Antena Dipolo Final - MIGUEL ALBORNOZ RIVERA PDF

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MUY BIEN TODO ESTA AQUI TODO LO HE LLEVADO CON MUCHA DEDICACION...

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGIENERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

TEMA: ANTENA DIPOLO ALUMNOS:  GALLARDO CENTURION EMERSON ANTONY 1723225198  ZUÑIGA BOCANEGRA RODRIGO 1723225144  ALBORNOZ RIVERA MIGUEL STEPHANO 1723225438

DOCENTE: ING. VALLEJOS LAOS JAIME ALBERTO CURSO: ANTENAS GRUPO HORARIO:

01L

ESCUELA PROFECIONAL: Ing. Electrónica 2021-B

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Contenido 1.

Marco teórico:............................................................................................................................2 1.1

Distribución de corriente y tensión en un dipolo................................................................3

1.2

Impedancia de un dipolo....................................................................................................3

1.3

Radiación de una Antena Dipolo........................................................................................3

1.4

Tipos de antenas dipolo:........................................................................................................4 1.4.1

Dipolo simple:.............................................................................................................4

1.4.2

Dipolo en V invertida..................................................................................................5

1.4.3

Dipolo doblado...........................................................................................................5

1.4.4

Dipolo de brazos plegados:.........................................................................................5

1.4.5

Dipolo eléctricamente acortado:................................................................................5

1.5

Directividad........................................................................................................................5

1.6

Ganancia directiva..............................................................................................................5

1.7

Ganancia y Eficiencia..........................................................................................................5

1.8

Ancho de Banda.................................................................................................................6

2.

Construcción..............................................................................................................................6

3.

Diagramas de radiación..............................................................................................................7

4.

APLICACIONES Y SERVICIOS........................................................................................................8

5.

CONCLUSIONES..........................................................................................................................9

6.

BIBLIOGRAFIA.............................................................................................................................9

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1. Marco teórico: Las antenas dipolo son las más sencillas de todas. 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.

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 transmisión. 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.

1.1 Distribución de corriente y tensión en un dipolo 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.

1.2 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.

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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 existirá 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.

1.3 Radiación de una Antena Dipolo La radiación de un dipolo en el espacio libre es tal como se indica a continuación; 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 isotrópica de 2,3 dB en direcciones perpendiculares al hilo del dipolo. A efectos prácticos puede decirse que el dipolo es omnidireccional, excepto para direcciones hacia las puntas o muy próximas a ellas.

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1.4

Tipos de antenas dipolo:

1.4.1

Dipolo simple:

En su versión más sencilla, el dipolo consiste en dos elementos conductores rectilíneos 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 estará dado en metros. A causa del efecto de bordes la longitud real será 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 tendrá teóricamente 5,21 metros de largo. En la práctica, el largo real físico del dipolo será algo menor, del orden de 4,95m. 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.

1.4.2

Dipolo en V invertida

Es un dipolo cuyos brazos han sido doblados el mismo ángulo respecto del plano de simetría. Tiene la forma de una V invertida. 5

La realización exige algunas precauciones. Autores como Brault y Piat 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. 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 nailon, es posible instalar rápidamente una antena transportable, liviana, y poco voluminosa.

1.4.3

Dipolo doblado

Es un dipolo cuyos brazos han sido doblados por la mitad y replegados sobre sí mismos. Los extremos se unen. La impedancia del dipolo doblado es de 300 Ohm, mientras que la impedancia del dipolo simple en el vacío es de 73 Ohm. El dipolo doblado 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. Sin embargo, como puede pasar corriente por las esquinas, hay una longitud de onda completa de corriente en la antena

1.4.4

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.

1.4.5 Es un dipolo en el tercio central)

Dipolo eléctricamente acortado: el cual un segmento de cada brazo (por ejemplo, es reemplazado por un solenoide.

