Antena dipolo: funcionamiento y aplicaciones

Una antena es un medio de comunicación que se utiliza para transmitir y recibir señales que representan cierta información. La primera antena fue inventada por los alemanes en 1888 y se utilizó para la comunicación inalámbrica. Estas antenas pueden transmitir señales de radio y microondas. Hay diferentes tipos de antenas que se clasifican según su aplicación: de hilo, de registro periódico, de apertura, de microchip, de reflector, de lente, de array y de onda viajera. Por ello, es necesario conocer cada antena y su finalidad para utilizarla en las aplicaciones más adecuadas. Por ello, en este artículo se presenta una visión general de uno de los tipos de antenas de hilo, a saber antena dipoloy cómo funciona con las aplicaciones.

¿Qué es una antena dipolo?

Una antena dipolo es un tipo de antena de radiofrecuencia que consta de dos elementos conductores, como cables o varillas, en los que la longitud del cable es igual a la mitad de la mayor longitud de onda del espacio libre en la frecuencia de funcionamiento. En el centro de la antena, los materiales conductores están separados por un aislante llamado sección de antena. A continuación se muestra el diagrama de la antena dipolo.

La fuente de tensión de radiofrecuencia se envía al centro de la antena, entonces la tensión y la corriente que se distribuyen entre los dos elementos conductores generan una señal electromagnética o de radio y esta señal se irradia al exterior de la antena. En el centro de la antena, la tensión es más baja y la corriente más alta, mientras que la tensión es más alta y la corriente más baja en ambos extremos de la antena dipolo.

Diseño de la antena dipolo

Una antena dipolo consta de dos elementos conductores, como cables y varillas o alambres, en los que el alimentador está en el centro y las secciones radiantes de la antena están a ambos lados. La longitud de los hilos es la mitad de la longitud de onda máxima, que es λ/2 en el espacio libre a la frecuencia de funcionamiento. La antena básica diagrama de antena dipolo con el punto de alimentación central se muestra a continuación.

El elemento conductor de la antena se divide en el centro en dos secciones a través de un aislante, llamado sección de antena. Estas secciones se conectan simplemente a un cable coaxial o alimentador en el centro de la antena. Sabemos que la longitud de onda es la distancia entre dos puntos consecutivos superiores o inferiores.

En este caso, la longitud del elemento radiante puede estar determinada por diversas propiedades de la antena, como la frecuencia central de funcionamiento, la impedancia de alimentación, etc. En esta antena, la longitud del dipolo es un parámetro importante.

Cualquier tipo de antena puede funcionar tanto en modo de transmisión como de recepción. En varias aplicaciones inalámbricas, la antena puede cambiarse entre el transmisor y el receptor.

Transmisor con antena dipolo

En la sección del transmisor, la antena dipolo genera las ondas de radio. Se suministra a la antena una tensión a la frecuencia preferida. Por lo tanto, el voltaje que circula por los elementos de esta antena y la corriente que circula por ellos crearán ondas magnéticas y eléctricas.

El emisor de una antena es el elemento fundamental que se crea con un conductor. El conductor transporta una corriente eléctrica cuya intensidad fluctúa en el tiempo y se transforma en una radiación de radiofrecuencia que transmite al espacio.

Receptor con antena dipolo

En la sección del receptor, la onda electromagnética que pasa por la antena dipolo induce una pequeña tensión. Como resultado, la antena se convierte en la fuente de señal para la entrada del receptor.
El receptor de una antena realiza la operación inversa al transmisor. Recibe la radiación de radiofrecuencia y la convierte en corrientes eléctricas dentro de un circuito eléctrico conectado a la antena.

¿Cómo funciona la antena dipolo?

Una vez que la fuente de tensión de radiofrecuencia se aplica al centro de las dos secciones de la antena, el flujo de tensión y corriente a través de los dos elementos conductores puede generar una señal electromagnética o de ondas de radio que se irradiará al exterior de la antena.

