Monopolo
| Clarification activity | Antenas |
| Author(s) | Adrià Espí Escrihuela, José María Díaz Nafría |
| Creation date | Jan 2026 |
| Status | 🔵 Ready to publish |
| Reviews | Rev.1 |
Definición
La antena monopolo es una antena lineal resonante que está formada por un único conductor (varilla, hilo o traza impresa) excitado respecto a un conductor de referencia, normalmente un plano de tierra. En el caso ideal (plano perfectamente conductor e infinito), su comportamiento puede modelarse mediante el método de las imágenes, por el cual el monopolo de longitud equivale electromagnéticamente a un dipolo de longitud doble en espacio libre, radiando solamente en el semiespacio superior.[1]
Principio de funcionamiento
En un monopolo vertical sobre plano de tierra, la corriente en el conductor real induce una corriente “imagen” en el plano conductor. Esto conduce a patrones de campo y radiación similares a los del dipolo, pero restringidos a un hemisferio. Este enfoque se usa de forma estándar para deducir el diagrama de radiación, la directividad y otras propiedades de radiación del monopolo ideal.[1] [2]
La figura 1, puede verse mediante teoría de imágenes por qué la antena tiene el mismo diagrama de radiación que una antena dipolo, con el doble de potencia radiada. Cuando una antena monopolar (a) se monta sobre un plano de tierra perfectamente conductor, como la Tierra, las ondas de radio pueden llegar a un punto determinado P por dos vías: propagándose directamente en línea recta hasta P o llegando a P tras reflejarse primero en el plano (azul). Por tanto, presenta el mismo patrón de radiación que tendría si el plano de tierra se sustituyera por una antena de imagen virtual (b) situada bajo el suelo. En consecuencia, el monopolo y su imagen son equivalentes a una antena dipolo alimentada con un voltaje dos veces mayor que el del monopolo (2 V), pero con las mismas corrientes de elemento que el monopolo. Esto explica que la ganancia del monopolo sea el doble que la del dipolo, y su impedancia la mitad.
El caso más común es el monopolo de cuarto de onda, de longitud aproximada , donde en aire. En resonancia, que ocurre a una longitud del monopolo un poco inferior a (en torno al 5%, debido al efecto de almacenamiento de carga en el extremo del monopolo) la reactancia de entrada tiende a ser pequeña y la impedancia es principalmente resistiva, lo cual facilita la adaptación con el transmisor.[1][2]
Impedancia de entrada y resistencia de radiación
Como se ha justificado previamente, la impedancia de un monopolo es la mitad que la de un dipolo equivalente de longitud mitad, lo que a su vez es coherente con el hecho de que el monopolo radia en la mitad del espacio. Así, para un monopolo ideal de sobre plano de tierra perfecto, cabe esperar que la resistencia de radiación sea la mitad que la del dipolo aislado de , cuyo valor aproximado es , en consecuencia:
En el caso del monopolo resonante, este valor junto a la resistencia de pérdidas constituye la totalidad de la impedancia de entrada.
En práctica, la impedancia de entrada se ve afectada por:
- Tamaño y forma del plano de tierra (o radiales).
- Diámetro del conductor.
- Altura real frente a
- Entorno cercano (carcasa, mástil, chasis).
Estas dependencias son críticas en monopolos vehiculares y en implementaciones impresas.[3]
Diagrama de radiación y polarización
El monopolo vertical presenta un patrón omnidireccional en azimut (plano horizontal) y máxima radiación en elevaciones bajas-medias, con un nulo ideal en el eje del conductor. La polarización es lineal vertical si el monopolo es vertical, lo que hace que sea muy usado en enlaces terrestres y móviles.[1][2]
Como se ha justificado antes la directividad ideal del monopolo es aproximadamente el doble que la del dipolo, debido a que concentra la radiación en un hemisferio. Valores típicos para el caso ideal de un monopolo resonante en rondan el orden de (dependiendo de la definición y del modelo exacto).[1][2]
La figura 2 muestra los diagramas verticales de radiación de tres antenas monopolares verticales de diferentes longitudes, montadas sobre un suelo perfectamente conductor. En horizontal el patrón es, en todos los casos, omnidireccional simétrico. La distancia radial de la línea desde el origen en cualquier ángulo de elevación es proporcional a la densidad de potencia radiada en esa elevación. El eje radial está graduado en densidad de potencia relativa a un monopolo de cuarto de onda y en decibelios isotrópicos. El monopolo de cuarto de onda (0,25λ, azul) tiene un patrón idéntico a la mitad superior del patrón de una antena dipolo. Como puede apreciarse, el monopolo de media onda (0,5λ, verde) irradia más potencia en direcciones horizontales. La radiación horizontal máxima para una antena monopolo se alcanza con una longitud de 0,625λ (rojo). A longitudes superiores a media longitud de onda (0,5λ), el patrón de radiación se divide en dos lóbulos, con un segundo lóbulo cónico dirigido hacia el cielo.
Variaciones y aplicaciones
Existen variantes como monopolos cargados (para reducir tamaño), helicoidales (miniaturización), impresos (PCB) y monopolos con radiales para emular el plano de tierra. Se aplican en radiodifusión, comunicaciones móviles, sistemas marítimos, aeronáuticos e IoT.[3][4]
Ver también
Referencias
- ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Balanis, C. A. (2016). Antenna Theory: Analysis and Design (4th ed.). Wiley.
- ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 Cardama-Aznar, A.; Jofre-Roca, L.; Rius-Casals, J.M.; Romeu-Robert, J.; Blanch-Boris, S. (2002). Antenas. 2ª edición. Barcelona: Edicions UPC.
- ↑ 3.0 3.1 Kraus, J. D., & Marhefka, R. J. (2002). Antennas for All Applications (3rd ed.). McGraw-Hill.
- ↑ ARRL. (2019). The ARRL Antenna Book (24th ed.). American Radio Relay League.