/ou polarização diferente da onda original. A quantidade de energia absorvida ou re-irradiada depende da natureza dos obstáculos, do seu tamanho, condutividade e distribuição ao longo do caminho. As ondas polarizadas verticalmente são afetadas em maior extensão do que as ondas polarizadas horizontalmente porque obstáculos como árvores e edifícios estão na vertical.

Se a absorção e a re-irradiação por obstáculos são a causa da despolarização e das perdas, podemos supor que os caminhos que não têm obstáculos têm menos perdas, e de fato é isso que ocorre. Os enlaces de microondas, por exemplo, são projetados para garantir que o terreno não interfira com o sinal. Neste caso, a perda ao longo do caminho é a mesma para a polarização horizontal e vertical. O mesmo se aplica a enlaces terra-espaço, como no caso dos satélites. Por outro lado, enlaces sobre a água apresentam características diferentes, assim como os que fazem uso da ionosfera.

QUANTA PERDA?

Chegar a um valor médio para a perda extra sofrida por sinais despolarizados é difícil porque cada caminho é diferente e ninguém testou todos. Os 4 dB citados pelos pesquisadores canadenses são provavelmente conservadores (esta é a atitude comum deles) e há poucas árvores no norte do Canadá. A interpretação dos resultados indianos produz um resultado provavelmente mais realista (8 dB na faixa dos 2 metros). Um conhecido radioamador e construtor de antenas cita 7 dB a favor da polarização horizontal em 100 MHz, e a vantagem aumenta com a frequência (Fonte: Ref. 4).

O autor sugere que, em 146 MHz, 6 dB é um valor conveniente e conservador. Com estas perdas, um QSO usando polarização horizontal e um transmissor de 25 W produzirá o mesmo nível de sinal no receptor que um QSO polarizado verticalmente mas usando um transmissor de 100 W, supondo as mesmas condições para ambos os contatos, diferindo só na polarização.

Infelizmente, isso não é tudo: a polarização vertical também tem outros problemas.

RUÍDOS PRODUZIDOS PELA HUMANIDADE

O ruído de rádio (QRM) produzido por máquinas e dispositivos elétricos é mais vertical do que horizontal em sua polarização. Isto aplica-se particularmente ao ruído de ignição de veículos e a outras fontes de ruído próximas do solo. Muitas autoridades concordam que a polarização vertical é predominante no ruído. Os valores variam entre 2 dB e 6 dB a mais de ruído na polarização vertical do que na horizontal (Fonte: Ref. 5, 6 e 7).

Isto significa que a polarização vertical captará mais ruídos do que a horizontal, diminuindo a relação sinal/ruído (SNR), e portanto a polarização horizontal será mais vantajosa mesmo nos casos em que a diferença a priori entre elas não é tão significativa. Portanto, do ponto de vista amador, a polarização horizontal é preferível à vertical em HF, bem como em VHF e UHF.

EFICIÊNCIA DA ANTENA

Todas as antenas são afetadas negativamente pela presença de objetos nas proximidades, especialmente quando são condutores. A interferência é maior quando os objetos estão na mesma polarização que a antena. Isto ocorre porque a energia é acoplada com mais intensidade quando objetos e antena estão na mesma polarização do que quando estão em polarizações diferentes.

Como os mastros e os cabos de sustentação são verticais, ou quase isso, uma antena polarizada verticalmente será muito mais afetada negativamente do que outra na polarização horizontal, e portanto, irá requerer cuidados extras na sua instalação. 

O mastro que sustenta uma antena direcional, por exemplo, precisa ter sua ponta feita de material isolante, ou então a antena precisaria ser montada lateralmente, de forma que o mastro nao esteja no mesmo plano que ela. Se for utilizado material isolante, este precisa ser de boa qualidade, manter suas características ao longo do tempo e resistente às variações do clima. Cabos coaxiais também precisam ser posicionados para sair da antena em ângulo reto para evitar interferir com a antena.

Yagis, conjuntos de antenas cofasadas ("empilhadas") que usam dipolos dependem da distribuição simétrica da corrente em seu irradiante para que seu diagrama de irradiação seja também simétrico e regular. Esta distribuição simétrica de corrente só é possível quando a impedância ao terra ou aos condutores próximos é a mesma em ambos os lados do dipolo.