En el centro de la antena, la tensión es mínima y la corriente es máxima. A la inversa, la corriente es mínima y la tensión es máxima en los extremos de la antena. Esta es la distribución de corriente de la antena dipolo.

A continuación se muestra el diagrama de radiación de la antena dipolo, vertical al eje de la antena. El diagrama de radiación es una representación gráfica de las propiedades de radiación de la antena. El diagrama de radiación de la antena describe cómo ésta emite energía al espacio.

Así, esta antena convierte las señales de eléctricas a electromagnéticas de RF y las emite en el extremo emisor y convierte las señales electromagnéticas de RF en eléctricas en el extremo receptor.

Diferentes tipos de antenas dipolo

Los distintos tipos de antenas dipolo disponibles se utilizan en diferentes aplicaciones en función de las necesidades, como medias ondas, medias ondas múltiples, dipolos plegados, dipolos cortos y dipolos no resonantes.

Antena dipolo de media onda

Un tipo de antena dipolo en el que la longitud del dipolo es la mitad de la longitud de onda a la frecuencia de funcionamiento se llama antena dipolo de media onda. A veces esta antena también se llama antena de media onda Antena de Hertz. Esta antena tiene una estructura de resonancia sencilla en comparación con otras antenas, por lo que se utiliza con fines de transmisión y recepción en diversas aplicaciones. La frecuencia de funcionamiento de esta antena va de 3 kHz a 300 GHz.

Las ventajas de una antena dipolo de media onda son que no es pesada, es barata, su impedancia de entrada es similar a la impedancia de entrada de la línea de transmisión, etc. Las desventajas de una antena de media onda son que es una antena independiente, por lo que puede utilizarse como elemento clave para otros tipos de antenas que trabajan a frecuencias extremadamente altas y la naturaleza del diagrama de radiación es omnidireccional. Estas antenas se utilizan principalmente en los receptores de radio y televisión.

Antena dipolo plegada

El conjunto de dos antenas dipolo que simplemente se conectan por separado para formar un fino bucle de cable se conoce como antena de tipo plegado. Como su nombre indica, la antena de tipo dipolo está plegada y se compone de dos dipolos de media onda, de los cuales uno es continuo y el otro está dividido por la mitad. Se doblan y se conectan en paralelo en ambos extremos.

El diagrama de radiación de la antena dipolo plegada es similar al de un dipolo normal, salvo que la impedancia de entrada es mayor y la directividad es bidireccional. La razón principal para utilizar esta antena es su elevada impedancia de alimentación y su amplio ancho de banda. Por eso estas antenas se utilizan solas, como parte esencial de otras antenas y también para proporcionar un gran ancho de banda. Estas antenas están disponibles en los tipos de dos y tres hilos.

Antena dipolo corta

Una antena dipolo que es más corta que la mitad de la longitud de onda se conoce como antena dipolo corta. Es una simple antena de hilo en la que un extremo está abierto y el otro se alimenta de una fuente de corriente alterna. El rango de frecuencias de esta antena es de 3 KHz a 30MHz, por lo que es aplicable a receptores de baja frecuencia.

La longitud de esta antena es menor que la longitud de onda. Una fuente de tensión se conecta simplemente en un extremo, mientras que las líneas se terminan en el otro.

El diagrama de la antena se muestra arriba e incluye la longitud "L". El tamaño de la antena original no importa, pero el cable que conduce a la antena debe ser inferior a 1/10 de la longitud de onda. Así que

L< λ/10

Donde la longitud del hilo corto del dipolo es "L" y la longitud de onda es "λ".

Antena dipolo FM

La antena dipolo FM es muy sencilla de construir de varias formas y a bajo coste. Por eso, estas antenas son la solución ideal para una antena de FM de interior, para colocar en el tejado o en el ático. Se pueden utilizar cuando se necesita una antena temporal. Se trata de una antena de media onda y medio dipolo con polarización vertical que se utiliza con mayor frecuencia para proporcionar una mejor recepción de las transmisiones de FM en VHF. En general, estas antenas se utilizan principalmente para las transmisiones en FM, cuya frecuencia oscila entre 88 MHz y 108 MHZ.

