ANTENA DIPOLO DIRECCIONALIntroduccin.- A diferencia de las antenasomnidireccionales, unaantena direccional(tambin llamadaunidireccionalo directiva) es unaantenacapaz de concentrar la mayor parte de laenerga radiadade manera localizada, aumentando as la potencia emitida hacia el receptor o desde la fuente deseados y evitando interferencias introducidas por fuentes no deseadas. Las antenas direccionales, como por ejemplo lasantenas yagi, proporcionan mucho mejor rendimiento que lasantenas de dipolocuando se desea concentrar gran parte de la radiacin en una direccin deseada.La antena Yagi es una antena direccional inventada por el Dr. Hidetsugu Yagi de la Universidad Imperial de Tohoku y su ayudante, el Dr. Shintaro Uda (de ah al nombre Yagi-Uda). Esta invencin de avanzada a las antenas convencionales, produjo que mediante una estructura simple de dipolo, combinado con elementos parsitos, conocidos como reflector y directores, logr construir una antena de muy alto rendimiento. Uso de una antena Yagi en orientacin por radio.La invencin del Dr. Yagi (patentada en 1926) no fue usado en Japn en un principio, ya que el diseo de la antena no fue para implementarse en las comunicaciones sino para utilizarse en la guerra como un arma radioactiva. Yagi experimentaba con ratones a los que someta a fuertes ondas de radio que eran concentradas gracias a la direccionalidad de la antena. Los resultados no fueron buenos para Yagi y abandon el proyecto. Sin embargo fue aceptada en Europa y Norteamrica, en donde se incorpor a la produccin comercial, de los sistemas de difusin, TV y otros.El uso de esta antena en Japn solo comenz a utilizarse durante la Segunda Guerra Mundial, cuando fue descubierto que la invencin de Yagi, era utilizada como antena de radar por los ejrcitos aliados.De forma general, llamamosdipoloal elemento principal de la antena, al que irradia las ondas. Este tipo de antenas es la ms sencilla que existe y la ms fcil de fabricar.Es un cable o elemento conductor partido por la mitad al que se conecta el cable coaxial que llega del transmisor. En lapregunta6hablamos de la longitud de onda y dijimos que esa magnitud es fundamental en la construccin de las antenas. Aqu tienes el motivo. El dipolo o cable conductor tiene que medir la mitad de la longitud de onda de la frecuencia en la que queremos transmitir.La longitud de onda se obtiene dividiendo la velocidad de la luz entre la frecuencia. Como este dipolo es la mitad de la longitud de onda, podemos dejar la frmula de esta manera para calcular una antena dipolo de 20 Mhz:Longitud dipolo = 142,5 / F (en Megahercios)(1)L = 142,5 / 20 Mhz = 7,125 metrosLos 7 metros son el largo total del dipolo. Ahora, lo tendremos que dividir a la mitad y conectar cada parte a uno de los dos extremos del cable coaxial que llega del transmisor, el negativo y el positivo.Este tipo de antenas de dipolo simple se pueden usar para transmisiones de HF que son comunicaciones de larga distancia. Tambin se usan antenas de dipolo simple para emisoras de FM. En este caso, al ser frecuencias muy superiores, se emplean dipolos mucho ms pequeos. En vez de media onda, son de un cuarto. Los dipolos de una FM, dependiendo de su frecuencia, tienen un tamao aproximado de un metro.Las antenas dipolo para las FM o comunicaciones con Walkie-Talkie se pueden comprar ajustadas a una determinada frecuencia o multibanda que sirva para todas las bandas. Tambin existen las sintonizables, donde los dipolos vienen con un sistema de tornillos que permite ajustarlas a la frecuencia de nuestro equipo.(2)Dipolo elementalDipolo elemental es una pequea longitudde conductor (pequea comparada con la longitud de onda). En la cual circula una corriente alterna

En la cuales la pulsacin (yla frecuencia).es, como de costumbre. Esta notacin, utilizando nmeros complejos es la misma que la utilizada cuando se trabaja con impedancias.Hay que notar que este tipo de dipolos elemental no puede fabricarse prcticamente. Es preciso que la corriente que lo atraviesa venga de algn lado y salga a otro lado. En realidad este segmento de conductor no ser ms que uno de los muchos en los cuales se puede dividir una antena real para poderla calcularla. El inters es que el campo elctrico lejanode la onda electromagntica radiada por ese pedacito de conductor es calculable fcilmente. Solo mostraremos el resultado:

Aqu,es lapermitividaddel vaco.es la velocidad de la luz en el vaco.es la distancia entre el dipolo y el punto donde est evaluado.es elnmero de ondaEl exponente deda cuenta de la variacin de la fase del campo elctrico con el tiempo y con la distancia al dipolo.El campo elctrico lejanode la onda electromagntica es coplanario con el conductor y perpendicular a la lnea que los une. Si imaginamos el dipolo en el centro de una esfera y alineado con el eje norte-sur, el campo elctrico lejano tiene la direccin de los meridianos y el campo magntico lejano tiene la direccin de los paralelos.Dipolo corto

