Dipolo

Roberto Victor Ralph Edwin Samira Carlos Elias Luis Ariel Yeiner

¿Qué es? Tipos de antenas(Dipolo Simle, V invertida, sloper ) Tipos de antenas(Dipolo doblado,brazos plegados, electricamente acortado, doblete elemental ) ¿Cómo se construye? Propiedades electricas Ancho de banda y ganancia Ventajas Desventajas Derivados del dipolo y aplicaciones Especificaciones y precios

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Antonio/Ronald

Antena dipolo 1. ¿Qué es? Al hablar de la antena dipolo, tratamos de la antena más sencilla y popular junto con una línea de transmisión coaxial, este tipo de antena cuenta con una alimentación central empleada para transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia y consiste en un hilo conductor de media longitud de onda a la frecuencia de trabajo, cortado por la mitad en cuyo centro se coloca un generador o una línea de transmisión, estas antenas al estar construidas generalmente en cobre y terminarse en dos puntas que introducen una cierta capacidad que no existe en el conductor continuo, para obtener la resonancia lo apropiado es acortar ligeramente esta longitud debido al mismo efecto que el factor de propagación de las líneas de transmisión, es decir para efectos practicas, se puede considerar que al acortar la longitud a un 5% se logra conseguir la condición de resonancia. La antena dipolo es un sistema balanceado, en este tipo de transmisión la señal que se propaga es medida como la diferencia de potencial entre los dos conductores, ambos conductores conducen corriente de señal, y las corrientes tienen igual magnitud con respecto a tierra, pero viajan en direcciones opuestas. Ahora bien tenemos que una antena dipolo normalmente es alimentada con una línea tipo coaxial que es un sistema des balanceado (un alambre esta al potencial de tierra, mientras el otro tiene el potencial de una señal). Para unir un sistema balanceado con uno des balanceado es imprescindible la implementación de un dispositivo el cual sea capaz de hacernos el acople, y además que haga que no circule corriente de RF por la maya del coaxial y queden los sistemas en forma adecuada, y es entonces cuando hablamos del “balun”.

El balun es un dispositivo que se emplea para conectar una línea de transmisión balanceada con una carga des balanceada, también lo que es común como en este caso, una línea de transmisión des balanceada como lo es el cable coaxial, se puede conectar a una carga balanceada como lo es la antena dipolo, mediante un transformador especial con des balanceado primario y devanado secundario con toma central. El conductor externo de una línea des balanceada se suele conectar a tierra. A frecuencias relativamente bajas se puede usar un transformador ordinario para aislar la tierra de la carga. Este dispositivo debe tener un blindaje electroestático conectado a tierra física, con el fin de reducir al mínimo los efectos de las capacitancias parasitas. Cuando las frecuencias son relativamente altas se implementa otro tipo de balun, como lo es el balun de banda angosta también llamado choke. Un choke de cuarto de onda se instala en torno al conductor externo de un cable coaxial y se conecta con él. Así la impedancia que se ve hacia la línea de transmisión se forma por el choke y el conductor externo, y es igual al infinito, es decir el conductor externo ya no tiene impedancia cero a tierra. La siguiente grafica muestra la implementación de un balun tipo choke a una antena dipolo.

2. Tipos de antenas dipolos  Dipolo simple Este es el tipo más sencillo de antena dipolo, y consiste en dos elementos conductores rectilíneos colineares de igual longitud, alimentados en el centro, y de radio mucho menor que el largo. La longitud de este tipo de antena se expresa como L=150/f, pero como se menciono en apartados anteriores, para efectos prácticos se acorta la longitud un 5% con el fin de conseguir la condición de resonancia, entonces la longitud de la antena quedaría como L=142.5/f, siendo f la frecuencia de trabajo en megahercios. Para que esta fórmula nos dé un buen resultado, la antena debe estar de manera horizontal y a un medio de altura de su longitud de onda en espacio libre La longitud real del dipolo a la frecuencia de resonancia dependerá de muchos otros parámetros, como el diámetro del conductor, o bien la presencia de otros conductores a proximidad. En el espacio ideal y a una distancia de la tierra mayor a varias longitudes de onda, la impedancia del dipolo simple es de 73 Ohm.

