• Author / Uploaded
• Mitma Jose

Citation preview

FACULTAD DE ING. ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

CURSO

:

Antenas y Medio de Propagación

PROFESOR

:

C. Heredia

TÍTULO

:

Antena Dipolo

ALUMNO :

Mitma Mollisaca Jose Ángel

REALIZADO:

15-05-2015

PRESENTADO:

22-05-2015

Ciudad Universitaria, mayo del 2015

ANTENAS DIPOLO

Introducción En la radio y las telecomunicaciones una antena dipolo o doblete es la clase más simple y más utilizado de la antena. Se compone de dos elementos conductores idénticos, tales como alambres de metal o varillas, que son por lo general de simetría bilateral. La corriente de excitación desde el transmisor se aplica, o antenas para la recepción de la señal de salida al receptor se toma, entre las dos mitades de la antena. Cada lado de la línea de alimentación para el transmisor o el receptor está conectado a uno de los conductores. Esto contrasta con una antena mono polo, que consta de una sola varilla o conductor con un lado de la línea de alimentación conectado a él, y el otro lado conectado a algún tipo de suelo. Un ejemplo común de un dipolo es la antena de televisión "orejas de conejo" que se encuentra en los aparatos de televisión de difusión. La forma más común de dipolo es dos varillas rectas o alambres finales orientados para terminar en el mismo eje, con la línea de alimentación conectada a los dos extremos adyacentes. Este es el tipo más sencillo de la antena desde un punto de vista teórico. Los dipolos son antenas resonantes, lo que significa que los elementos sirven como resonadores, con ondas de radio de la corriente que fluye hacia atrás y adelante entre sus extremos. Por lo tanto la longitud de los elementos dipolares está relacionada con la longitud de onda de las ondas de radio utilizadas. La forma más común es el dipolo de media onda, en el que toda la antena es un medio de longitud de onda larga, por lo que cada uno de los dos elementos de barra es un cuarto de longitud de onda larga. La antena dipolo es un cable de tamaño de media longitud de onda, es alimentado por una fuente en el medio.

La longitud de un dipolo debe ser por tanto: L = 150 / f Siendo f la frecuencia en megahercios. Al estar construido con algún material (generalmente cobre) y terminarse en dos puntas que introducen una cierta capacidad que no existe en el conductor continuo, para obtener la resonancia se debe acortar ligeramente esta longitud debido al mismo efecto que el factor de

propagación de las líneas de trasmisión. Para todos los efectos prácticos, salvo para dipolos en frecuencias muy elevadas en las que el diámetro del hijo puede tener influencia, se puede considerar que acortando la longitud un 5 % se consigue la condición de resonancia. Por lo tanto, la fórmula queda: L = 142,5 / f Distribución de corriente y tensión en un dipolo La distribución de corriente y tensión en un dipolo es de la siguiente forma. En el centro tenemos una tensión reducida y una intensidad elevada, mientras que en las puntas se produce una tensión muy elevada y una intensidad nula. Esto quiere decir que hay que tener cuidado con la sujeción de esos puntos. Si el aislador no es de buena calidad, la elevada tensión existente en las puntas puede producir grandes pérdidas. También hay que tener en cuenta el hecho de que incluso con potencias pequeñas se pueden producir quemaduras en caso de tocar accidentalmente esas puntas. Impedancia de un dipolo La impedancia nominal de un dipolo es de 73 ohmios. Sin embargo, en un dipolo real situado a una cierta distancia del suelo la impedancia varía considerablemente. Este efecto no tiene demasiada importancia si se puede aceptar una ROE máxima en la línea de transmisión de 2:1. Si se quiere anular esta ROE sólo podemos hacerlo variando la altura del dipolo. Cuanto más alto se encuentra el dipolo respecto a tierra, menor es la variación de impedancia y más se aproxima al valor nominal de 73 ohmios. Un dipolo colocado a una altura de 3/8 de la longitud de onda tendrá una impedancia de 81 ohmios aproximadamente. Conectándolo a una línea de 75 ohmios, la ROE será 81/75 o sea 1,08:1, que es muy pequeña. Si el dipolo se encuentra a más de media longitud de onda de altura sobre el suelo a la frecuencia de trabajo, la ROE que habrá en la línea será insignificante. En frecuencias bajas, donde la longitud de onda es grande, sí que resulta importante la altura a la que se coloca el dipolo. Supongamos un dipolo en la banda de 80 metros de los radioaficionados (3,5 a 38 MHz), media longitud de onda son 40 metros, altura que es muy difícil de lograr en la mayoría de los casos. Si colocamos el dipolo a 1/5 de longitud de onda, veremos que la impedancia del dipolo es de unos 50 ohmios, por lo tanto, si el dipolo anterior se coloca a 16 metros y se alimenta con una línea de 52 ohmios exisitrá un acoplamiento perfecto. En cualquier caso (excepto el mencionado anteriormente), alimentando un dipolo con una línea de 52 ohmios habrá que aceptar una ROE de 1,5:1 aproximadamente. Además conviene evitar las alturas comprendidas entre un poco más de 1/4 y un poco menos de 1/2 de longitud de onda. Como norma general, un dipolo no debe montarse a alturas inferiores a 1/4 de longitud de onda, ya que la impedancia baja muy rápidamente y como veremos en el apartado siguiente su funcionamiento se vuelve totalmente inútil. RADIACION DE UN DIPOLO La radiación de un dipolo en el espacio libre es tal como se indica en la figura 12; en un plano