1.5 Directividad. Primeramente, antes de definir ganancia, es conveniente mencionar el concepto Directividad. Al contrario de lo que sucede con una antena isotrópica que irradia igual cantidad de energía en todas direcciones, en la práctica una antena irradia más energía hacia algunas direcciones y se dice entonces que dicha antena es "directiva" o que tiene cierta "Directividad".

1.6 Ganancia directiva La ganancia directiva de una antena es definida para una determinada dirección como la razón de potencia irradiada por dicha antena, a cierta distancia con respecto a la potencia irradiada en la misma dirección por una antena isotrópica. Para la definición se considera sólo la potencia radiada efectivamente, o sea se excluyen las pérdidas debido a, por ejemplo, a valores de ROE diferentes de uno. Esta ganancia como depende de cada dirección puede tener distintos valores para cada una de ellas. Comúnmente se habla de Directividad refiriéndose a la máxima ganancia directiva de la antena

1.7 Ganancia y Eficiencia Para una cantidad dada de potencia de entrada a una antena, la intensidad de potencia recibida en un punto en el espacio depende de la Ganancia de la antena, que es igual al producto de la Directividad por la Eficiencia de la antena Entonces tenemos la siguiente ecuación para el cálculo de la ganancia:

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E: Eficacia de la antena Do : Directividad de la antena

1.8 Ancho de Banda Todas las antenas están limitadas a un rango de frecuencias dentro del cual pueden operar “satisfactoriamente”. Este rango de frecuencias es determinado por ciertas características de la antena las cuales conforman un “standard específico”. Dicho rango es llamado Ancho de banda de la antena. Las características involucradas en la descripción del ancho de banda son principalmente la impedancia de la antena, eficiencia de radiación, ganancia, ancho del haz y su dirección. El “standard específico” abarca a todas estas características en conjunto, e implica valores aceptables de cada una para un funcionamiento satisfactorio de la antena.

2. Construcción Los materiales necesarios para la construcción de cada uno de los dipolos fueron dos trozos de varillas de cobre de longitud λ/4 y 2[mm] de diámetro cada uno y un segmento de material semirrígido con un conector SMA(conector roscado para cable coaxial utilizado en microondas) en un extremo.

El cálculo de la λ=

λ (Longitud de onda), se obtiene de la ecuación:

c f

Donde C=Velocidad de laluz ( 3 x 108 ) m/s f =frecuencia

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Se tiene un ejemplo de una antena que trabaja a una frecuencia de 890[Mhz] se obtiene que el valor de la longitud de onda, λ es igual a 0.33 mts y cada dipolo debe tener en consecuencia, un largo de 0.16 mts. El procedimiento para construir ambos dipolos consistió en soldar un trozo de semiconductor al núcleo del semirígido y el otro a la cubierta o carcaza del cable semirígido, quedando armadas las antenas. Para proporcionar mayor rigidez a los dipolos se aplicó una capa de silicona sobre la soldadura.

Dibujo del dipolo, componentes y dimensiones.

3. Diagramas de radiación Los diagramas de radiación son representaciones por medio de gráficas polares, u otras coordenadas, que indican la intensidad del campo irradiado en diversas direcciones por una antena.

Generalmente en el diagrama de radiación se gráfica la potencia irradiada por la antena y su escala es en decibeles, pero también existen otros tipos de diagramas como diagramas de polarización y de fase. También es común que en los diagramas de radiación solo se represente el efecto de los campos lejanos ya que estos son los más influyentes a grandes distancias, para las cuales se aplican usualmente las antenas.

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Gracias al principio de reciprocidad se puede argumentar que el diagrama de radiación de una antena transmisora es equivalente al diagrama de radiación de la misma antena, pero actuando como receptora, en este caso el diagrama de radiación representa la sensibilidad que tiene la antena para recibir señales electromagnéticas en una cierta dirección. Del diagrama de radiación se pueden obtener la dirección de mayor radicación de la antena, lo que se conoce como lóbulo principal, otras direcciones de alta radiación, los lóbulos secundarios y las direcciones donde la radiación es nula, llamadas nulls. También se puede calcular el ancho del haz (la diferencia angular en el que el nivel de radiación baja 3 decibeles desde la máxima potencia). Todos estos parámetros caracterizan completamente las direcciones de radiación de la antena.

