Informazioni sull'antenna / antenna dipolo piegata

L'antenna o antenna dipolo di base è ampiamente utilizzata nella sua forma di base. Tuttavia, in un certo numero di circostanze, una modifica a questa denominata antenna a dipolo ripiegata fornisce una serie di vantaggi.

L'antenna a dipolo ripiegato o antenna a dipolo ripiegato è ampiamente utilizzata, non solo da sola, ma anche come elemento pilotato in altre antenne come l'antenna Yagi e vari altri tipi di antenna.

Informazioni di base sull'antenna dipolo ripiegata

L'antenna a dipolo piegato è costituita da un dipolo di base, ma con un conduttore aggiunto che collega le due estremità insieme. Questo crea un "anello" di filo che è un cortocircuito verso CC. Poiché le estremità sembrano essere ripiegate, l'antenna è chiamata antenna a dipolo ripiegata.

Di seguito è mostrato il formato di base per l'antenna a dipolo ripiegato. Come il dipolo di base, l'antenna a dipolo piegato è un'antenna bilanciata e deve essere alimentata con un alimentatore bilanciato. È possibile utilizzare alimentatori sbilanciati a condizione che venga utilizzato un balun (trasformatore da sbilanciato a bilanciato).

La parte aggiuntiva dell'antenna a dipolo piegato è spesso realizzata utilizzando un filo o un'asta dello stesso diametro della sezione del dipolo di base. Tuttavia non è sempre così.

Anche i fili o le aste sono tipicamente equidistanziati lungo la lunghezza degli elementi paralleli. Ciò può essere ottenuto in diversi modi. Spesso per le antenne VHF o UHF la rigidità degli elementi è sufficiente, ma a frequenze più basse potrebbe essere necessario impiegare degli spaziatori. Per tenere separati i fili. Ovviamente se non sono coibentati è imperativo evitarne il cortocircuito. In alcuni casi è possibile utilizzare un alimentatore piatto.

Uno dei motivi principali per l'utilizzo di un'antenna dipolo ripiegata è l'aumento dell'impedenza di alimentazione che fornisce. Se i conduttori nel dipolo principale e nel secondo conduttore o "piega" hanno lo stesso diametro, si riscontra un aumento di quattro volte (cioè due al quadrato) nell'impedenza di alimentazione. Nello spazio libero, ciò fornisce un aumento dell'impedenza di alimentazione da 73 Ω a circa 300 Ω ohm. Inoltre l'antenna RF ha una larghezza di banda più ampia.

Teoria dell'aumento dell'impedenza del dipolo piegato
È possibile ragionare perché c'è un aumento di quattro volte dell'impedenza per l'antenna a dipolo ripiegata.

In un'antenna a dipolo standard le correnti che scorrono lungo i conduttori sono in fase e di conseguenza non vi è cancellazione dei campi e di conseguenza si verifica la radiazione o il segnale.

Quando il secondo conduttore viene aggiunto per formare l'antenna a dipolo ripiegato, questo può essere considerato come un'estensione del dipolo standard con le estremità ripiegate per incontrarsi. Di conseguenza le correnti nella nuova sezione fluiscono nella stessa direzione di quelle nel dipolo originale. Le correnti lungo entrambe le semionde sono quindi in fase e l'antenna irradierà con gli stessi schemi di radiazione ecc. Come un semplice dipolo a semionda.

L'aumento di impedenza è deducibile dal fatto che la potenza fornita ad un'antenna a dipolo ripiegato è equamente ripartita tra le due sezioni che compongono l'antenna. Ciò significa che rispetto a un dipolo standard la corrente in ogni conduttore è ridotta alla metà. Poiché viene applicata la stessa potenza, l'impedenza deve essere aumentata di un fattore quattro per mantenere l'equilibrio nell'equazione Watt = I2 x R.

Effetto linea di trasmissione dipolo ripiegato
L'elemento piegato dell'antenna dipolo piegata ha un effetto di linea di trasmissione collegato con esso. Si può vedere che l'impedenza del dipolo appare in parallelo con l'impedenza delle sezioni della linea di trasmissione in cortocircuito, sebbene le argomentazioni per l'impedenza fornite sopra siano ancora valide - è solo un altro modo di considerare lo stesso problema.

Questo può aiutare a spiegare alcune delle altre proprietà dell'antenna.

La lunghezza è influenzata da questo effetto. Normalmente la lunghezza d'onda di un'onda stazionaria in un alimentatore è influenzata dal fattore di velocità. Se viene utilizzata aria, questa sarà circa il 95% del valore dello spazio libero. Tuttavia, se viene utilizzato un alimentatore piatto con un fattore di velocità inferiore, ciò avrà l'effetto di accorciare la lunghezza richiesta.

