Un dipolo es una antena empleada para transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia . Estas antenas son las mas simples desde el punto de vista teorico.

Tipos de dipolos [ editar ]

Dipolo simple o Dipolo largo [ editar ]

En su version mas sencilla, el dipolo consiste en dos elementos conductores rectilineos colineales de igual longitud, alimentados en el centro, y de radio mucho menor que el largo.

La longitud del dipolo es la mitad de la longitud de onda de la frecuencia de resonancia del dipolo, y puede calcularse como 150/frecuencia(MHz). El resultado estara dado en metros.

A causa del efecto de bordes la longitud real sera algo inferior, del orden del 95% de la longitud calculada.

• Ejemplo: Para obtener una antena resonante en la Banda de 10m , a la frecuencia de 28,9 MHz, el dipolo tendra teoricamente 5,21 metros de largo. En la practica, el largo real fisico del dipolo sera algo menor, del orden de 4,95m.

La longitud real del dipolo a la frecuencia de resonancia dependera de muchos otros parametros, como el diametro 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.

Dipolo en V invertida [ editar ]

Es un dipolo cuyos brazos han sido doblados el mismo angulo respecto del plano de simetria. Tiene la forma de una V invertida.

La realizacion exige algunas precauciones. Autores como Brault y Piat recomiendan que el angulo de la V no sea inferior a 120 grados, y que los extremos de la V esten lo mas lejos posible del suelo; la proximidad de los extremos a la tierra induce capacidades que alteran la frecuencia de resonancia.

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

Dipolo doblado [ editar ]

Es un dipolo cuyos brazos han sido doblados por la mitad y replegados sobre si mismos. Los extremos se unen. La impedancia del dipolo doblado es de 300 Ohm, mientras que la impedancia del dipolo simple en el vacio es de 73 Ohm.

El dipolo doblado es, en esencia, una antena unica 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. Sin embargo, como puede pasar corriente por las esquinas, hay una longitud de onda completa de corriente en la antena

Dipolo de brazos plegados [ editar ]

Es un dipolo cuyos brazos tienen una pequena parte del extremo parcialmente plegada. Eso hace que se economice espacio, a costa de sacrificar parcialmente la eficiencia del dipolo.

Dipolo electricamente acortado [ editar ]

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 mas corto, pero a costa de sacrificar otras cualidades del dipolo original, como la eficiencia, la impedancia y el ancho de banda.

Dipolo elemental [ editar ]

Un dipolo elemental es una pequena longitud ${\displaystyle \scriptstyle {\delta \ell }}$ de conductor (pequena comparada con la longitud de onda ${\displaystyle \scriptstyle {\lambda }}$). En la cual circula una corriente alterna

${\displaystyle \scriptstyle {I=Re[I_{\circ }e^{j\omega t}]}}$

En la cual ${\displaystyle \scriptstyle {\omega =2\pi F}}$ es la pulsacion (y ${\displaystyle \scriptstyle {F}}$ la frecuencia). ${\displaystyle \scriptstyle {j}}$ es, como de costumbre ${\displaystyle \scriptstyle {\sqrt {-1}}}$. Esta notacion, utilizando numeros complejos es la misma que la utilizada cuando se trabaja con impedancias.

Hay que notar que este tipo de dipolos elemental no puede fabricarse practicamente. Es preciso que la corriente que lo atraviesa venga de algun lado y salga a otro lado. En realidad este segmento de conductor no sera mas que uno de los muchos en los cuales se puede dividir una antena real para poder calcularla. El interes es que el campo electrico lejano ${\displaystyle \scriptstyle {E_{\theta }}}$ de la onda electromagnetica radiada por el pequeno pedazo de conductor es calculable facilmente. Solo mostraremos el resultado:

${\displaystyle E_{\theta }={{jI_{\circ }\sin \theta } \over 2\varepsilon _{\circ }cr}{\delta \ell \over \lambda }e^{j\left(\omega t-kr\right)}}$