Parámetros

de radiación

4. APLICACIONES Y SERVICIOS  Se utilizan principalmente para transmitir señales de Tv, FM, servicios de radio móvil para servicios de despacho, seguridad como la policía y emergencias, bomberos, ambulancias y para comunicaciones militares.  Las antenas dipolos se utilizan como antenas receptoras de FM que trabajan a frecuencias de 88-108MHz.

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 Se utilizan como antenas internas dentro del Tv VHF (30-300mhZ), UHF (300MHz3GHz).  Se utilizan en el altímetro de un radar del avión a frecuencias de 300MHz-15GHz.  El dipolo simple o de media onda lineal es el más usado en frecuencias superiores de 2MHz.  Esta antena dipolo simple es la base importante para formar otras antenas más complejas  Su uso también se da en antenas RF de vehículos, Sistemas parabólicos y Yagi

5. CONCLUSIONES La importancia del estudio de las características de las antenas el rendimiento, ganancia, polarización y las mediciones de patrones de radiación de las antenas Para el diseño de las diferentes antenas dipolos existen, se sacrifican algunas cualidades del dipolo original como el ancho de banda o la impedancia Esta antena dipolo simple es la base importante para formar otras antenas más complejas, estas antenas son las más simples desde el punto de vista teórico, más fáciles de fabricar por su diseño simple. En este trabajo hemos revisado las condiciones generales para que un potencial de dipolo eléctrico tenga estados ligados. Del estudio del dipolo físico descubrimos que el sistema posee estados ligados, siempre que el momento dipolar sea mayor a un valor crítico pmin. Exactamente el mismo resultado se obtuvo cuando analizamos la parte angular del dipolo puntual, lo que quiere decir que el valor crítico del momento dipolar, a partir del cual es posible tener estados ligados, es independiente del tamaño del dipolo. Del análisis de la gráfica de la función de onda radial del dipolo puntual encontramos que el sistema posee una cascada infinita de estados ligados cuya energía tiende a menos infinito y en consecuencia el sistema no tiene estado base. También pudimos concluir que los parámetros en la ecuación de Schrödinger para el dipolo puntual son insuficientes para construir una expresión con unidades de energía, ya que falta un parámetro con dimensiones de longitud. Una inspección al operador hamiltoniano del problema del dipolo puntual revela que no es autoadjunto. Para resolver ese inconveniente recurrimos a la teoría de extensiones autoadjuntas y construimos un dominio en el cual el operador hamiltioniano sí es autoadjunto. De la aplicación de dicha teoría fue posible, gracias a la introducción de un parámetro con unidades de distancia, encontrar la expresión, discreta y negativa, del espectro de energía. Entonces, los niveles de energía de estados ligados existen y el sistema tiene un estado base con energía negativa finita. La expresión de la energía que encontramos depende del parámetro arbitrario que caracteriza a la extensión autoadjunta y la falta de un criterio físico que nos permita fijar el valor de ese parámetro impide predecir, por ejemplo, el valor numérico de la energía del estado base. Las funciones de onda del 10

nuevo dominio del operador hamiltoniano quedan determinadas por nuevas condiciones en la frontera que involucran al parámetro en cuestión.

6. BIBLIOGRAFIA https://es.data-alliance.net/antenas-dipolo-half-wave-quarter-wave-types/ https://es.slideshare.net/nhduran2002/resumendipolo#:~:text=Aplicaciones%20Se%20utilizan %20principalmente%20para,en%20frecuencias%20arriba%20de%202MHz. https://tesamerica.com/tipos-antenas-funcionamiento/

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