Antenas Dipolo

Nota: Esta simulación interactiva reemplaza el applet Java original con tecnología HTML5 moderna. Todas las funciones están implementadas usando JavaScript y Canvas, proporcionando mejor rendimiento y compatibilidad en todos los dispositivos.

Teoría de las Antenas Dipolo

Las antenas dipolo son económicas, fáciles de fabricar e instalar. Se usan, por ejemplo, como antenas de TV. Consideremos una antena dipolo de longitud 2L en el origen del sistema de coordenadas esféricas mostrado en la figura.

x y z O Dipolo (2L) M(r,θ,φ) r θ φ

Si asumimos que la corriente que fluye en el dipolo está a lo largo del eje z y tiene la forma:

\[ I(z) = I_m \sin(\beta(L - |z|)) \]

donde:

entonces las amplitudes de los componentes eléctrico y magnético del campo radiado por el dipolo en la zona de campo lejano pueden aproximarse por las fórmulas (en espacio libre la impedancia intrínseca puede aproximarse por \(120\pi \approx 377\Omega\)):

\[ E_\theta = \frac{60 I_m}{r} \left[ \frac{\cos(\beta L \cos\theta) - \cos(\beta L)}{\sin\theta} \right] \] \[ H_\phi = \frac{I_m}{2\pi r} \left[ \frac{\cos(\beta L \cos\theta) - \cos(\beta L)}{\sin\theta} \right] \]

donde:

La densidad de potencia radiada promedio (magnitud del vector de Poynting) está dada por:

\[ P_{av} = \frac{15 I_m^2}{\pi r^2} \left[ \frac{\cos(\beta L \cos\theta) - \cos(\beta L)}{\sin\theta} \right]^2 \]

El patrón de radiación depende de la longitud del dipolo relativa a la longitud de onda. A continuación se muestran configuraciones comunes:

Dipolo Corto (\(L \ll \lambda/2\))

La corriente es aproximadamente uniforme. El patrón de radiación es una simple figura-8 (forma de dónut) con máxima radiación perpendicular al eje del dipolo.

Dipolo de Media Onda (\(L = \lambda/4\), longitud total = \(\lambda/2\))

Configuración más común. La radiación máxima es perpendicular al eje de la antena, con nulos a lo largo del eje. Directividad = 2.15 dBi.

Dipolo de Onda Completa (\(L = \lambda/2\), longitud total = \(\lambda\))

El patrón se divide en múltiples lóbulos. Todavía tiene máxima radiación lateral pero con lóbulos secundarios adicionales. Directividad = 3.82 dBi.

Simulación Interactiva

Utilice la simulación interactiva a continuación para examinar la distribución de la densidad de potencia en función del ángulo theta (\(\theta\)) a medida que cambia la longitud 2L del dipolo. Mueva el control deslizante para cambiar la longitud 2L. Para cada valor de longitud, obtendrá un patrón de intensidad que muestra la longitud del dipolo en términos de la longitud de onda. También se muestra el ancho de haz a media potencia (el ángulo entre las dos líneas rojas) que indica la directividad de la antena. El ancho de haz cambia con la longitud 2L de la antena.

Patrón de Radiación (Gráfico Polar)

0.25 λ
1.0 A
Patrón de Radiación
Puntos de Media Potencia (-3dB)

Características del Patrón:

Longitud Total del Dipolo: 0.5 λ
Ancho de Haz a Media Potencia: 78°
Directividad: 2.15 dBi
Densidad de Potencia Máxima: 4.77 W/m² a r = 1m

Visualización de Componentes del Campo

90°
10 m

Valores del Campo en el Punto de Observación:

Campo Eléctrico E₀: 0.60 V/m
Campo Magnético Hᵩ: 1.59 mA/m
Densidad de Potencia Pₐᵥ: 0.48 W/m²
Impedancia de Onda: 377 Ω

Distribución de Corriente a lo largo del Dipolo

Distribución de Corriente I(z)

La distribución de corriente a lo largo del dipolo sigue un patrón sinusoidal:

\[ I(z) = I_m \sin(\beta(L - |z|)), \quad -L \leq z \leq L \]

Esta distribución se visualiza a continuación para la longitud actual del dipolo:

Corriente Máxima (en el centro): 1.0 A
Corriente en los extremos: 0.0 A
Longitud de Onda: 3.0 m (a 100 MHz)

Densidad de Potencia vs. Ángulo

El patrón de densidad de potencia normalizado en función de θ:

Observaciones Clave:

  • El patrón es simétrico alrededor de θ = 90°
  • Los nulos ocurren donde la función del patrón se hace cero
  • Aparecen lóbulos laterales para dipolos más largos que λ/2
  • La radiación máxima está en θ = 90° para L ≤ λ/2

Más información sobre antenas: antenas y reflectores parabólicos.