Aqui,

• ${\displaystyle \scriptstyle {\varepsilon _{\circ }}}$ es la permitividad del vacio.
• ${\displaystyle \scriptstyle {c}}$ es la velocidad de la luz en el vacio.
• ${\displaystyle \scriptstyle {r}}$ es la distancia entre el dipolo y el punto donde esta evaluado ${\displaystyle \scriptstyle {E_{\theta }}}$.
• ${\displaystyle \scriptstyle {k}}$ es el numero de onda ${\displaystyle \scriptstyle {k={2\pi \over \lambda }}}$

El exponente de ${\displaystyle e\,}$ da cuenta de la variacion de la fase del campo electrico con el tiempo y con la distancia al dipolo.

El campo electrico lejano ${\displaystyle \scriptstyle {E_{\theta }}}$ de la onda electromagnetica es coplanario con el conductor y perpendicular a la linea que los une. Si imaginamos el dipolo en el centro de una esfera y alineado con el eje norte-sur, el campo electrico lejano tiene la direccion de los meridianos y el campo magnetico lejano tiene la direccion de los paralelos.

Dipolo corto [ editar ]

Un dipolo corto es un dipolo realizable practicamente formado por dos conductores de longitud total ${\displaystyle \scriptstyle {L}}$ muy pequena comparada a la longitud de onda ${\displaystyle \scriptstyle {\lambda }}$. Los dos conductores estan alimentados en el centro del dipolo (ver dibujo). Esta vez se toma como hipotesis que la corriente es maxima en el centro del dipolo (en donde esta alimentada) y que decae linealmente hacia cero a las extremidades del dipolo. Hay que notar que la corriente circula en la misma direccion en los dos brazos del dipolo: hacia la derecha en los dos o hacia la izquierda en los dos.

El campo lejano ${\displaystyle \scriptstyle {E_{\theta }}}$ de la onda electromagnetica radiada por este dipolo es:

${\displaystyle E_{\theta }={jI_{\circ }\sin \theta \over 4\varepsilon _{\circ }cr}{L \over \lambda }e^{j\left(\omega t-kr\right)}}$

La emision es maxima en el plano perpendicular al dipolo y cero en la direccion de los conductores, o sea la direccion de la corriente). El diagrama de emision tiene la forma de un toro de seccion circular (imagen de izquierda) y de radio interno nulo. En la imagen de la derecha el dipolo es vertical y esta en el centro del toro.

A partir de este campo electrico se puede calcular la potencia total radiada por este dipolo y de ella calcular la parte resistiva de la impedancia en serie de este dipolo:

${\displaystyle R_{serie}=20\pi ^{2}\left({L \over \lambda }\right)^{2}}$ ohmios (si ${\displaystyle \scriptstyle {L\ll \lambda }}$).

Ganancia del dipolo [ editar ]

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

${\displaystyle G={\left({P \over S}\right)_{ant} \over {\left({P \over S}\right)_{iso}}}}$

La potencia por superficie unitaria transportada por una onda electromagnetica es:

${\displaystyle \textstyle {\left({P \over S}\right)_{ant}}=\textstyle {1 \over 2}c\varepsilon _{\circ }E_{\theta }^{2}\simeq \textstyle {1 \over 120\pi }E_{\theta }^{2}}$

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

${\displaystyle \textstyle {\left({P \over S}\right)_{iso}}=\textstyle {{1 \over 2}R_{serie}I_{\circ }^{2} \over 4\pi r^{2}}}$

En el caso de un dipolo corto, cuando se remplazan los valores, el resultado final es:

${\displaystyle G=\textstyle {\pi \left({L \over \lambda }\right)^{2} \over \varepsilon _{\circ }c{2\pi \over 3\varepsilon _{\circ }c}\left({L \over \lambda }\right)^{2}}}$ = 1,5 = 1,76 dBi

Los dBi son decibelios con una i anadida para recordar que se trata de una ganancia con respecto a una antena i sotropa, habiendo una diferencia de 2,15dB entre dBd y dBi (por ejemplo 12dBd son 14,15dBi). Siendo dBd la ganancia expresada respecto al d ipolo de media onda.

