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Antenna

Calculadora de Antena Dipolo

Calcula la longitud, frecuencia de resonancia e impedancia de antenas de dipolo de media onda.

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Fórmula

Lλ/2=vf⋅c2f,Zin≈73.1 Ω,G=2.15 dBiL_{\lambda/2} = \frac{v_f \cdot c}{2f}, \quad Z_{in} \approx 73.1\,\Omega, \quad G = 2.15\,\text{dBi}

Referencia: Balanis, "Antenna Theory: Analysis and Design", 4th ed., Chapter 4

L_{λ/2}— Longitud total del dipolo de media onda (m)
v_f— Factor de velocidad del cable
c— Velocidad de la luz (299 792 458 m/s) (m/s)
f— Frecuencia de operación (Hz)
Z_{in}— Impedancia de entrada (resistencia a la radiación) (Ω)
G— Ganancia de antena (dBi)

Cómo Funciona

La calculadora de antenas dipolares calcula la longitud de resonancia, la impedancia de alimentación y el ancho de banda para cualquier frecuencia; los ingenieros de antenas, los operadores de radioaficionados y los diseñadores de sistemas inalámbricos utilizan esto para diseñar antenas prácticas y establecer la referencia de ganancia (dBd). Un conductor con alimentación central exactamente lambda/2 de longitud resuena con una resistencia a la radiación de 73,1 ohmios y una ganancia de 2,15 dBi (0 dBd por definición), según «Teoría de antenas: análisis y diseño» (cuarta edición) de Balanis y la norma IEEE 145-2013.

Los medidores de longitud física L = 0,95 * lambda/2 = 142,5/F_MHz explican los efectos finales que hacen que la longitud de resonancia sea un 5% más corta que la longitud de onda media del espacio libre. El patrón de radiación es omnidireccional en el plano H (perpendicular al eje de la antena) y un patrón en forma de ocho en el plano E (a lo largo del eje de la antena), lo que proporciona la máxima radiación de lado al elemento. El ancho de banda (VSWR < 2:1) es aproximadamente del 5 al 10% de la frecuencia central de los dipolos de cable típicos.

La impedancia de alimentación en resonancia es de 73,1 + j0 ohmios en espacio libre, según las «Antenas» de Kraus (3ª ed.). La altura sobre el suelo afecta a la impedancia: a una altura lambda/4, la impedancia cae a 50-60 ohmios (se ajusta mejor a un cable coaxial de 50 ohmios); a una altura lambda/2, la impedancia aumenta a 85-100 ohmios. Los dipolos plegados (300 ohmios) se utilizan con balunes en forma de escalera o con balunes 4:1. La simplicidad del dipolo, sus características predecibles y su comportamiento bien documentado lo convierten en el punto de partida para toda formación sobre antenas.

Ejemplo Resuelto

Problema: Diseñe un dipolo de media onda para la banda amateur de 2 metros (144-148 MHz) con alimentación coaxial directa de 50 ohmios.

Diseño según la metodología de Balanis:

  1. Frecuencia central: f_c = 146 MHz
  2. Media longitud de onda en espacio libre: lambda/2 = 150/146 = 1.027 m
  3. Longitud práctica con efecto final: L = 142,5/146 = 0,976 m (97,6 cm en total)
  4. Cada elemento: 97,6/2 = 48,8 cm
Análisis de impedancia:
  1. Impedancia de espacio libre: 73,1 ohmios (teórica)
  2. Se monta a una altura de lambda/4 (51 cm) para que coincidan entre 50 y 60 ohmios con cable coaxial
  3. VSWR a 50 ohmios: (73,1/50) = 1. 46:1 (aceptable sin combinación)
  4. Pérdida por desajuste: 0,18 dB (96% de transferencia de potencia)
Verificación del ancho de banda:
  1. Factor Q (dipolo de alambre típico): aproximadamente 15
  2. Ancho de banda = f_c/Q = 146/15 = 9,7 MHz
Ancho de banda VSWR 11. 2:1: aproximadamente 140-150 MHz: cubre toda la banda de 2 m

Recomendaciones de construcción:

