Caracas, 26 de Junio de 2014 U.N.E.F.A Núcleo Chuao CCS
PROFESOR: ING. GERWIN ROMERO LABORATORIO DE ANTENAS PERIODO: 1S-2014 SECCIÓN: 7ITTCDO2
Antena Yagi-Uda
MESÓN: 2B
33 Puntos Incluidos en este Informe:
EQUIPO: 14S1A722B2 Integrantes del Equipo:
Integrantes Apellido del equipo: Nombre N° de Cedula Describa cada uno de los puntos que incluye este Antecedentes informe, en el caso de que el tema tratado incluyaBlanco varias Joselyn 1. PEDRO PÉREZ CI:1912345620.050.596 partes, enumere cada una de estas partes. Planteamiento del problema Peña Luz Marina 18.965.047 2. Xxxxxx 1. Xxxxxx Zacarias Rosanna 20.506.085 Justificación 3. Xxxxxx 2. Xxxxxx 4. 3. Xxxxxx 4. COMENTARIO:
ANTENA YAGI La antena Yagi o antena Yagi-Uda es una antena direccional inventada por el Dr. Hidetsugu Yagi de la Universidad Imperial de Tohoku y su ayudante, el Dr. Shintaro Uda del cual deriva su nombre Yagi-Uda o simplemente Yagi. En el diseño de esta antena se planteaba mediante una estructura simple de dipolo, combinado con elementos parásitos, conocidos como reflector y directores, con la cual se logró construir una antena de muy alto rendimiento. La invención del Dr. Yagi (patentada en 1926) no fue usado en Japón en un principio, ya que el diseño original de la antena tenía como objetivo la transmisión inalámbrica de energía, sin embargo fue aceptada en Europa y Norteamérica, en donde se incorporó a la producción comercial, de los sistemas de radio difusión, TV y otros. Esta antena se compone de un arreglo de dipolos en paralelo de radiación longitudinal, con diferentes longitudes y separaciones como se aprecia en la grafica.
Dipolo
En esta antena solamente uno de los dipolos se alimenta directamente, llamado elemento activo (Dipolo doblado), los otros elementos funcionan como directores o reflectores (elementos parasito)
La antena Yagi, uno de los diseños de antena más brillantes. Es fácil de construir y tiene una alta ganancia, típicamente mayor que 10 dB. Se utiliza habitualmente en las bandas de HF, VHF y UHF (alrededor de 3 MHz a 3 GHz), aunque su ancho de banda es típicamente pequeña, del orden de un pequeño porcentaje de la frecuencia central,
sus
aplicaciones
de
radiodifusión
de
televisión,
estaciones
de
radioaficionados y radioenlaces punto a punto. Funcionamiento Se basa en una corriente que circula en un elemento alimentado irradiando un campo electromagnético, el cual induce corriente en los elementos parásitos de la antena. Las corrientes inducidas en esos elementos irradian también campos electromagnéticos que a su vez inducen corrientes en los demás. Finalmente la corriente que circula en cada uno de los elementos es el resultado de la interacción entre todos los elementos. La fase y la amplitud de la corriente que circula en el elemento parasito dependerán de la distancia entre los dos elementos y de la longitud y diámetro de este ultimo. Este tipo de elemento parasito, situado delante el elemento alimentado y que refuerza el campo hacia adelante, se llama director. Los elementos situados detrás y que refuerzan el campo hacia adelante se llama reflectores. Estos no deben ser confundidos con las superficies o rejas reflectoras utilizadas en otros tipos de antenas. Generalmente se colocan uno o dos reflectores y uno o varios directores. Se calculan las posiciones y las dimensiones de manera que las fases de las corrientes resultantes sean tales que la adición de los campos sea mínima hacia atrás y máxima hacia adelante.
Imagen 1. Polarización Horizontal de una Antena Yagi Soldada de 7db Fuente: www.antenas.com/tabla-yagi.htm
Partes de la Antena
Dipolo es un elemento activo que capta las señales en la antena Yagi
Detrás del dipolo principal se coloca un elemento reflector, cuya misión es hacer de pantalla ante las señales que recibe la antena por su parte posterior y aumentar el poder receptor en su parte delantera.
Delante del dipolo principal se colocan unos elementos llamados directores, cuya misión es disminuir el ángulo de recepción de la antena y aumentar la ganancia de ésta.