Nenhum dos pontos acima apresenta qualquer dificuldade com uma antena polarizada horizontalmente, mas se você deseja montar uma antena polarizada verticalmente, terá de dar a atenção devida a todos eles.

RESISTÊNCIA AO VENTO

O vento normalmente sopra mais forte quanto maior a altura e, portanto, as antenas horizontais oferecem menos resistência ao vento do que a mesma antena montada verticalmente. Se você usa uma antena pequena para a faixa dos 70 cm, isto pode não ser grande problema, mas se você gosta de DX e usa antenas grandes, pode ser uma grande desvantagem.

OPERAÇÃO MÓVEL

Até agora, não colocamos nada que recomendasse a polarização vertical, mas há casos em que ela é a melhor opção. Em operação móvel, antenas verticais são muito mais convenientes que horizontais, e há evidências que sugerem que, próximo ao solo, a intensidade de campo polarizado verticalmente é um pouco maior do que o polarizado horizontalmente, se tudo o mais for igual. O problema é que quase sempre o resto é bastante desigual, e esse pequeno benefício é ofuscado pelas numerosas desvantagens. 

De qualquer forma, as únicas antenas que se beneficiariam são aquelas próximas ao solo, como as instaladas em outros carros. Além disso, há evidências que sugerem que a polarização horizontal tem uma vantagem adicional para antenas móveis: as variações de intensidade de sinal que ocorrem quando o veículo está em movimento podem ser menores do que com a polarização vertical.

No final das contas, a única vantagem significativa que uma antena vertical teria sobre uma horizontal é que os pássaros não conseguem pousar nos seus elementos! Hi, hi, hi...

CONCLUSÃO

Neste artigo, demonstramos que a polarização horizontal produz sinal mais intenso no receptor, é menos ruidosa, permite que antenas mais eficientes sejam feitas e mantidas em ventos fortes e não sofre nenhuma desvantagem significativa em comparação com a polarização vertical.

RECOMENDAÇÃO

O uso da polarização vertical deve ser minimizado!

[NOTA DO TRADUTOR: Obviamente, nas faixas altas (VHF e superiores), a polarização vertical tem um apelo imbatível para os radioamadores "comuns": 99,99% daqueles que usam essas faixas diariamente utilizam a polarização vertical! Repetidoras, links IVG, antenas montadas em carros e em casas e até HTs (quando operados "em pé", ou seja, o tempo todo!) utilizam apenas a polarização vertical. Por isso, a recomendação do autor do artigo deve ser relevada ao contexto de sua pesquisa, que é operação DX. De fato, TODOS os Radioamadores que operam DX nas faixas altas utilizam a polarização horizontal, e este artigo fornece a justificativa perfeita para isso. Porém, os demais "mortais" que não têm pretenção de falar com outros continentes utilizando modos de propagação exóticos irão no final das contas continuar utilizando suas antenas verticais com muito sucesso.]

REFERÊNCIAS

1. Measurements of VHF/UHF Propogation Characteristics over Arctic Paths. Frank H Palmer, page 733 IEEE Trans on Antennas and Propagation Vol AP-28 No 6 Nov 1980.
2. Depolarisation of Radio Waves in Jungle Environment. S Swarup and R K Tewari, page 113 IEEE Trans on Antennas and Propagation Vol AP-27 No 1 Jan 1979.
3. Television Standards and Practice. Donald G Fink pages 336 and 337.
4. Antennas Part 6. F C Judd G2 BCX Practical Wireless July 1983.
5. Radio Engineers Handbook, F E Terman page 765.
6. Television Standards and Practice. Donald G Fink pages 336 and 337.
7. Electromagnetic Interference and Compatibility Vol 3. Donald R J White Chapter 2 sect 2.3, Chapter 5 sect 5.5

Fonte do artigo original: Revista AMATEUR RADIO, Maio de 1984 — Páginass 7-8

https://www.armag.vk6uu.id.au/1984-may-AR.html

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