DISEÑO DE DIPOLOS ELEMENTALES
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA
ÁREA DE LA ENERGÍA LAS INDUSTRIAS Y LOS
RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES
CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y
TELECOMUNICACIONES
“LABORATORIO DE SISTEMAS DE COMUNICACIÓN RADIATE”
INFORME DE LA PRÁCTICA Nº 1
TEMA: DISEÑO DE DIPOLOS ELEMENTALES
INTEGRANTES:
JOSE LUÍS ESPINOZA
JAVIER GUACHIZACA
GUIDO POMA
GRUPO Nº1
MÓDULO Nº 8
FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA: 2011-06-17
FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: 2011-06-21
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1. TEMA: DISEÑO DE DIPOLOS ELEMENTALES
2. OBJETIVOS
2.1. Diseñe un Dipolo recto de Longitud de para una frecuencia de operación de
750MHz.
2.2. Diseñe un dipolo Doblado de , con su respectivo acoplador para un medio de 75
Ω, cuya frecuencia de operación es de 450MHz.
3. MARCO TEÓRICO
3.1. DIPOLO
Un dipolo es una antena con alimentación central empleada para transmitir o recibir ondas
de radiofrecuencia. Los dipolos tienen la siguiente clasificación:
3.1.1. DIPOLO SIMPLE
En su versión más sencilla, el dipolo consiste en dos elementos conductores rectilíneos
colineares 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. La impedancia del dipolo simple es de 73
Ohm.
3.1.2. 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. 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.
3.1.3. 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
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3.1.4. 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.
3.1.5. DIPOLO ELÉCTRICAMENTE ACORTADO
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 más corto, pero a
costa de sacrificar otras cualidades del dipolo original, como la eficiencia, la
impedancia y el ancho de banda.
3.2. DIPOLO ELEMENTAL
Es un dipolo eléctricamente corto y con frecuencia se llama dipolo corto, dipolo elemental
o dipolo hertziano. Un dipolo elemental tiene corriente uniforme en toda su longitud. Sin
embargo, se supone que la corriente varía en forma senoidal en función del tiempo, y que
en cualquier instante.
( ) ( )
Siendo: i(t)=corriente instantánea I=amplitud máxima de la corriente RF (amperes) F=frecuencia T=tiempo =ángulo de fase.
Se puede demostrar mediante las ecuaciones de maxwell, que el campo lejanode radiación
es:
Siendo: E=campo eléctrico I=corriente del dipolo L=longitud de uno a otro extremo del dipolo R=distancia al dipolo =longitud de onda =ángulo que forma el eje de la antena con la dirección de radiación. 3.3. DIPOLO DE MEDIA ONDA
Es una clase de antena entre las más usadas para frecuencias mayores de 2 Mhz. A
frecuencias menores de 2Mhz, la longitud física de una antena de media onda la hace
prohibitiva. Al dipolo de media onda se le llama en general antena de Hertz.
Una antena de Hertz es una antena resonate. Esto es, tiene un múltiplo de cuartos de
longitud de onda de largo y tiene circuito abierto en los extremos lejanos. A lo largo de una
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antena resonate se desarrollan ondas estacionarias de voltaje y corriente. En la siguiente
figura se muestran las distribuciones idealizadas de corriente y de voltaje.
Figura 1. Distribuciones de corriente y de voltaje
La impedancia varía desde un valor máximo en los extremos, de aproximadamente 2500 Ω
hasta un valor mínimo en el punto de alimentación que es de unos 73 Ω, de los cuales
entre 68 y 70 es la resistencia de radiación.
4. RESUMEN DEL TRABAJO REALIZADO EN EL LABORATORIO
Para la realización del trabajo en el laboratorio se contó con las antenas previamente
realizadas como son un dipolo recto con longitud para una frecuencia de operación de
750MHz y un dipolo doblado con longitud , con su respectivo acoplador para un medio de
75 Ω, cuya frecuencia de operación es de 450MHz.
Teniendo las antenas con las características antes mencionadas se procedió a armar el sistema
de transmisión para probar el funcionamiento de las antenas, el mismo que está compuesto
por un equipo transmisor, una cámara de video y la antena de transmisión. Estos elementos
se pueden ver en las siguientes figuras. Además cabe mencionar que para poder probar las
antenas se necesita de un televisor.