Un dipolo corto es un dipolo realizable prcticamente formado por dos conductores de longitud totalmuy pequea comparada a la longitud de onda. Los dos conductores estn alimentados en el centro del dipolo (ver dibujo). Esta vez se toma como hiptesis que la corriente es mxima en el centro del dipolo (en donde est alimentada) y que decae linealmente hacia cero a las extremidades del dipolo. Hay que notar que la corriente circula en la misma direccin en los dos brazos del dipolo: hacia la derecha en los dos o hacia la izquierda en los dos.El campo lejanode la onda electromagntica radiada por este dipolo es:

La emisin es mxima en el plano perpendicular al dipolo y cero en la direccin de los conductores, o sea la direccin de la corriente). El diagrama de emisin tiene la forma de un toro de seccin circular (imagen de izquierda) y de radio interno nulo. En la imagen de la derecha el dipolo es vertical y est en el centro del toro.A partir de este campo elctrico 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:ohmios (si).Ganancia del DipoloLa ganancia de una antena es la relacin (cociente) de potencias por unidad de superficie, entre una antena dada y una antena istropa que se toma como referencia, ambas alimentadas con la misma potencia:

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

La potencia por superficie unitaria de una antena istropica 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 dBiLos dBi sondecibelioscon unaiaadida para recordar que se trata de una ganancia con respecto a una antenaistropa, habiendo una diferencia de 2,15dB entre dBd y dBi (por ejemplo 12dBd son 14,15dBi). Siendo dBd la ganancia expresada respecto aldipolo de media onda.Ancho de banda del dipoloPotencia 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 afirmacin, nos basamos en la frmula de la potencia del dipolo de media onda:

donde,

As, igualando a uno la relacin entre longitud de onda y la longitud de la antena y variando dicha relacin, obtenemos el grfico de distribucin de potencia de un dipolo en relacin a la frecuencia de trabajo.

Dipolo media onda (lambda/2)

Un dipoloes una antena formada por dos conductores de longitud total igual a la mitad de una longitud de onda. Hay que sealar que esa longitud deno tiene nada de remarcable elctricamente. La impedancia de la antena no corresponde ni a un mximo ni a un mnimo. Tampoco es real, aunque por una longitud prxima (hacia) la parte imaginaria pasa por cero. Hay que reconocer que la nica particularidad de esa longitud es que las frmulas trigonomtricas se simplifican, aunque s es cierto que presenta un diagrama de radiacin bastante uniforme en comparacin con otras longitudes.En el caso del dipolose toma como hiptesis que la amplitud de la corriente a lo largo del dipolo tiene una forma sinusoidal:

Recordemos quees el valor pico de la intensidad que circula por el dipolo,,yla posicin en la que medimos la intensidad. Es fcil ver que parala corriente valey parala corriente vale cero.Incluso haciendo la simplificacin de campo lejano, la expresin es algo compleja:

La fraccinno es muy diferente de. El resultado es un diagrama de emisin tiene la forma de un toro un poco aplastado.

La imagen de la izquierda muestra la seccin del diagrama de emisin. Hemos dibujado en apuntillado el diagrama de emisin de un dipolo corto. Se comprueba que los dos son muy parecidosEsta vez no se puede calcular analticamente la potencia total emitida por la antena. Podemos plantear la expresin de la misma:

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

Sin embargo, esto slo nos calcula la parte real (resistencia) de la impedancia de la antena. Lo ms cmodo 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 dea

La ganancia de esta antena es:= 1,64 = 2,15 dBi = 0 dBdHe aqu las ganancias de dipolos de otras longitudes (ntese que la ganancianoest dada en dB):Ganancia de antenas dipolos

Longitud enGanancia

L1.50

0.51.64

1.01.80

1.52.00

2.02.30

3.02.80

4.03.50

8.07.10

Propiedades elctricasTensin y corrienteEn la frecuencia de resonancia del dipolo, el punto medio es unnodode tensin y unvientrede corriente. Quiere decir que:la corriente media en el centro del dipolo es mxima, y decrece hasta llegar a cero en los extremosla tensin media es cero en el centro, y va aumentando hasta ser mxima en los extremos del dipolo.Diagrama de emisinLa antena dipolo no irradia en todas las direcciones con la misma potencia; se dice entonces que es una antenadireccional.En la direccin en la cual irradia con la mxima potencia, la onda electromagntica tiene una potencia de 2,2 dB por encima del promedio. Se llamagananciade un dipolo a esa relacin de 2,2 dB entre la potencia irradiada en la direccin ms favorecida, y la potencia promedio.En otras direcciones, lgicamente, el dipolo debe irradiar una energa inferior al promedio; la antena dipolo no genera potencia.PolarizacinCuando la antena dipolo es paralela al plano de la tierra, la componente elctricaConstruccin de la antena.-En primer lugar expondr el tipo de antena ms empleado para este campo, y el ms sencillo de realizar, con unos resultados bastante buenos, se trata de la antena en dipolo simple. La antena en dipolo trata de dos elementos (varillas) metlicos a los que se conectan el vivo y masa del cable de antena, y se dispone en forma vertical. Algunas imgenes:

