Alimentadores de antena dipolo e impedancia de alimentación

Saber cómo alimentar correctamente una antena dipolo puede mejorar su rendimiento y reducir los efectos no deseados.

Cuando se utiliza una antena dipolo como con cualquier otra forma de antena, la impedancia de alimentación y el conocimiento de la mejor manera de alimentarla son de particular importancia.

Para garantizar la transferencia óptima de energía desde el alimentador, o fuente / carga, la impedancia de alimentación de la antena dipolo debe ser la misma que la de la fuente o carga.

Al emparejar la impedancia de alimentación del dipolo o la impedancia característica del dipolo con la fuente o carga, la antena es capaz de operar con su máxima eficiencia.

Con el fin de garantizar que se mantenga la coincidencia de impedancia, hay varias maneras en las que un dipolo puede ser alimentado por su alimentador.

Conceptos básicos de impedancia de alimentación dipolo

La impedancia de alimentación dipolo está determinada por la relación entre el voltaje y la corriente en el punto de alimentación, simplemente se calcula usando la Ley de Ohm.

Aunque un dipolo se puede alimentar en cualquier punto, es normal que el punto de alimentación esté en el centro del dipolo. Este es el punto máximo de corriente y el punto mínimo de voltaje. Esto da una baja impedancia para el dipolo como se puede suponer de la Ley de Ohm (V / I = R). Esto es mucho más fácil de acomodar que una impedancia de alimentación de alta impedancia donde pueden estar presentes voltajes muy altos cuando se transmiten con niveles de potencia incluso modestos.

Aunque el más común para de dipolo es el dipolo de media onda, otros pueden ser múltiplos de media longitud de onda. Por lo tanto, es posible alimentar el dipolo en cualquiera de estos puntos máximos de voltaje mínimo o corriente que se producen en un punto que está a un cuarto de longitud de onda del final, y luego a intervalos de media longitud de onda. Como los dipolos resonantes son múltiplos de media longitud de onda, esto significa que el punto más común sigue siendo en el punto central de la antena.

La impedancia característica dipolo se compone de dos componentes:

• Resistencia a la pérdida: La resistencia a la pérdida resulta de las pérdidas resistivas u ómmicas dentro del elemento radiante, es decir, el dipolo. En muchos casos, la resistencia a la pérdida del dipolo se ignora, ya que puede ser baja. Para asegurar que sea bajo, se debe usar cable o tubería lo suficientemente grueso, y el metal debe tener una baja resistencia. También puede ser necesario considerar los efectos en la piel.
• Resistencia a la radiación: La resistencia a la radiación es el elemento de la impedancia de la antena dipolo que resulta de que la potencia se irradia como una onda electromagnética – en términos de pérdida de potencia, esto puede ser visto por la carga como potencia que está siendo disipada por una resistencia. El objetivo de cualquier antena es irradiar o «disipar» tanta potencia de esta manera como sea posible.

Como con cualquier antena de RF, la impedancia de alimentación de una antena dipolo depende de una variedad de factores, incluyendo la longitud, la posición de alimentación, el entorno y similares. Una antena dipolo alimentada en el centro de media onda en el espacio libre tiene una impedancia de radiación de 73 Ω, lo que la hace ideal para alimentarse con un alimentador de 75 ohmios.

En realidad, para todas las aplicaciones reales, la proximidad de la tierra y otros objetos significa que la cifra de 73Ω rara vez se ve. Típicamente, el coaxial 50Ω más común se utiliza para dipolos, especialmente los utilizados para aplicaciones de comunicaciones de radio comerciales – el coaxial de 75Ω se utiliza ampliamente para la recepción de radio y televisión domésticas.

Factores que alteran la impedancia de alimentación del dipolo

Aunque la impedancia de alimentación estándar de un dipolo es de 73Ω (73,1Ω para ser más exactos), este valor rara vez se ve ya que la impedancia es cambiada por una serie de factores diferentes.