Figura 2. Elementos del sistema transmisor
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Seguidamente se procede a configurar en transmisor para que transmita la señal de video a
una frecuencia de 750 Mhz, esto se hace tomando en cuenta las instrucciones impresas en el
equipo. Se empieza con el dipolo recto, inicialmente se coloca el televisor en el segundo piso
del edificio y la antena se encuentra en el tercero, como resultado se obtiene una vista borrosa
pero si es posible distinguir la imagen generada en el transmisor, esto se debe a que nos
encontramos debajo de la antena transmisora. Se realiza las mismas pruebas con el dipolo
doblado observándose una ligera mejoría de la imagen. Esta experimentación se ve en la
siguiente figura.
Figura 3. Primeras pruebas de los dipolos
En el siguiente paso se hacen las mismas pruebas pero en el primer piso del edificio, se puede
observar que la recepción es casi la misma usando ambos dipolos. Se procede de inmediato a
configurar el transmisor a la mitad de la frecuencia que es de 375 Mhz, el canal al cual
direcciona la señal el transmisor es el 50, la señal obtenida es la misma que las pruebas
realizadas anteriormente observándose una ligera mejoría con el dipolo doblado. Se debe
mencionar que la potencia de nuestro transmisor es de alrededor de 40 mW, razón por la cual
la señal resultante no es muy ponente comparada con la de los transmisores usados
comercialmente, consecuentemente no es de esperar que las señales de emisión comercial
sean receptadas primero por el televisor antes que nuestra señal generada en el laboratorio.
En la siguiente figura se ve las pruebas realizadas.
Figura 4. Pruebas en el primer piso del edifcio
Para poder obtener una mejor recepción de la señal se procede a cambiar la posición de
nuestra antena trasmisora y también se aumenta la distancia del televisor con respecto a esta
siguiendo siempre la dirección de transmisión de la antena. Los resultados obtenidos es que la
calidad de la imagen en el televisor disminuye, esto se produce por dos razones, la primera es
que la potencia de transmisión es baja y las antenas utilizadas son dipolos simples, si se usara
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antenas Yagi de más elementos los resultados fueran mejores. La nueva posición de la antena
transmisora se observa a continuación.
Figura 5. Cambio de posición de la antena transmisora
5. SIMULACIÓN DE LOS DIPOLOS
Para la simulación de los dipolos simples se utiliza el software libre MMANA-GAL. Para la
primera frecuencia de 450 Mhz correspondientes al dipolo dolado los parámetros
ingresados quedan así:
Figura 6. Parámetros de entrada del dipolo doblado
Figura 7. Cálculos dados por el programa del dipolo doblado
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Figura 8. Diagrama de campo lejano del dipolo doblado
Figura 9. Elevación tridimensional del dipolo doblado
Para el caso del dipolo recto de 750 Mhz se tiene los siguientes parámetros:
Figura 10. Parámetros de entrada del dipolo recto
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Figura 11. Diagrama de campo lejano del dipolo recto
Figura 12. Elevación tridimensional del dipolo recto
6. CONCLUSIONES
Hemos logrado diseñar un dipolo recto de Longitud de para una frecuencia de
operación de 750MHz.
Se diseñó un dipolo Doblado de para un medio de 75 Ω, cuya frecuencia de
operación es de 450MHz.
7. RECOMENDACIONES
Se recomienda utilizar las herramientas adecuadas para la construcción de una antena
ya que se requiere precisión en los cortes además de una buena curvatura en el caso
de un dipolo doblado. Las herramientas para hacer esto fácilmente se las puede
encontrar en un taller de mecánica.
Se recomienda que para este tipo de pruebas se tenga una antena transmisora a la
cual se pueda acceder fácilmente y cambiar de posición en caso de ser necesario pues
esto permite tener una mejor señal en el receptor.
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Se recomienda tener una extensión para el suministro eléctrico del receptor lo
suficientemente larga como para poder moverse o a su vez un equipo receptor portátil
que permita la movilidad del mismo y de esta manera obtener una mejor recepción.
8. BIBLIOGRAFÍA
http://es.wikipedia.org/wiki/Dipolo_(antena)
http://www.olotwireless.net/catala/antenas.htm
http://www.upv.es/antenas/Documentos_PDF/Notas_clase/Dipolo_doblado.PDF
Libro Sistemas de comunicaciones electrónicas. Autor: Wayne Tomasi. Prentice Hall.
Capítulo 10: Antenas y guías de onda.