perpendicular a la dirección del hilo del dipolo. Radia exactamente igual en todas 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. O sea que el dipolo es ligeramente directivo y como ya dijimos anteriormente tiene una ganancia respecto a una antena isotrápica de 2,3 dB en direcciones perpendiculares al hilo del dipolo. A efectos prácticos puede decirse que el dipolo es omnidíreccional, excepto para direcciones hacia las puntas o muy próximas a ellas.

PREGUNTAS 1. ¿Qué función juega una antena que está transmitiendo o recibiendo una señal de radio? Está captando las ondas electromagnéticas que llegan desde el exterior y las convierte en señales que se pueden interpretar en el equipo de recepción.

2. ¿Una antena generalmente a cuantas longitudes de onda está cortada? Generalmente una antena está cortada a 0.95 de su longitud teórica.

3. En un dipolo de media onda, el haz se concentra en ¿Cuántas direcciones? De forma omnidireccional.

4. La resistencia de alimentación de un dipolo es aproximadamente ____ ohm. La resistencia de alimentación de un dipolo es de 73 Ω.

5. ¿Es la resistencia de entrada de una antena siempre resistiva, o es también reactiva? La resistencia de entrada depende de la frecuencia con la que se trabaja y puede ser resistiva y reactiva como solo resistiva a frecuencia de resonancia.

6. La polarización de una antena es en la dirección del La polarización de una antena es en la dirección del dipolo, para que la corriente pueda viajar a través de él.

7.

¿Es el campo eléctrico paralelo o perpendicular a dipolo? El campo eléctrico es paralelo al dipolo.

8. ¿Puede una antena ser usada para transmisión y recepción? Toda antena sirven para transmitir y recibir señales.

9. En el punto de alimentación del dipolo la corriente esta en un ____ En el punto de alimentación del dipolo la corriente esta en un máximo porque la resistencia en ese punto es baja.

10. Cuando un dipolo opera como una antena de onda completa, ¿cuántos lóbulos de radiación produce? Cuando un dipolo opera como una antena de onda completa produce 4 lóbulos de radiación. 11. En una línea de transmisión, la longitud de onda generalmente es _______ que en el espacio libre. En una línea de transmisión, la longitud de onda generalmente es menor que en el espacio libre. Esto se puede fundamentar si se sabe que la luz no viaja igual en un medio que en vacio. 𝑐= 𝑐 :Velocidad de la luz 𝜀 : Permeabilidad dieléctrica 𝜇 : Permeabilidad magnética