Ancho de banda del dipolo [ editar ]

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 afirmacion, nos basamos en la formula de la potencia del dipolo de media onda:

${\displaystyle P_{d}\cong {\frac {15\cdot I_{m}^{2}}{\pi \cdot r^{2}}}\left[{\frac {cos(\beta \cdot L\cdot cos(\theta ))-cos(\beta \cdot L)}{sin(\theta )}}\right]^{2}}$

donde, ${\displaystyle \beta ={\frac {2\cdot \pi }{\lambda }}}$

Asi, igualando a uno la relacion entre longitud de onda y la longitud de la antena y variando dicha relacion, obtenemos el grafico de distribucion de potencia de un dipolo en relacion con la frecuencia de trabajo.

Dipolo media onda ${\displaystyle (\lambda /2)}$[ editar ]

Un dipolo ${\displaystyle \scriptstyle {\lambda \over 2}}$ es una antena formada por dos conductores de longitud total igual a la mitad de una longitud de onda. Hay que senalar que esa longitud de ${\displaystyle \scriptstyle {\lambda \over 2}}$ no tiene nada de remarcable electricamente. La impedancia de la antena no corresponde ni a un maximo ni a un minimo. Tampoco es real, aunque por una longitud proxima (hacia ${\displaystyle \scriptstyle {0,46\lambda }}$) la parte imaginaria pasa por cero. Hay que reconocer que la unica particularidad de esa longitud es que las formulas trigonometricas se simplifican, aunque si es cierto que presenta un diagrama de radiacion bastante uniforme en comparacion con otras longitudes.

En el caso del dipolo ${\displaystyle \scriptstyle {\lambda \over 2}}$ se toma como hipotesis que la amplitud de la corriente a lo largo del dipolo tiene una forma sinusoidal:

${\displaystyle I=I_{0}e^{j\omega t}\cos \left(k\ell \right)}$

Recordemos que ${\displaystyle I_{0}}$ es el valor pico de la intensidad que circula por el dipolo, ${\displaystyle \omega =2\pi f}$, ${\displaystyle k={2\pi }/{\lambda }\;}$ y ${\displaystyle l}$ la posicion en la que medimos la intensidad. Es facil ver que para ${\displaystyle \scriptstyle {\ell =0}}$ la corriente vale ${\displaystyle \scriptstyle {I_{\circ }}}$ y para ${\displaystyle \scriptstyle {\ell ={\lambda \over 4}}}$ la corriente vale cero.

Incluso haciendo la simplificacion de campo lejano ${\displaystyle (r>>3\lambda )}$, la expresion es algo compleja:

${\displaystyle E_{\theta }=j\eta _{0}{\frac {I_{0}}{2\pi r}}{\frac {\cos \left({\frac {\pi }{2}}\cos \theta \right)}{\sin \theta }}\cdot e^{-jkr}}$

La fraccion ${\displaystyle \textstyle {\cos \left(\scriptstyle {\pi \over 2}\cos \theta \right) \over \sin \theta }}$ no es muy diferente de ${\displaystyle \scriptstyle {\sin \theta }}$. El resultado es un diagrama de emision tiene la forma de un toro un poco aplastado.

La imagen de la izquierda muestra la seccion del diagrama de emision. Hemos dibujado en apuntillado el diagrama de emision de un dipolo corto. Se comprueba que los dos son muy parecidos.

