Cos'è l'antenna / antenna a dipolo a mezza onda?

L'antenna a dipolo a mezza lunghezza d'onda, dell'antenna a dipolo a mezza onda è la versione più diffusa della popolare antenna a dipolo.

Il dipolo a semionda è la versione più popolare dell'antenna a dipolo o dell'antenna.

Come suggerisce il nome, il dipolo a mezza onda è lungo una mezza lunghezza d'onda. Questa è la lunghezza di risonanza più breve che può essere utilizzata per un dipolo risonante. Ha anche un modello di radiazione molto conveniente.

Nozioni di base dipolo a mezza onda
Il dipolo a semionda è formato da un elemento conduttore che è un filo metallico o un tubo metallico che è lungo una mezza lunghezza d'onda elettrica. Il dipolo a semionda viene normalmente alimentato al centro, dove l'impedenza scende al minimo. In questo modo, l'antenna è costituita dall'alimentatore collegato a due quarti di lunghezza d'onda in linea tra loro.

Va ricordato che la lunghezza del dipolo a mezza onda è una mezza lunghezza d'onda elettrica per l'onda che viaggia nei conduttori dell'antenna. Questo è leggermente più corto della lunghezza equivalente di un'onda che viaggia nello spazio libero poiché i conduttori dell'antenna influiscono sulla lunghezza d'onda.

Antenna dipolo a semionda di base che mostra la lunghezza del dipolo rispetto a una lunghezza d'onda.

Antenna dipolo a mezza onda base

I livelli di tensione e corrente variano lungo la lunghezza della sezione radiante dell'antenna. Ciò si verifica perché le onde stazionarie sono disposte lungo la lunghezza dell'elemento radiante.

Poiché le estremità sono a circuito aperto, la corrente in questi punti è zero, ma la tensione è al massimo.

Quando il punto in cui vengono misurate queste quantità si allontana dalle estremità, si scopre che variano in modo sinusoidale: la tensione scende, ma la corrente aumenta. La corrente raggiunge quindi un massimo e la tensione un minimo ad una lunghezza pari a una lunghezza d'onda di un quarto elettrico dalle estremità. Essendo un dipolo a mezza onda, questo punto si presenta al centro.

Impedenza di alimentazione dipolo a semionda
Una delle principali considerazioni su qualsiasi antenna è la disposizione dell'alimentazione: come trasferire l'alimentazione dall'alimentatore / linea di trasmissione all'interno dell'antenna stessa. Corrispondenza dell'impedenza, bilanciata o sbilanciata e molti altri aspetti devono essere considerati.

Per molti aspetti il ​​dipolo a semionda è molto facile da alimentare. L'alimentatore è normalmente collegato al punto centrale dove è presente un massimo di corrente e un minimo di tensione. Ciò si traduce in un'antenna che presenta una bassa impedenza all'alimentatore. Questo è molto più facile da alimentare perché le alte tensioni RF associate alle disposizioni di alimentazione ad alta impedenza possono presentare molti problemi per gli alimentatori e le unità di corrispondenza.

Forme d'onda di corrente e tensione su dipolo a mezza onda.

Forme d'onda di corrente e tensione su dipolo a mezza onda

Per un'antenna a dipolo che è lunga una mezza lunghezza d'onda elettrica, le reattanze induttive e capacitive si annullano a vicenda alla frequenza di risonanza. Con i livelli di reattanza induttiva e capacitiva che si annullano a vicenda, il carico diventa puramente resistivo e ciò rende l'alimentazione dell'antenna a dipolo a semionda molto più semplice.

Il dipolo è un'antenna bilanciata e pertanto è necessaria una disposizione di alimentazione bilanciata. Ciò richiederebbe normalmente una forma di alimentatore doppio o bilanciato da utilizzare. Tuttavia è possibile utilizzare l'alimentatore coassiale se si utilizza un balun (trasformatore da bilanciato a sbilanciato).

L'alimentatore coassiale rappresenta un'opzione molto interessante quando la corrispondenza dell'impedenza è buona e le onde stazionarie non sono presenti, ed è anche molto più facile da abbinare a un'uscita del trasmettitore che potrebbe voler vedere solo un carico resistivo. I carichi che includono reattanze portano a una tensione più elevata dei livelli di corrente che il trasmettitore potrebbe non essere in grado di tollerare.

L'impedenza per un'antenna a dipolo a mezza onda nello spazio libero è dipolo 73 Ω che presenta una buona corrispondenza con l'alimentatore coassiale a 70 Ω e questo è uno dei motivi per cui è stato scelto il coassiale con questa impedenza per molte applicazioni.

Un dipolo a mezza onda viene spesso alimentato con un alimentatore da 50 Ω. L'antenna presenta spesso una corrispondenza molto buona con la sua perché la vicinanza di altri oggetti, come la Terra, il montaggio dell'antenna, ecc. Significa che l'impedenza viene abbassata al di sotto dei 73 Ω che presenta nello spazio libero.