Antena dipolo en abanico

Este tipo de antena también se llama antena de abanico o dipolo paralelo. Es una antena de hilo multibanda y, por tanto, muy sencilla de diseñar. Normalmente, esta antena está formada por varios dipolos que comparten una línea de alimentación coaxial similar. Cada dipolo debe cortarse para los centros de banda aproximados en los que va a resonar.

Una vez transmitida la señal, sólo se observa a través de la radio el elemento resonante para esa banda, porque los dipolos restantes tienen una impedancia mayor. El diseño mecánico de esta antena no es crítico porque también puede disponerse en forma de V invertida horizontalmente.

Algunas disposiciones aprovechan los cables adyacentes y dispersos en diferentes direcciones. En general, algunos elementos vecinos pueden interferir entre sí, sobre todo si están muy acoplados. Normalmente, esta sintonización de la antena requiere un ajuste cuidadoso de los elementos para conseguir la resonancia en las diferentes bandas.

Ganancia de la antena dipolo

La ganancia de la antena es un tipo de parámetro utilizado para medir la cantidad de directividad en el diagrama de radiación de la antena. Una antena de alta ganancia irradia principalmente en una dirección determinada. La ganancia de la antena es un fenómeno pasivo en el que la potencia no se incluye a través de la antena, sino que simplemente se reasigna para proporcionar una potencia radiada adicional en una dirección específica. La ganancia de la antena puede medirse en dBi y dBd.

La ganancia de una antena isotrópica se mide en dBi

La ganancia de una antena dipolo se mide en dBd

La relación principal entre dBd y dBi se muestra a continuación.

dBi = dBd + 2,15

Al determinar la ganancia de la antena, el diseñador debe tener en cuenta la aplicación de la misma.

Las antenas con alta ganancia ofrecen muchas ventajas, como una mejor calidad de la señal, mayor alcance, etc.
Las antenas con menor ganancia tienen un menor alcance; sin embargo, la orientación de la antena es relativamente insignificante.

La ganancia de una antena dipolo puede calcularse en dBd respecto a una antena dipolo de referencia. La ganancia de una antena dipolo de referencia es de 2,15 dBi. Así que cambiar entre dBi y dBd es muy sencillo, incluyendo o restando 2,15 según esta fórmula: dBi = dBd + 2,15.

Longitud de onda de la antena dipolo

La longitud de onda de una antena puede calcularse a partir de la fórmula de la frecuencia.

Frecuencia (f) = C/λ

A partir de la ecuación anterior, es posible derivar la longitud de onda

λ = C/f

Dónde:

c' es la velocidad de la luz.

f" es la frecuencia.

Diferencia entre antena dipolo y monopolo

Las diferencias entre la antena dipolo y la antena monopolo son las siguientes.

Antena dipolo	Antena monopolo
Esta antena pertenece a la categoría de antenas lineales.	La antena monopolo también pertenece a la categoría de las antenas lineales.
Esta antena utiliza simplemente un radiador para producir un plano de tierra sintético entre los elementos de un radiador simétrico.	Una antena monopolo necesita un plano de tierra físico.
Los elementos radiantes de esta antena simplemente se conectan desfasados 180 grados entre sí a un conductor de un cable coaxial.	Para este tipo de antena, el plano de referencia de la línea de transmisión, el conductor exterior del cable coaxial, es el plano de tierra.
Esta antena tiene el mismo rendimiento y patrones de radiación, pero no son simétricamente verticales.	Las antenas monopolo presentan el mismo rendimiento y patrones de radiación, pero son simétricamente verticales.
El diagrama de radiación de estas antenas tiene una radiación simétrica vertical, por lo que simplemente se pueden orientar en la dirección óptima de recepción/transmisión.	El diagrama de radiación de esta antena depende principalmente de la orientación del plano de tierra.
Estas antenas están disponibles en diferentes variantes, como las dobladas, las cortas, las de media longitud de onda común, etc.	Las antenas monopolo están disponibles en diferentes tipos, como las antenas navales de baja frecuencia y las antenas de AM para vehículos de motor.
Estas antenas se utilizan en diferentes ámbitos, como parte de antenas o por sí solas.	Las antenas monopolares se utilizan para teléfonos inalámbricos, teléfonos móviles, radios CB, walkie-talkies, etc.