Las pautas a seguir para su construccin son las siguientes: Como se puede apreciar en las imgenes, los brazos del dipolo quedan sujetos al mstil horizontal que luego se colocara en uno vertical que ser el que este apoyado en tierra. La longitud de dichos brazos puede ser calculada como L = 150 / f, siendo f la frecuencia de emisin, usada en la ecuacin en MHz. La longitud obtenida queda expresa en metros, pero esta ser corregida en un 95 % debido al efecto de bordes, luego la longitud real ser L = 150*0.95 / f. Para conformar la antena, se puede acoplar los brazos del dipolo y el mstil que los sujeta en una placa de metacrilato, siendo estos de aluminio o cobre (elementos ms usados), en forma de alambre o tubo delgado. Un ejemplo de esto puede ser:

En esta ltima imagen omitir el hilo que une ambos brazos del dipolo. A la hora de la conexin del cable a la antena se puede optar por soldar o unir directamente sobre los dipolos, o usar conectores entre la antena y el cable, para que sea ms practica su colocacin y transporte. Los brazos de los dipolos han de estar aislados elctricamente, ya que en otro tipo de antenas parecidas, los dipolos direccionales, los brazos de esta s estn conectados elctricamente. Tambin se ha de tener en cuenta, que para cuando llueva la soldadura o unin del cable a la antena puede verse afectada, por lo que se habr de realizar algn tipo de caja para para aislar las conexiones. A la hora de colocar la antena, cuidar la distancia con cualquier objeto (suelo y paredes), separarla al menos una vez la longitud de onda de nuestra frecuencia. La distancia a separar la obtendremos como D = c / f, siendo c la velocidad de la luz (300000000 m/s) y f la frecuencia de emisin, en este caso empleada en Hz.Aqu una posible disposicin final de la antena

Otro tipo de antena, muy parecida a la anterior, es el dipolo direccional. Fsicamente es como el dipolo simple, salvo que esta tiene otro elemento ms pequeo al que se conecta el vivo del cable de antena, y toda la antena est conectada a la masa del cable. Esta es otra antena de fcil y rpida construccin, con la que se obtienen tambin muy buenos resultados, pero requiere ms ajustes que la anterior. Primero unas imgenes para ir dndole forma:

- Para empezar expondr el material a emplear:- Una varilla de aluminio de 10 mm de dimetro y 2.5 m de longitud (esta conformara el dipolo direccional)- Una varilla de aluminio de 8 mm de dimetro y 50 cm de longitud (para unir los brazos del dipolo)- Barra de aluminio de 20*20 mm y 1 m de longitud- Conector tipo PL- Cable de antena Haciendo uso de la barra cuadrada se realizaran las perforaciones que aparecen en la imagen.

Las dos pequeas son de 8 mm realizadas a 10 - 15 mm del borde, y las otras dos, la pequea es de 8 mm y la grande de 15 mm ( esta es para el conector PL) a una distancia de 5 cm de las anteriores. A continuacin se colocaran en los agujeros ms exteriores un trozo de la varilla de 8 mm de unos 15 mm de longitud, y se unir con un tornillo a la barra cuadrada.

Se cortara un pedazo de cable de antena de hasta unos 40 (segn la imagen de mas adelante se elegir dicha medida, expresada como C) cm y se retira la cubierta y la malla. Este se suelda al conector PL hembra, como en la imagen.

Una vez hecho esto, se colocara el conector PL en la barra cuadrada, y se cortara otro pedazo de varilla, en esta ocasin de la de 10 mm, de algo ms de los 40 cm (elegirlo en la imagen de ms adelante, expresada como C) del cable de antena, para realizar la disposicin de las imgenes:

Seguidamente se colocaran los elementos que forman el dipolo, cuya longitud la determinaremos de la siguiente imagen (expresada como A/2 la longitud de cada brazo), uniendolos a las varilla ya colocada en la barra cuadrada con tornillos.

Aqu la imagen antes mencionada:

En cuanto al montaje del dipolo, se pueden seguir otros mtodos, como hacerlo con una varilla entera, como se ve en la siguiente imagen

o soldando la varilla completa como se aprecia en esta otra

Lo ltimo consiste en colocar el puente, el cual nos ayudara a obtener el mejor resultado con la antena (ajustar el punto de resonancia). Estos se pueden hacer de alambre (para buscar el punto de resonancia y luego sustituirlo por algo ms agradable a la vista) o con una lmina de latn, aluminio o cobre.

Aqu posibles acabados:Bibliografa-ElectricalEngineers' Handbook, Pender &McIlwain.-Enciclopedia de la Electronica,IngenierayTecnica, C. Belove.-Propagacin y AntenasSalmeron-Sistemasde Comunicaciones ElectrnicasWayne Tomasi-RCUA AntenasWebs De IntersEiffel Antenashttp://www.geocities.com/CapeCanaveral/Hall/3334/enlants.htmhttp://www.laantena.comhttp://www.geocities.com/wireless4data/http://www.sonicolor.com/catalogo/antenas/antenas.htmlhttp://www.geocities.com/eaqrpclub_es/es/bibli_es/antenas.htmlhttp://www.ieee.orghttp://www.nasa.govhttp://www.conatel.gov.ve