  1. Utilice alambre de cobre de 12 AWG o tubos de aluminio de 6 mm para mayor estabilidad mecánica
  2. Incluye un balún de corriente 1:1 en el punto de alimentación para evitar la radiación de la línea de alimentación
  3. Aislador central seguro con carcasa resistente a los rayos UV para instalación en exteriores
  4. Ajuste recortando 1 cm a la vez mientras monitoriza el VSWR con un analizador de antena
Rendimiento esperado:
  • Ganancia: 2,15 dBi (0 dBd): referencia para todas las comparaciones
  • Relación F/B: 0 dB (bidireccional)
  • Polarización: lineal (horizontal si se monta horizontalmente)

Consejos Prácticos

  • ✓Para un despliegue rápido, corte los elementos con un 3% de longitud y recórtelos hasta que tengan resonancia; es más fácil acortarlos que alargarlos; utilice un analizador de antena o VNA para encontrar el punto VSWR mínimo
  • ✓Se monta horizontalmente para obtener polarización horizontal (típico para trabajos con señales débiles de VHF/UHF) o en V invertida (vértice hacia arriba, ángulo incluido de 90 a 120 grados) para una cobertura más amplia y una instalación más sencilla con un solo soporte
  • ✓Para un funcionamiento multibanda, utilice un dipolo de ventilador (varios pares de dipolos desde el mismo punto de alimentación) o un dipolo de trampa; las trampas resonantes aíslan las secciones de diferentes bandas

Errores Comunes

  • ✗Uso de lambda/2 en espacio libre sin corrección del efecto final: la longitud de resonancia es el 95% de la teórica debido a la carga capacitiva en los extremos de los cables; un dipolo de 2,4 GHz cortado a 62,5 mm resonará a 2,28 GHz, no a 2,4 GHz
  • ✗Omitir el balún que causa la radiación en la línea de alimentación: el conductor exterior coaxial transporta corriente en modo común que se irradia, distorsiona el patrón y provoca RF en la cabaña; utilice siempre un balún de estrangulamiento de corriente 1:1
  • ✗Ignorar los efectos de proximidad al suelo: un dipolo a una altura de 0,1 lambda tiene un 50% menos de resistencia a la radiación y un patrón distorsionado; monte al menos lambda/4 por encima del suelo para obtener un rendimiento predecible
  • ✗Se espera una coincidencia perfecta de 50 ohmios: el dipolo resonante es de 73 ohmios; el VSWR 1. 46:1 es normal y aceptable; forzar 50 ohmios exactos con una red coincidente añade pérdidas y complejidad