 Antena en V invertida Este tipo de antena Tiene la forma de una V invertida y no es más que un dipolo de media onda en la que el centro constituye la parte más elevada de la misma y del que parten las dos ramas inclinándose hacia el suelo, este tipo de antena tiene propiedades muy parecidas a la antena dipolo de media onda pero con la diferencia que ocupa menos espacio La realización de este tipo de antenas exige algunas precauciones, algunos autores recomiendan que el ángulo de la V no sea inferior a 120 grados, y que los extremos de la V estén lo más lejos posible del suelo; la proximidad de los extremos a la tierra induce capacidades que alteran la frecuencia de resonancia. Puesto que ocupa menos espacio que el dipolo de media onda, la antena dipolo en V invertida es sumamente apreciado por los radioaficionados que transmiten en expediciones, porque con un simple mástil de unos nueve metros, un poco de cable y de cuerda de nylon, es posible instalar rápidamente una antena transportable, liviana, y poco voluminosa.  Sloper Es una antena dipolo de media longitud de onda instalada de manera que tiene un extremo elevado y que transcurre inclinada hasta la proximidad del suelo.  Dipolo doblado Este dipolo es en esencia una antena única formada por dos elementos. Un elemento se alimenta en forma directa, mientras que el otro tiene acoplamiento inductivo en los extremos. Cada elemento tiene media longitud de onda de largo, no obstante como puede pasar corriente por las esquinas, hay una longitud de onda completa de corriente en la antena, así para la misma potencia de entrada, la corriente de entrada es la mitad de la del dipolo básico de media onda, y la impedancia de entrada es cuatro veces mayor. La impedancia de entrada de una antena de dipolo doblado es igual a la impedancia de media onda multiplicada por la cantidad de alambres doblados, elevada al cuadrado, un punto importante a destacar del dipolo doblado con respecto al de media onda es el ancho de banda, pues se puede aumentar todavía más el ancho de banda haciendo de mayor diámetro los elementos del dipolo.  Dipolo de brazos plegados Es un dipolo cuyos brazos tienen una pequeña parte del extremo parcialmente plegada. Eso hace que se economice espacio, a costa de sacrificar parcialmente la eficiencia del dipolo.

 Dipolo eléctricamente acortado Es un dipolo en el cual un segmento de cada brazo (por ejemplo, el tercio central) es reemplazado por un solenoide. Eso hace que el dipolo sea mucho más corto, pero a costa de sacrificar otras cualidades del dipolo original, como la eficiencia, la impedancia y el ancho de banda. 

Doblete elemental

Es un dipolo eléctricamente corto y con frecuencia se llama dipolo corto, dipolo elemental o dipolo hertziano, eléctricamente corto quiere decir que es corto en comparación con media longitud de onda, pero no necesariamente onda de corriente uniforme , en general cualquier dipolo menor que un decimo de longitud de onda se considera eléctricamente corto, pues en realidad no se puede obtener un doblete elemental, sin embargo el concepto de dipolo corto es útil para comprender las antenas mas practicas. En general el dipolo simple es una de las antenas más ampliamente utilizada en frecuencias arriba de 2MHz. el siguiente apartado se muestran las ventajas y desventajas de estas antenas 3. ¿Cómo se construyen? Básicamente podemos clasificar las antenas dipolo en dos grandes grupos: antenas dipolo simple y antenas dipolo plegado. El material con el que estas se construyen, es el tubo de aluminio, ya que este material tiene las ventajas de tener poco peso, no se deteriora al contacto con la intemperie, es buen conductor de la electricidad y su precio no es elevado. De mejor material son las de duraluminio. El duraluminio es la denominación comercial de una aleación a base de un 95% de aluminio ,4% de cobre, 0.5% de magnesio y 0.5% de manganeso. El aluminio es por tanto, el material principal (de poco peso y buen conductor); el cobre le proporciona facilidad para ser ser mecanizado, el manganeso le aporta dureza y el magnesio contribuye a mantener su ligereza. 