1 √𝜀𝜇

De acuerdo a la teoría electromagnética 𝜀 > 𝜀𝑜 𝑦

𝜇 > 𝜇𝑜

𝜀𝑜 : Permeabilidad dieléctrica en el vacio 𝜇𝑜 : Permeabilidad magnética en el vacio 𝜀𝑜 𝜇𝑜 < 𝜀𝜇 1 1 1 1 < → < → 𝑐𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 < 𝑐𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜 𝜀𝜇 𝜀𝑜 𝜇𝑜 √𝜀𝜇 √𝜀𝑜 𝜇𝑜

∴ 𝑐𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 < 𝑐𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜 Esto afectará 𝜆 𝑐𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑐𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜 < 𝑓 𝑓 ∴ 𝜆𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 < 𝜆𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜 Lo que queríamos decir.

12. ¿Cuál es la longitud de onda de un transmisor operando en 14.25MHz? La longitud de onda mide 20m Esto se demuestra en base a la siguiente ecuación 𝑐 = 𝜆. 𝑓 8

𝑐 : La velocidad de la luz 3.10 m/s 𝜆 : Longitud de onda (en metros) 𝑓 : Frecuencia de la onda (en hertz)

Reemplazando valores y despejando 𝜆 tenemos 𝜆=

𝑐 3. 108 𝑚/𝑠 → 𝜆= → 𝜆 = 21.05𝑚 𝑓 14.25𝑀𝐻𝑧

Considerando que la 𝜆 real es un 95% de la teórica. 𝜆𝑟𝑒𝑎𝑙 = 0,95. 𝜆𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎 → 𝜆𝑟𝑒𝑎𝑙 = 20𝑚 13. Un transmisor opera en 144MHz requiere un dipolo de media onda ¿Cuánto debe ser su longitud en metros?

La longitud teórica del dipolo debe medir 1.04m Esto se demuestra en base a la ecuación de la onda 𝑐 = 𝜆. 𝑓 𝑐 : La velocidad de la luz 3.108m/s 𝜆 : Longitud de onda (en metros) 𝑓 : Frecuencia de la onda (en hertz)

Reemplazando valores y despejando 𝜆 tenemos 𝜆=

𝑐 3. 108 𝑚/𝑠 → 𝜆= → 𝜆 = 2.08𝑚 𝑓 144𝑀𝐻𝑧

Como la antena es de media onda su longitud es, la mitad de la longitud de la onda. 𝑡𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑎 =

𝜆 2

∴ 𝑡𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑎 = 1.04𝑚

14. ¿Cual es la longitud, en pies, de una antena de media onda de 40 metros? La longitud teórica de la onda en una antena de media onda de 40 metros es 262,47 ft. La antena de media onda mide 40 metros, entonces la longitud de la onda es 80 metros, expresado en pies es 262,47 ft (1m=3,28 ft)

15. ¿Cuál es la antena mas grande, una diseñada para 14MHz o una para 30MHz? La antena será más grande para la que está diseñada para 14MHz, esto se debe a que el tamaño de la frecuencia es inverso al tamaño de la antena o longitud de onda. Lo dicho se funda a partir de la siguiente ecuación 𝑐 = 𝜆. 𝑓 𝑐 : La velocidad de la luz 3.108m/s 𝜆 : Longitud de onda (en metros) 𝑓 : Frecuencia de la onda (en hertz)

Siendo 𝑓1 = 14𝑀𝐻𝑧 𝑦 𝑓2 = 30𝑀𝐻𝑧 Sus longitudes de onda son 𝜆1 𝑦

𝜆2

Respectivamente Sabemos además que 14𝑀𝐻𝑧 < 30𝑀𝐻𝑧 → 𝑓1 < 𝑓2 Entonces 1 1 𝑐 𝑐 < → < 𝑓2 𝑓1 𝑓2 𝑓1 𝜆2 < 𝜆1 Lo que quisimos decir.

BIBLIOGRAFIA -

Fundamentos de electromagnetismo para ingeniería David Cheng

-

Teoría de Antenas La Salle

-

www.edutecne.utn.edu.ar/wlan_frt/antenas.pdf Universidad Tecnológica Nacional