Preguntas Frecuentes

Inversamente proporcional: medidores L = 142,5/F_MHz para dipolo de media onda con corrección de efecto final. A 7 MHz (banda de 40 m): L = 20,4 m. A 144 MHz (2 m): L = 0,99 m. A 2,4 GHz (WiFi): L = 59 mm. Las frecuencias más altas significan antenas más cortas y compactas. La constante de 142,5 (aproximadamente c/2 * 0,95) explica el acortamiento del 5% con respecto a la capacitancia final. Para diferentes diámetros de cable, la constante varía de 140 a 146: los conductores más gruesos tienen un mayor efecto final.
El valor de 73,1 ohmios se deriva de la resolución de las ecuaciones de Maxwell para una antena de media onda delgada, perfectamente conductora y alimentada centralmente en el espacio libre según el análisis de Balanis. Representa la parte real de la impedancia de alimentación en el momento de la resonancia, donde el componente reactivo es cero. No se trata de una elección de diseño, sino de una propiedad electromagnética fundamental. Se producen variaciones: el dipolo plegado = 292 ohmios (4x), la alimentación descentrada aumenta la impedancia, la proximidad al suelo cambia de valor. Los 73 ohmios están lo suficientemente cerca de los estándares de 50 y 75 ohmios como para que la conexión coaxial directa sea práctica.
Un dipolo simple es inherentemente de banda estrecha (5-10% de ancho de banda). Opciones multifrecuencia: (1) Dipolo de ventilador: varios pares de dipolos cortados para diferentes bandas, alimentados desde un solo punto; los elementos deben separarse para evitar la interacción. (2) Dipolo de trampa: las trampas resonantes (circuitos LC) aíslan las secciones; la sección exterior resuena en la banda inferior cuando la trampa se abre a frecuencias más altas. (3) Dipolo multibanda con sintonizador: use el sintonizador de antena para que coincida, aceptando la pérdida de eficiencia por una operación no resonante. (4) Dipolo multibanda con sintonizador: use el sintonizador de antena para que coincida, aceptando la pérdida de eficiencia por una operación no resonante. (4) Dipolo multibanda con sintonizador: use el sintonizador de antena para que coincida, aceptando la pérdida de eficiencia por una operación no resonante. (4) Dipolo multibanda con sintoniDipolo alimentado por ER (Windom): el punto de alimentación de 1/3-2/3 proporciona resonancia en el armónico fundamental y en el tercer armónico. Mejor eficiencia: dipolos exclusivos de banda única.
2,15 dBi es la ganancia máxima de un dipolo de media onda en relación con un radiador isótropo (fuente puntual hipotética que irradia por igual en todas las direcciones). Como las antenas isotrópicas no pueden existir físicamente, el dipolo sirve como referencia práctica: la ganancia relativa a un dipolo se expresa en dBd, donde 0 dBd = 2,15 dBi. Una antena con una ganancia de 8,15 dBi tiene una ganancia de 6 dBd (6 dB mejor que la del dipolo). La diferencia de 2,15 dB proviene del patrón en forma de ocho del dipolo que concentra la energía a lo ancho del cable frente a la esfera uniforme del isótropo.
Utilizando la fórmula estándar L = 142,5/F_MHz: L = 142,5/144 = 0,990 m en total (99,0 cm), o 49,5 cm por elemento. Para cables de 12 AWG: utilice 143/144 = 99,3 cm. Para tubos de aluminio de 1/2 pulgada: utilice 141/144 = 97,9 cm. Comience con una longitud de entre un 2 y un 3% (102 cm) y recórtela mientras mide el VSWR. Colóquelo al menos a 50 cm del suelo (lambda/4) para obtener una impedancia adecuada. Con un balún de 1:1 a un cable coaxial de 50 ohmios, puedes esperar una resonancia del VSWR de 1,3-1. 5:1 sin necesidad de igualación adicional.
73 ohmios es la realidad electromagnética de un dipolo de media onda resonante según las ecuaciones de Maxwell: es física, no diseño. El estándar coaxial de 50 ohmios evolucionó a partir de las compensaciones de las líneas de transmisión (compromiso entre una pérdida mínima a 77 ohmios y una potencia máxima a 30 ohmios). Soluciones: (1) Acepte un VSWR de 1. 46:1 con conexión directa (pérdida de desajuste de 0,18 dB, insignificante). (2) Corte el dipolo un poco por debajo de la resonancia para obtener una impedancia de 50 a 55 ohmios con una reactancia capacitiva pequeña. (3) Utilice la sección correspondiente lambda/4 de un cable coaxial de 60 ohmios (RG-62). (4) Utilice un balun 4:1 con dipolo plegado (292 ohmios/4 = 73 ohmios) ms). Para la mayoría de las aplicaciones, basta con una conexión directa con un balun 1:1.
Construcción sencilla para 144-148 MHz: (1) Corte dos trozos de alambre de cobre rígido o varilla de aluminio de 49,5 cm. (2) Colóquelo en un aislante central con SO-239, BNC o suelde directamente al cable coaxial. (3) Agregue un balun de corriente 1:1: enrolle de 6 a 8 vueltas de cable coaxial de línea de alimentación (RG-58 o RG-174) en una forma de 5 a 6 cm de diámetro, o utilice 10 perlas de ferrita en cable coaxial. (4) Monte horizontalmente o en V invertida en un ángulo de 120 grados. (5) Ajuste recortando 5 mm a la vez para minimizar el VSWR a 146 MHz. Solo para recepción SDR: el balun es opcional, pero mejora el patrón; añada LNA en la antena para obtener el mejor rendimiento de señal débil. Costo total: menos de 10 dólares en materiales.

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