Imagen 2- Antena Yagi-Uda 3 elementos con 7db de ganancia
El presente trabajo consiste en el diseño y la construcción de una antena Yagi con la cual sea posible captar frecuencias determinadas, estudiando para ello los materiales y características necesarias para optimizar el funcionamiento de la antena. DISEÑO DE UNA ANTENA YAGI PARA HF:
Antes de comenzar a realizar el diseño de la antena, debemos conocer en base a qué frecuencia debemos trabajar:
Tabla 1, fuente: Ing. Alfredo Guardia U., guardiaunefa.blogspot.com
Se usará una banda HF (Alta Frecuencia) que trabaja con frecuencia comprendida entre 3 MHz (Mínima) a 30 MHz (Máxima) Lo que se debe hacer como primer paso en el diseño de la antena, es hallar los valores de longitud y separación de los elementos de la antena; esto lo realizamos utilizando siguientes formulas: Calculo de la frecuencia (f) Donde: C= Velocidad de la luz = = Lambda= 83,3 F= Frecuencia (en Megahertz)
Calculamos
, como la antena yagi trabaja a media longitud de onda
Calculo del factor de corrección La profesora zulima Barboza (1996), recomienda un factor de corrección en base al diámetro del conductor a utilizar para la construcción de la antena se determina el porcentaje de reducción del dipolo de media onda por el factor de corrección (Pag.198).
Grafico 1. Porcentaje de reducción del dipolo en función del diámetro. Fuente: Barboza Z. (1996).
Considerando un factor de corrección de 0,95 tenemos:
Calculo del Dipolo Es común ver que las antenas Yagi se construyan con dipolo simple lo que lo hace que esta antena tenga un pequeño ancho de banda
Imagen 3. Antenas – Tipo Dipolo Fuente: www.radiocomunicaciones.net/antenas-dipolo.html
Para el cálculo del Dipolo se toma en cuenta la siguiente fórmula:
Calculo del Reflector Barboza, (1996) establece que la antena Yagi no tiene más de un reflector debido a que la corriente inducida en ellos, es muy pequeña y el aumento que se logra en la ganancia al agregar más reflectores es muy pequeña (Pag.197). Para calcular el reflector se tomara en cuenta el factor largo del dipolo 39,58 más un 5% más largo que el dipolo.
Calculo del Director Barboza, (1996) establece que el director serán un poco más pequeño que el dipolo, un 5%
Separación entre los elementos
El Boom Es el soporte de los elementos, este no juega ningún papel eléctrico importante en la antena, excepto el de soportar los elementos.
Imagen 4. Antenas – Boom Fuente: Peña L. (2014)
Balun de cable coaxial Según la profesora Zulima Barboza los baluns son una forma sencilla de adaptar las impedancias de un sistema balanceado (dipolo) y uno desbalanceado (cable coaxial).
Entre los elementos que necesitamos para instalar una antena se encuentra el cable coaxial. Este cable es el encargado de conducir la señal desde la antena hasta el aparato receptor. Para la antena yagi HF Se utilizó un conector BNC macho y un BNC hembra.
Obtención del patrón de radiación Para obtener el patrón de radiación de la antena, se utilizó el software de análisis de antenas llamado MMANAGAL_BASIC. El método de funcionamiento de este programa consiste en ingresar todos los elementos físicos de la antena, determinar las fuentes de alimentación de energía que tiene y luego el programa simula y calcula el patrón de radiación que tendría la antena en estudio. Se ingresan los elementos físicos uno por uno, con las medidas reales de la antena.
Imagen 5. Antenas – Geometría Fuente: Peña L. (2014)
Una vez ingresados todos los datos necesarios con las medidas correctas, ya se puede observar la antena construida y se procede a ingresar las fuentes de alimentación de la antena.
Imagen 6. Antenas – vista Fuente: Peña L. (2014)
Como se puede observar, se tiene que escoger el lugar en donde se sabe que la línea de transmisión de la antena estará conectada, y colocar ahí la fuente que se desea añadir. En la figura que se muestra arriba, la fuente están representadas por el círculo rojo, y se ubica en el dipolo. Ya con la construcción de la antena lista, se puede proceder a realizar la simulación que determinará el patrón de radiación de la antena. Se ingresa la frecuencia a la que trabaja la antena y se inicia el cálculo.
Imagen 7. Antenas – calculo Fuente: Peña L. (2014)
Una vez que el programa termina de realizar los cálculos necesarios, el patrón de radiación es obtenido y se encuentra listo para ser analizado. Análisis de los resultados obtenidos mediante el software MMANAGAL _BASIC En primera instancia, se tienen los cortes horizontal y vertical del patrón de radiación obtenido, y además el patrón de radiación completo visto en tres dimensiones:
Imagen 8. Antenas – diagrama de campo lejano Fuente: Peña L. (2014)
Imagen 9. Antenas – campo lejano horizontal en 3D
Fuente: Peña L. (2014)
El gráfico de mayor interés para el análisis es el del corte horizontal del patrón de radiación, pues ayudará a predecir el área de cobertura que proporcionará la antena. Se puede observar que el patrón de radiación obtenido es típico de este tipo de antena.
DATOS TÉCNICOS Yagi 3 elementos
Tipo
Ver Tabla 1
Frecuencia
7db (8,49 db)
Ganancia (db) Polarización
Vertical/horizontal
Impedancia
1,9M
Lista de Materiales CANTIDAD
NOMBRE
1
Tubo redondo de aluminio natural de 3/8”
3
Tornillos
1
Conector BNC
½m
Cable coaxial
75 cm
Madera
Construcción de la Antena