Ventajas

El ventajas de una antena dipoloa incluyen lo siguiente.

• La simplicidad es la principal ventaja de esta antena.
• Son extremadamente eficaces cuando se utilizan en la frecuencia de resonancia.
• El tamaño de la ranura del dipolo no afecta al rendimiento de la antena.
• Son omnidireccionales para transmitir y recibir señales.
• En comparación con las antenas monopolo telescópicas, los dipolos telescópicos permiten una gama de frecuencias más amplia.
• El diagrama de radiación de esta antena tiene forma de donut debido a que la antena está situada en el centro del agujero.
• Estas antenas son fáciles de diseñar e instalar en diferentes configuraciones, como inclinadas, colgantes, en forma de V invertida, etc
• Se puede recibir cualquier señal casi sin preocuparse de su dirección.
• Estas antenas pueden reducirse y resonar con una bobina de carga. Si esta bobina se coloca en el centro, se obtienen buenos resultados.

Desventajas

El desventajas de las antenas dipolo incluyen lo siguiente.

• La longitud de onda es larga para un número muy pequeño de frecuencias para hacer una antena
• Las antenas de tipo plegado son algo más complicadas que las antenas monopolo, aunque no son tan complicadas como las antenas de parche cuádruple o yagi UDA.
• Para frecuencias inferiores a 27 MHz, la eficacia de la antena empieza a disminuir a medida que se reduce su longitud.
• En comparación con una antena típica, la eficiencia de las antenas en V invertida es reducida.
• El tamaño de las antenas de interior es muy pequeño en comparación con las de exterior.
• Las antenas exteriores son grandes, por lo que su instalación y transporte son muy difíciles.

Aplicaciones

Las aplicaciones de las antenas dipolo son las siguientes

• Estas antenas se utilizan como parte fundamental de las antenas complejas y también se utilizan en diversos ámbitos en los que pueden ser el elemento radiante.
• Esta antena es aplicable en radio y telecomunicaciones.
• La misma antena se utiliza en la comunicación bidireccional, tanto para la transmisión como para la recepción.
• Una antena de media onda puede utilizarse en receptores de TV y radio.
• Generalmente, la antena se utiliza como antena transmisora o receptora, porque la antena transmisora cambia las señales de eléctricas a electromagnéticas y las emite, mientras que la antena receptora puede utilizarse para cambiar las señales de electromagnéticas a eléctricas.
• Una antena de reflector parabólico se utiliza en la radioastronomía, en las comunicaciones por satélite y en varios tipos de enlaces de radiocomunicación.
• Las antenas de tipo VHF y UHF se utilizan principalmente para las comunicaciones móviles terrestres en seguridad pública, zonas costeras, aplicaciones industriales y comunicaciones públicas.
• Una antena de tipo plegado puede utilizarse dentro de las antenas Yagi-Uda para la recepción global de TV a través de una línea equilibrada, ya que Z0 = 300 Ω, porque la impedancia de entrada de esta antena es alta, por lo que simplemente se adapta a la impedancia de la línea de transmisión.
• La antena de tipo FM se utiliza principalmente como antena para la recepción de emisiones en FM, en particular para la banda de emisión en FM de 88 MHz a 108 MHz.

Por lo tanto, es visión general de una antena dipolosu funcionamiento y aplicaciones. Es uno de los tipos más importantes de antena de radiofrecuencia, ampliamente utilizado en las radiocomunicaciones o en otros diseños de antenas de radiofrecuencia para formar el elemento radiante de toda la antena. Esta antena es bastante fácil de diseñar y una antena dipolo básica funciona en las secciones de VHF, UHF y HF del espectro de RF. He aquí una pregunta para ti, ¿cuál es el rango de frecuencia de la antena dipolo??