Uno de los principales factores que afectan a los dipolos utilizados en las bandas de HF puede ser la proximidad del suelo.

Para los dipolos que irradian a cualquier frecuencia, si forma el elemento radiante para una forma más complicada de antena de RF, entonces los elementos de la antena tendrán un efecto. Esto normalmente reduce la impedancia. Puede caer a valores de 10 Ω o incluso menos. Por lo tanto, es necesario garantizar que se mantenga una buena coincidencia con el alimentador.

Altura del dipolo sobre el suelo

Para antenas dipolo más grandes como las utilizadas para frecuencias por debajo de 30 a 50 MHz, la altura sobre el suelo puede ser una influencia importante en la impedancia de alimentación.

En estas frecuencias, la distancia entre la antena y el suelo puede ser solo una o dos longitudes de onda en muchos casos. A este tipo de alturas, el suelo puede tener una gran influencia en la impedancia, especialmente cuando la antena está montada horizontalmente, como suele ser el caso.

Como se puede ver en el gráfico de variación de impedancia, los mayores oscilaciones de impedancia se ven cuando la antena dipolo está más cerca del suelo. Luego se cierra en el valor del espacio libre. Esto significa que el valor real de muchos dipolos de IC será relativamente bajo, ya que no es posible elevarlos muy alto en muchos casos. Alimentarse con un alimentador coaxial de 50Ω es a menudo un buen compromiso.

Para los dipolos VHF / UHF, es posible elevarlos mucho más alto, aunque los postes y mástiles de montaje pueden interactuar para reducir la impedancia. También los dipolos no se utilizan a menudo por sí solos, ya que a menudo se incorporan a antenas como el Yagi.

Alimentadores para una antena dipolo

Como la antena dipolo es una antena equilibrada, un alimentador equilibrado sería la opción natural para alimentarla. Mientras que el alimentador de alambre abierto equilibrado ofrece niveles muy bajos de pérdida, y es ideal desde muchos aspectos, rara vez se utiliza. Hay dos razones principales para esto:

• Desequilibrado y sufre pérdidas en los edificios: el alimentador equilibrado consiste en dos cables, separados, a menudo como un alambre plano con un espaciador de plástico, o dos alambres paralelos con espaciadores a intervalos para mantener el espaciado. El problema es que esta forma de alimentador es ideal cuando está en el espacio de la pluma, pero es difícil ejecutarlo dentro de un edificio, es decir, casa, sala de radio, etc. Es por esta razón que el cable coaxial, que está desequilibrado, es más conveniente de usar.
• Generalmente solo se usa en HF: El alimentador equilibrado tiende a usarse solo en HF. El espaciado entre los cables paralelos debe ser pequeño en términos de longitud de onda, y a medida que aumentan las frecuencias, esto puede ser un problema en algunos casos. Una vez más, el cable coaxial es más conveniente para su uso, especialmente a frecuencias muy altas.

El uso de cable coaxial es mucho más común en vista de su comodidad y rendimiento cuando se opera con objetos cercanos, o cuando se enruta a través de paredes y alrededor de habitaciones, etc.

Sin embargo, para usar el cable coaxial se requiere una transición entre equilibrado y desequilibrado. Esto se logra típicamente usando un elemento llamado balun: equilibrado a desequilibrado. Si un balun no está presente, RF estará presente en la parte exterior del coaxial y esto puede significar que el coaxial irradiará o captará señales. Esto puede conducir a interferencias de los electrodomésticos en el edificio que se están recogiendo, o a interferencias causadas por el transmisor.

Un balun es un elemento simple y a menudo es un transformador simple (típicamente para esta aplicación será 1:1) o se puede implementar colocando una ferrita sobre el exterior del coaxial, para evitar que las señales viajen por el exterior del coaxial, o simplemente enrollando unas cuantas vueltas del cable coaxial junto a la antena.