En esta sección se considera la antena dipolo con un radio muy fino. La antena dipolo es similar al dipolo corto, excepto que no se requiere que sea pequeña en comparación con la longitud de onda (a la frecuencia a la que opera la antena).
Para una antena dipolo de longitud L orientada a lo largo del eje z y centrada en z=0, la corriente fluye en la dirección zcon una amplitud que sigue de cerca la siguiente función:
Nótese que esta corriente también oscila en el tiempo de forma sinusoidal a la frecuencia f.Las distribuciones de corriente para las antenas dipolo de cuarto de longitud de onda (izquierda) y de longitud de onda completa (derecha) se dan en la Figura 1. Obsérvese que el valor máximo de la corriente no se alcanza a lo largo del dipolo a menos que la longitud sea superior a media longitud de onda.
Figura 1. Distribuciones de corriente en antenas dipolo de longitud finita.
Antes de examinar los campos radiados por una antena dipolo, considere la impedancia de entrada de un dipolo en función de su longitud, trazada en la Figura 2 a continuación. Tenga en cuenta que la impedancia de entrada se especifica como Z = R + jX, donde R es la resistencia y X es la reactancia.
Figura 2. Impedancia de entrada en función de la longitud (L) de una antena dipolo.
Nótese que para antenas dipolo muy pequeñas, la impedancia de entrada es capacitiva, lo que significa que la impedancia está dominada por un valor de reactancia negativo (y una impedancia o resistencia real relativamente pequeña). A medida que el dipolo se hace más grande, la resistencia de entrada aumenta, junto con la reactancia. Con un valor ligeramente inferior a 0,5 la antena tiene un componente imaginario nulo en la impedancia (reactancia X=0), y se dice que la antena es resonante.
Si la longitud de la antena dipolo se acerca a una longitud de onda, la impedancia de entrada se vuelve infinita. Este cambio salvaje en la impedancia de entrada puede entenderse estudiando la teoría de las líneas de transmisión de alta frecuencia. Como explicación más sencilla, considere el dipolo de una longitud de onda que se muestra en la Figura 1. Si se aplica una tensión a los terminales de la antena de la derecha en la Figura 1, la distribución de la corriente será como se muestra. Como la corriente en los terminales es cero, la impedancia de entrada (dada por Z=V/I) será necesariamente infinita. En consecuencia, la impedancia infinita se produce siempre que la antena dipolo es un múltiplo entero de una longitud de onda.
En la siguiente sección, vamos a considerar el patrón de radiación de las antenas dipolo.
Patrones de radiación para antenas dipolares
Los campos lejanos de una antena dipolar de longitud L vienen dados por:
Los patrones de radiación normalizados para antenas dipolares de varias longitudes se muestran en la Figura 3.
Figura 3. Diagramas de radiación normalizados para antenas dipolo de longitudes especificadas.
La antena dipolo de longitud completa es más direccional que la antena dipolo más corta de un cuarto de longitud. Este es un resultado típico en la teoría de la antena: se necesita una antena más grande en general para aumentar la directividad. Sin embargo, los resultados no siempre son evidentes. El patrón del dipolo de 1,5 longitudes de onda también se traza en la Figura 3. Tenga en cuenta que este patrón es máximo en aproximadamente +45 y -45 grados.
La antena dipolo es simétrica cuando se ve azimutalmente (alrededor del eje largo del dipolo); como resultado, el patrón de radiación no es una función del ángulo azimutal . Por lo tanto, la antena dipolo es un ejemplo de antena omnidireccional. Además, el campo E sólo tiene una componente vectorial y, en consecuencia, los campos están polarizados linealmente. Cuando se ve en el plano x-y (para un dipolo orientado a lo largo del eje z), el campo E está en la dirección -y, y en consecuencia la antena dipolo está polarizada verticalmente.
El patrón 3D para la antena dipolo de 1 longitud de onda se muestra en la figura 4. Este patrón es similar al de la antena dipolo de cuarto y media onda.
Figura 4. Patrón de radiación 3d normalizado para la antena dipolo de 1 longitud de onda.
El patrón de radiación 3D para la antena dipolo de 1,5 longitudes de onda es significativamente diferente, y se muestra en la Figura 5.
Figura 5. Diagrama de radiación 3d normalizado para la antena dipolo de 1,5 longitudes de onda.
La directividad (de pico) de la antena dipolo varía como se muestra en la Figura 6.
Figura 6. Directividad de la antena dipolo en función de la longitud del dipolo.
La figura 6 indica que hasta aproximadamente L=1,25 la directividad aumenta con la longitud. Sin embargo, para longitudes mayores la directividad tiene una tendencia ascendente pero ya no es monótona.
En la siguiente sección, veremos la antena dipolo más común, la antena dipolo de media onda.
A continuación: Antenas dipolo de media onda
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