Lunghezza dipolo a mezza onda
Sebbene il nome del dipolo dia via la sua lunghezza approssimativa, quando si progetta e si costruisce un vero dipolo, è necessaria una lunghezza più esatta.

La lunghezza effettiva del dipolo a mezza onda è leggermente più corta di una mezza lunghezza d'onda nello spazio libero a causa di una serie di effetti associati al fatto che la forma d'onda RF è trasportata all'interno di un filo e molto probabilmente non nel vuoto.

I calcoli per la lunghezza dell'antenna a dipolo a semionda tengono conto di elementi quali il rapporto tra lo spessore o il diametro del conduttore rispetto alla lunghezza, la costante dielettrica del mezzo attorno all'elemento radiante e così via.

In alcuni casi è necessario ridurre la lunghezza di un'antenna a dipolo a mezza onda. Ciò può essere ottenuto aggiungendo un induttore di carico. Questo è posizionato nell'elemento radiante. Funziona perché l'antenna a dipolo può essere considerata come un circuito risonante costituito da un condensatore e un induttore. L'aggiunta di induttanza aggiuntiva ridurrà la frequenza di risonanza, ovvero una data lunghezza dell'antenna risuonerà a una frequenza inferiore rispetto a quella che sarebbe possibile se non fosse presente un induttore. In questo modo è possibile accorciare la lunghezza dell'antenna.

Questo principio può essere utilizzato per qualsiasi forma di antenna e viene spesso utilizzato dove lo spazio è una considerazione importante.

Diagramma di radiazione e direttività del dipolo a semionda

È possibile calcolare il modello di radiazione e quindi determinare la direttività.

Come prevedibile, la massima direttività dipolo a semionda mostra la massima radiazione ad angolo retto rispetto al radiatore principale.

Ad altri angoli, l'angolo θ nella formula dipolo a semionda sopra può essere usato per determinare l'intensità del campo.

Diagramma polare dipolo a mezza onda e diagramma di radiazione.

Diagramma polare dipolo a semionda

È anche possibile visualizzare lo schema di radiazione in termini del piano che guarda intorno all'antenna a dipolo, cioè nel piano che taglia il dipolo nel suo campo di radiazione massima.

Diagramma polare dipolo ad angolo retto rispetto all'asse dell'antenna.

Schema di radiazione con asse dell'antenna dentro / fuori dallo schermo

Come si può vedere, con l'asse dell'antenna dentro / fuori dallo schermo, il livello di radiazione è lo stesso attorno all'antenna. Ciò è prevedibile in quanto non vi è nulla che distingua una direzione da un'altra o influisca sulla radiazione in direzioni diverse su questo piano.

Consigli pratici
Durante lo sviluppo, la progettazione e l'installazione di un'antenna a dipolo a semionda, ci sono una serie di suggerimenti generali che possono essere seguiti per garantire prestazioni ottimali. Questi sono al di sopra di quelli normali utilizzati per l'installazione dell'antenna, ad esempio garantendo l'altezza ottimale, ecc.

* Usa alimentatore o balun bilanciato:   
L'antenna a dipolo è un'antenna bilanciata. È quindi necessario utilizzare un alimentatore bilanciato, oppure se è necessario utilizzare un alimentatore coassiale, è necessario utilizzare un balun: esistono diversi tipi che possono essere facilmente costruiti.

* Il dipolo a mezza onda non è una mezza onda: un'antenna dipolo a mezza onda non ha la stessa lunghezza di una mezza lunghezza d'onda nello spazio libero. Gli effetti finali significano che la lunghezza effettiva richiesta è leggermente inferiore.

* Sezioni massime attuali:   

Si può dimostrare che le aree dell'antenna in cui la corrente è massima contribuiscono maggiormente alla radiazione / ricezione. Per garantire il funzionamento più efficace, queste aree dovrebbero essere prive di ostacoli e avere la posizione ottimale per le radiazioni. 

Questo è particolarmente applicabile per le antenne utilizzate per frequenze più basse in cui le lunghezze sono molto lunghe. Per le antenne VHF e UHF, dove le antenne sono molto più brevi, è probabile che l'intera lunghezza del dipolo abbia una "visione" simile. Per le antenne HF, a volte il centro dell'antenna può essere tenuto più in alto rispetto alle estremità e quindi avere maggiori possibilità di emettere meglio un segnale.

* Massimi di tensione alle estremità dell'antenna:   

I punti di massima tensione sono alle estremità dell'antenna. Se utilizzati per la trasmissione, assicurarsi che non possano essere toccati accidentalmente e assicurarsi inoltre che siano adeguatamente isolati. Ciò è importante quando si utilizzano antenne a filo in cui le estremità vengono utilizzate come punti di ancoraggio. 

Questi dovrebbero anche essere lontani da oggetti vicini che possono agire per assorbire energia e detune l'antenna.

L'antenna a dipolo a semionda è probabilmente la forma più diffusa di dipolo, anche la forma di antenna più utilizzata. È semplice, efficace e può essere incorporato come elemento guidato in molte altre forme di antenna dalle antenne Yagi ai riflettori parabolici e molti altri.

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