L'effetto alimentatore fa sì che l'antenna a dipolo piegato abbia anche una risposta più piatta, cioè una larghezza di banda più ampia di un dipolo non piegato.

Si verifica perché ad una frequenza lontana dalla risonanza, la reattanza del dipolo è di forma opposta a quella della linea di trasmissione smistata e di conseguenza c'è una qualche cancellazione di reattanza nel punto di alimentazione dell'antenna.

Vantaggi del dipolo piegato
Ci sono due principali vantaggi nell'usare un'antenna dipolo ripiegata su un dipolo standard:

Aumento dell'impedenza:  Quando è necessario utilizzare alimentatori a impedenza più elevata o quando l'impedenza del dipolo viene ridotta da fattori come elementi parassiti, un dipolo ripiegato fornisce un aumento significativo del livello di impedenza che consente all'antenna di essere abbinata più facilmente all'alimentatore disponibile.

Ampia larghezza di banda:  L'antenna a dipolo ripiegato ha una risposta in frequenza più piatta: ciò consente di utilizzarla su una larghezza di banda più ampia con molte trasmissioni che utilizzano una varietà di diversi canali selezionabili, ad esempio televisione e radiodiffusione, è necessaria un'antenna a larghezza di banda ampia. L'antenna a dipolo standard non fornisce sempre la larghezza di banda richiesta e la larghezza di banda aggiuntiva del dipolo piegato soddisfa i requisiti.

Dipoli piegati conduttori disuguali

In molte occasioni può essere necessario implementare rapporti di impedenza al rapporto standard 4: 1 che è normale per un'antenna dipolo ripiegata. Semplicemente variando il diametro effettivo dei due conduttori: superiore e inferiore si possono ottenere rapporti differenti.

È possibile determinare il rapporto di incremento dell'impedenza utilizzando la formula seguente:

 
Dove:
    d1 è il diametro del conduttore per il braccio di alimentazione del dipolo
    d2 è il diametro del conduttore per il braccio non alimentato del dipolo
    S è la distanza tra i conduttori
    r è il rapporto di incremento

Va ricordato che esiste un effetto di accorciamento associato all'uso di conduttori spessi rispetto al filo normale e questo avrà un effetto sulla lunghezza del dipolo piegato.

Dipoli piegati a più conduttori
Sebbene il concetto di antenna a dipolo ripiegato spesso implichi l'uso di un conduttore aggiuntivo, il concetto può essere ulteriormente esteso aggiungendo conduttori aggiuntivi. Ciò ha l'effetto di aumentare ulteriormente l'impedenza complessiva e di ampliare ulteriormente la larghezza di banda.

 
Ad esempio per un dipolo piegato a tre fili, con tutti i fili o conduttori dello stesso diametro, l'impedenza è aumentata di un fattore tre al quadrato, cioè 9. Ciò significa che il valore nominale per un dipolo piegato con tre conduttori è 9 volte 73Ω o circa 600Ω

Applicazioni dipolo piegato
Esistono molti modi in cui è possibile utilizzare i dipoli ripiegati. Trovano usi in molte applicazioni:

Da soli:   Le antenne dipolo piegate vengono talvolta utilizzate da sole, ma devono essere alimentate con un alimentatore ad alta impedenza, tipicamente 300 ohm. Questo da solo può essere molto utile in alcune applicazioni in cui possono essere utilizzati alimentatori bilanciati.

Come parte di un'altra antenna:   Tuttavia, i dipoli piegati trovano più usi quando un dipolo è incorporato in un altro progetto di antenna RF con altri elementi nelle vicinanze. Il problema è che incorporare un dipolo in un'antenna come una Yagi in cui gli elementi sono strettamente accoppiati riduce l'impedenza di alimentazione. Se è stato utilizzato un dipolo semplice, è possibile riscontrare facilmente livelli di impedenza di alimentazione inferiori a 20 Ω o inferiori.

L'uso di un dipolo piegato consente di aumentare l'impedenza di un fattore quattro o qualsiasi cosa sia richiesta avendo più fili nel dipolo piegato.

Larghezza di banda aumentata:   A volte i dipoli piegati possono essere impiegati puramente per fornire una maggiore larghezza di banda. Quando vengono utilizzati per aumentare la larghezza di banda, i dipoli piegati possono essere utilizzati da soli o all'interno di un altro sistema di antenna.
In considerazione del numero di modi in cui possono essere utilizzati i dipoli ripiegati, sono più comuni di quanto ci si sarebbe potuti aspettare all'inizio.

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