Esta vez no se puede calcular analiticamente la potencia total emitida por la antena. Podemos plantear la expresion de la misma:

${\displaystyle p_{t}=\int \limits _{0}^{2\pi }{\int \limits _{0}^{\pi }{\frac {\eta _{0}I_{0}^{2}}{8\pi ^{2}r^{2}}}}\cdot {\frac {\cos ^{2}\left({\frac {\pi }{2}}\cos \theta \right)}{\sin ^{2}\theta }}{\widehat {r}}\cdot \underbrace {r^{2}\sin \theta \cdot d\theta \cdot d\varphi \cdot {\widehat {r}}} _{\overrightarrow {dS}}=}$

${\displaystyle ={\frac {\eta _{0}I_{0}^{2}}{4\pi }}\int \limits _{0}^{\pi }{\frac {\cos ^{2}\left({\frac {\pi }{2}}\cos \theta \right)}{\sin \theta }}d\theta \approx {\frac {120\pi I_{0}^{2}}{4\pi }}\cdot {\text{1}}{\text{.2188=36}}{\text{.564 }}\!\!\cdot \!\!{\text{ }}I_{0}^{2}}$

Para calcular la resistencia de radiacion (o resistencia en serie), usamos

${\displaystyle p_{t}={\frac {1}{2}}I_{0}^{2}R_{serie}\to R_{serie}={\frac {2p_{t}}{I_{0}^{2}}}\approx 73.128\Omega }$

Sin embargo, esto solo nos calcula la parte real (resistencia) de la impedancia de la antena. Lo mas comodo es medirlas. En la figura de la derecha se muestran las partes real e imaginaria en serie de la impedancia de un dipolo para longitudes que van de

${\displaystyle \scriptstyle {0,4\,\lambda }}$ a ${\displaystyle \scriptstyle {0,6\,\lambda }}$

La ganancia de esta antena es:

${\displaystyle \textstyle {G={120 \over R_{serie}}={120 \over 73}}}$= 1,64 = 2,15 dBi = 0 dBd

He aqui las ganancias de dipolos de otras longitudes (notese que la ganancia no esta dada en dB):

Ganancia de antenas dipolos
Longitud en ${\displaystyle \scriptstyle {\lambda }}$	Ganancia
L ${\displaystyle \scriptstyle {\ll \lambda }}$	1.50
0.5	1.64
1.0	1.80
1.5	2.00
2.0	2.30
3.0	2.80
4.0	3.50
8.0	7.10

Propiedades electricas [ editar ]

Tension y corriente [ editar ]

En la frecuencia de resonancia del dipolo, el punto medio es un nodo de tension y un vientre de corriente. Quiere decir que:

• La corriente media en el centro del dipolo es maxima, y decrece hasta llegar a cero en los extremos.
• La tension media es cero en el centro, y va aumentando hasta ser maxima en los extremos del dipolo.

Diagrama de emision [ editar ]

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

• En la direccion en la cual irradia con la maxima potencia, la onda electromagnetica tiene una potencia de 2,2 dB por encima del promedio. Se llama ganancia de un dipolo a esa relacion de 2,2 dB entre la potencia irradiada en la direccion mas favorecida, y la potencia promedio.
• En otras direcciones, logicamente, el dipolo debe irradiar una energia inferior al promedio; la antena dipolo no genera potencia.

Polarizacion [ editar ]

La polarizacion de una antena depende de la direccion del campo electrico y se mide con referencia a la tierra, siendo una polarizacion horizontal una en la que el campo electrico es paralelo a la horizontal de tierra.

• Cuando la antena dipolo es paralela al plano de la tierra, la componente electrica de la onda es paralela al plano de la tierra: se dice que tiene polarizacion horizontal .
• Cuando la antena dipolo es perpendicular al plano de la tierra, la componente electrica de la onda es emitida perpendicularmente al plano de la tierra: se dice que tiene polarizacion vertical .
• En HF , y en VHF en clase de emision banda lateral unica se prefiere la polarizacion horizontal, y en VHF en frecuencia modulada , la polarizacion vertical.

Impedancia [ editar ]

• La impedancia de un dipolo de base y en el espacio ideal es de 73 Ohms. En la practica, la impedancia real sera una funcion importante de la longitud.
• La impedancia caracteristica de un dipolo plegado y en el espacio ideal es de 300 Ohms.

Antena Yagi [ editar ]

Cuando a un dipolo se le antepone un parasito delante director, ligeramente mas corto, y otro parasito detras reflector, ligeramente mas largo, se obtiene una antena Yagi .