Antena dipolo simple para FM

Las emisiones de radiodifusión en Fm se efectúan en la banda II de VHF, banda que cubre frecuencias comprendidas entre 87 y 110Mhz. La antena más sencilla que puede utilizarse para estas frecuencias es el dipolo simple polarizado horizontalmente, para estas antenas la longitud de las varillas es de 71 cm, separadas unos 5cm, la impedancia de esta antena es de 73Ω y capta la máxima energía cuando la señal incide sobre ella perpendicularmente. Este tipo de antena pertenece al grupo de las bidireccionales, ya que solo

puede recibir señales procedentes de emisoras situadas delante y detrás del dipolo. Una antena que capte las señales de todas las direcciones se basa en los mismos principios de la anteriormente mencionada, pues se trata simplemente de dos dipolos situados perpendicularmente uno con respecto al otro, lo que permite recibir emisoras de todas las direcciones. El dipolo simple se toma como antena de referencia para el cálculo de la ganancia del resto de las antenas, siendo por lo tanto, la ganancia del dipolo simple de 0dB 

Antena dipolo plegado para FM

Esta antena está formada por un bucle cerrado, y tiene como ventaja sobre el dipolo simple el hecho de no requerir un punto de fijación aislado es decir, que la unión entre el dipolo y el mástil de sujeción no tiene por qué estar aislada eléctricamente. La ganancia de esta antena es la misma que la del dipolo simple, pero su impedancia es cuatro veces mayor es decir 300Ω. La longitud total del dipolo plegado se calcula igual que la del dipolo simple, es decir, un 5% menor que la mitad de la longitud de onda que ha de recibir. En el caso de la recepción de la banda II (FM), la longitud real del dipolo plegado será pues la misma que la del dipolo simple, es decir 150cm. Esta medida en entiende comprendiendo las partes curvadas de la antena. la separación entre los dos elementos debe ser la menor posible y ha de ser constante a lo largo de toda la antena, para obtener un rendimiento satisfactorio, es imprescindible que la distancia de separación no sobrepase 1/32 del valor de la longitud de onda. Al igual que la antena dipolo simple, la sensibilidad de la antena dipolo plegado es máxima cuando las ondas electromagnéticas inciden sobre ella perpendicularmente. Este tipo de antena debe conectarse al receptor de radio con un cable de igual impedancia. También la toma de antena del receptor debe ser de 300Ω para que se obtenga la máxima transferencia de energía desde la antena al receptor. 4. Propiedades eléctricas  Corriente y tensión en una antena dipolo En una antena dipolo encontramos en la parte central una tensión reducida y una corriente elevada, mientras que en las puntas del dipolo se produce una tensión elevada y una corriente muy pequeña o nula, lo cual implica un sumo cuidado al intervenir con la sujeción de estas partes. Si el material aislante aislante no es de buena calidad, la elevada tensión que se encuentra en las puntas del dipolo puede producir grandes pérdidas, además aun trabajando

con potencias pequeñas se puede tener quemaduras accidentalmente tener contacto con las puntas del dipolo.



en

caso

de

Radiación

En un plano perpendicular a la dirección del hilo del dipolo. Radia exactamente igual en todas las direcciones, mientras que en el plano del dipolo radia con un máximo en la dirección perpendicular al hilo y un mínimo en la dirección del hilo, es decir es ligeramente directivo y tiene una ganancia respecto a una antena isotrópica de 2,3 db en direcciones perpendiculares al hilo del dipolo. Para efectos de práctica podemos decir que la antena dipolo es omnidireccional, excepto para direcciones hacia las puntas. 

Polarización



Cuando la antena dipolo es paralela al plano de la tierra, la componente eléctrica de la onda es paralela al plano de la tierra: se dice que tiene polarización horizontal.



Cuando la antena dipolo es perpendicular al plano de la tierra, la componente eléctrica de la onda es emitida perpendicularmente al plano de la tierra: se dice que tiene polarización vertical. En HF, y en VHF en clase de emisión banda lateral única se prefiere la polarización horizontal, y en VHF en clase de emisión frecuencia modulada, la polarización vertical .  Impedancia





La impedancia de un dipolo de base y en el espacio ideal es de 73 Ohms.



En la práctica, la impedancia real será una función importante de la altura. La impedancia característica de un dipolo replegado y en el espacio ideal es de 300 Ohms. 

Acortamiento eléctrico

La longitud real de un dipolo respecto a su homólogo ideal es un 5% menor. A ese efecto de bordes se lo llama acortamiento eléctrico. 5. Ancho de Banda Potencia normalizada de un dipolo de media longitud de onda, donde se demuestra la relativa banda estrecha de un dipolo. Se observa que el ancho de banda es de aproximadamente un 15%, y por tanto podemos afirmar que un dipolo es de banda estrecha. Para llegar a esta afirmación, nos basamos en la fórmula de la potencia del dipolo de media onda:

donde, Así, igualando a uno la relación entre longitud de onda y la longitud de la antena y variando dicha relación, obtenemos el gráfico de distribución de potencia de un dipolo en relación a la frecuencia de trabajo.

6. Ganancia La ganancia de una antena es la relación (cociente) de potencias por unidad de superficie, entre una antena dada y una antena isótropa que se toma como referencia, ambas alimentadas con la misma potencia:

La potencia por superficie electromagnética es:

unitaria

transportada

por

una

onda

La potencia por superficie unitaria de una antena isótropica alimentada con la misma potencia es:

En el caso de un dipolo corto, cuando se remplazan los valores, el resultado final es: = 1,5 = 1,76 dBi Los dBi son decibelios con una i añadida para recordar que se trata de una ganancia con respecto a una antena isótropa, habiendo una diferencia de 2,15dB entre dBd y dBi (por ejemplo 12dBd son 14,15dBi). Siendo dBd la ganancia expresada respecto al dipolo de media onda. 7. Ventajas y Desventajas Ventajas 

Estas antenas son las más simples desde el punto de vista teórico.



Son las más fáciles de fabricar por su diseño simple.

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Acceso inmediato a los extremos, lo cual permite ajustar cómodamente la longitud con precisión.



Son muy ligeras y de fácil instalación.



Se utilizan principalmente en radiodifusión



El dipolo en V invertida es sumamente apreciado por los radioaficionados que transmiten en expediciones, porque con un simple mástil de unos nueve metros, un poco de cable y de cuerda de nylon, es posible instalar rápidamente una antena transportable, liviana, y poco voluminosa.



Las antenas de dipolo se pueden utilizar en muchos lugares, de los coches a las televisiones, y en radios de AM-FM y ranura dores sin hilos.



Mínima ocupación de espacio, lo cual es apreciable cuando el sitio está limitado.



Las dipolo plegado poseen un gran ancho de banda, además de tener un magnifico rendimiento



En la construcción del dipolo plegado no es necesario cortar los cables, puede hacerse con un único cable que se dobla en los aisladores. Las medidas de los separadores varían según a la frecuencia que esté cortada la antena.



Ofrecen la mejor flexibilidad en cuanto a orientación de la antena.

Desventajas 

Rigurosamente, hay que alimentar el dipolo con una alimentación simétrica, para lo cual hay que intercalar un balun o simetrizador entre el dipolo y el cable coaxial



La realización exige algunas precauciones. Autores como Brault y Piat recomiendan que el ángulo de la antena V invertida no sea inferior a 120 grados, y que los extremos de la V estén lo más lejos posible del suelo; la proximidad de los extremos a la tierra induce capacidades que alteran la frecuencia de resonancia. (dipolo en v invertida)



La antena dipolo no irradia en todas las direcciones con la misma potencia; se dice entonces que es una antena direccional



Las antenas dipolo no proveen mucha ganancia



Es sensible a cualquier movimiento fuera de la posición perfectamente vertical.



Aunque las antenas de dipolo se puedan orientar verticalmente, horizontalmente, o en ángulo, la polarización de sus campos electromagnéticos cambia con sus posiciones



Para el diseño de las diferentes antenas dipolos que existen, se sacrifican algunas cualidades del dipolo original como lo son eficiencia, impedancia y ancho de banda.

8. Derivados del Dipolo  Antena Yagi Cuando a un dipolo se le antepone otro dipolo delante, ligeramente más corto, y otro dipolo detrás, ligeramente más largo, se obtiene una Antena Yagi.  Antena Spiderbeam

Antena liviana, multi bandas y transportable, la Antena Spiderbeam es una variación más compleja del dipolo original, en forma de telaraña.

9. Aplicaciones Se utilizan principalmente para transmitir señales de TV, FM y para comunicaciones militares. El dipolo de media onda lineal o dipolo simple es una de las antenas mas ampliamente utilizadas en frecuencias arriba de 2MHz. Antena constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores, utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas.

10. Especificaciones y Precios

Precios d e las antenas 

Antena dipolo rígido para HF $1`493.200

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Antena HF Dipolo 838.300

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Antena 4 dipolos abiertos (ojo con 1 año de garantía jjaaj)$669.400

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Antena dipolo radio receptora fm y onda corta$26.100

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Antena dipolo banda ancha 2 a 20 Mhz hf/blu$200.000

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Antena dipolo wifi de alta ganacia N300Mbps$90.000

La siguiente tabla muestra los diferentes precios para las antenas dipolos y arreglos de antenas dipolos