Acortamiento electrico [ editar ]

• La longitud real de un dipolo respecto a su homologo ideal es un 5% menor. A ese efecto de bordes se lo llama acortamiento electrico .

Derivados del dipolo [ editar ]

Antena Yagi [ editar ]

Cuando a un dipolo se le antepone otro/s elemento/s (varilla o tubo) delante, directores, ligeramente mas cortos (cada uno un 5% mas corto que el anterior y ligeramente mas separado que el anterior, sucesivamente), y otro elemento (varilla o tubo) detras, ligeramente mas largo (5%) y a una distancia de entre 0.10 y 0.25 de onda, se obtiene una Antena Yagi .

Una antena de este tipo se utiliza principalmente para recibir senales de television, tanto en VHF como en UHF. Su peculiaridad es que por cada elemento que se le anade aumenta su ganancia de forma que cuantos mas elementos mas ganancia se tiene en el dipolo. Asimismo con cada elemento parasito que se le agrega (por delante) mas acusada es la direccionalidad de la antena y mas cerrado es el angulo de recepcion. Lo mismo se podria decir si se usa este tipo de antena Yagi para transmitir: cuantos mas elementos mas ganancia de transmision y mas directividad se obtiene, con lo que con una determinada potencia de emision y una antena de alta ganancia se pueden obtener un haz radioelectrico concentrado hacia una determinada direccion y mas larga sera la distancia, lineal, a la que se puede enviar las senales.

Antena Moxon [ editar ]

Antena popularizada, es comercializada para ventas de productos

Antena Spiderbeam [ editar ]

Antena liviana, multibandas y transportable, la Antena Spiderbeam es esencialmente es una variacion mas compleja del dipolo original, en forma de telarana y muy util en telecomunicaciones.

Antena HB9CV [ editar ]

Creada por el radioaficionado suizo Rudolf Baumgartner, HB9CV, en los anos 50, es una antena compuesta de un elemento y su reflector, en el cual un conductor une el elemento y el reflector para introducir un cambio de fase. Tiene excelentes propiedades de ganancia y relacion de ganancia anterior / posterior. Por sus dimensiones, es utilizada en VHF y UHF .

Antena de Cuadro [ editar ]

Es una antena compuesta por un lazo o bobina de alambre, tuberia u otro conductor electrico. Dentro de esta descripcion fisica hay dos tipos de antenas distintas. La antena de cuadro auto-resonante de gran tamano tiene una circunferencia cercana a una longitud de onda de la frecuencia de funcionamiento, por lo que es resonante a esa frecuencia. Estas antenas se utilizan tanto para la transmision como para la recepcion. Por el contrario, las antenas de cuadro pequenas de menos del 1% de una longitud de onda de tamano son radiadores muy ineficientes, por lo que solo se utilizan para la recepcion. Un ejemplo es la antena de ferrite (loopstick) utilizada en la mayoria de las receptores de radio de AM. Las antenas de cuadro tienen un patron de radiacion dipolar; son mas sensibles a las ondas de radio en dos lobulos anchos en direcciones opuestas, separados 180°. Debido a este patron direccional se utilizan para la radiogoniometria (RDF), para localizar la posicion de un transmisor.

Vease tambien [ editar ]

• Antena
• Antena cubica
• Diagrama polar
• Electricidad

Referencias [ editar ]

De dipolos elementales a dipolos ${\displaystyle \scriptstyle {\lambda \over 2}}$:

• Electronic Radio and Engineering. F.R. Terman. MacGraw-Hill
• Lectures on physics. Feynman, Leighton and Sands. Addison-Wesley
• Classical Electricity and Magnetism. W. Panofsky and M. Phillips. Addison-Wesley

Enlaces externos [ editar ]

• Dipolo acortado Buddipole .
• Instrucciones para construir un dipolo acortado Buddipole pero con materiales menos nobles .
• Articulo en espanol sobre la Antena HB9CV ( enlace roto disponible en Internet Archive ; vease el historial , la primera version y la ultima ).