CONTENIDO
1. Planteamiento del problema. 2. Diseño, cálculos y simulación. 3. Materiales y herramientas. 4. Preparación: mediciones, cortes, lijados, soldaduras y uniones. 5. Resultados. 6. Actividades del Equipo de Trabajo
1 –Planteamiento del problema
Una antena es un dispositivo cuya misión es difundir y/o recoger ondas radioeléctricas. Las antenas convierten las señales eléctricas en ondas electromagnéticas y viceversa. Existen antenas de distintos tipos (ver tipos de antenas), pero todas ellas cumplen la misma misión: servir de emisorreceptor de una señal de radio. Cuando la comunicación fluye en ambas direcciones, se denomina bidireccional. Si dicha comunicación no se efectúa simultáneamente, sino alternativamente, se denomina comunicación semiduplex. Todas las comunicaciones dentro del ámbito WIFI son bidireccionales semiduplex. Las antenas constituyen una parte fundamental de los sistemas radioeléctricos de comunicaciones. La AntenaYagi o Antena Yagi-Uda es una antena direccional inventada en el año 1920 por el Dr. Shintaro Uda de la Universidad Imperial de Tohoku y en menor parte, el Dr. Hidetsugu Yagi (de ahí al nombre Yagi-Uda). Esta invención de avanzada a las antenas convencionales, produjo que mediante una estructura simple de dipolo, combinado con elementos parásitos, conocidos como reflector y directores, logró construir una antena de muy alto rendimiento. La invención del Dr. Uda (patentada en 1926) no fue usada 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 difusión, TV y otros. El uso de esta antena en Japón solo comenzó a utilizarse durante la Segunda Guerra Mundial, cuando fue descubierto que la invención de Yagi era utilizada como antena de radar por los ejércitos aliados. Esta antena tiene un diseño común, pero es muy utilizada ya que permite una buena recepción y direccionalidad de las señales. El objetivo de este proyecto es la creación de una Antena Yagi, para una frecuencia de 5.2 GHz, a partir del cálculo matemático de las dimensiones de sus elementos.
2 –Diseño, cálculos y simulación CÁLCULOS MATEMÁTICOS:
0,93 ∗ 𝐶 𝜆= 𝑓
=> 𝜆 =
0,93 ∗ 300000𝑥103
f
1 𝑠
Longitud del dipolo, directores y reflector: 𝜆 2 𝑅𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 = 3,4% 𝐷𝑖𝑝𝑜𝑙𝑜 𝐴𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 =
𝜆 2 1𝑒𝑟 𝑑𝑖𝑟𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 =
𝜆 𝜆 − 8,6% 2 2
2𝑑𝑜 𝑑𝑖𝑟𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 =
𝜆 𝜆 − 10,3% 2 2
3𝑒𝑟 𝑑𝑖𝑟𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 =
𝜆 𝜆 − 12,1% 2 2
Distancia entre los dipolos y directores con respecto al reflector:
𝑎 = 0,397 ∗
𝜆 2
𝑏 = 0,569 ∗
𝜆 2
𝑐 = 0,948 ∗
𝜆 2
𝑑 = 1,397 ∗
𝜆 2
𝜆 𝜆 + 2 2
𝑚 𝑠
DISEÑO: En la actualidad, el diseño de una antena Yagi se hace siguiendo un conjunto de reglas como recetario de cocina: En términos prácticos las longitudes de los elementos y su separación no son muy críticos, y se pueden permitir variaciones de 1% en la longitud y hasta 5% en la separaci6n. La longitud del reflector es más tolerante que la del director aunque en algunos casos se utilizan estas tolerancias para ampliar el ancho de banda de la antena; es decir con reflectores un poco más largos y directores un poco más cortos aumenta el ancho de banda, sin embargo en sentido contrario, el efecto es totalmente dañino y anula el comportamiento de la antena.
Para la construcción de esta antena, utilizamos el siguiente diseño:
SIMULACIÓN:
Programa usado para la simulación: MMANA-GAL.
Tabla de datos:
Gráfica de resultado, con frecuencia a 2,4 GHz:
Gráfica de resultado, con frecuencia a 5,2 GHz:
3 –Materiales y herramientas.
Materiales utilizados en la construcción:
Filamentos de cobre de 2mm de diámetro. Cable coaxial para Router. Conector RP-SMA. Estaño. Pega. Silicón frío. Varilla plástica tubular blanca, varilla plástica plana (de lomo de carpeta plástica) amarilla y paleta de madera.
Herramientas usadas en la construcción:
Tijera. Pinza. Exacto (cuchilla). Cautín de 40w. Reglas. Lima para metales. Lija. Cinta plática.
Herramienta usada en la prueba:
Router de 2,4 GHz, para la prueba.
4 – Preparación: mediciones, cortes, lijados, soldaduras y uniones. ANTENA Nro. 1: Para la construcción de la antena, se inició con las mediciones y los cortes, de la base de la antena y sus elementos.
Medición del tamaño final de la antena.
Medición de las distancias de los orificios para colocar los elementos de la antena.
Verificación de las mediciones a la base de la antena.
Corte de la base de la antena.
Medición y corte de las varillas de cobre: reflector, dipolos y directores de la antena.
Luego, se procedió a lijar, limar y pulir las piezas.
Se lijaron los extremos de la base de la antena.
Se limaron los extremos de las varillas de cobre: dipolos de la antena.
Inmediatamente, se procedió a la abertura de orificios en la base de la antena, que servirán para colocar su reflector, dipolos y directores.
Abertura de orificios en la base de la antena, con cautín.
Pulitura de la base de la antena.
Una vez listas las partes de la antena, se procedió a unirlas mediante soldadura de estaño y pegamento.
Inicio de la soldadura.
Soldadura lista.
Luego de la soldadura se intentó armar la antena, pero la base resultó ser muy angosta por lo cual se decidió utilizar otro recurso: la varilla de una carpeta plástica.
ANTENA Nro. 2:
Comenzamos, nuevamente, con las mediciones, cortes y abertura de agujeros…
Mediciones.
Abertura de agujeros.
Abertura de agujeros.
Corte para los dipolos.
Pegando con silicón los elementos de la antena.
Antena casi terminada.
Con esta segunda antena, también se tuvo inconvenientes a la hora de ensamblar todos sus elementos entonces se decidió utilizar un nuevo recurso: paletas de madera.
ANTENA Nro. 3:
Se midió y perforó la base de maderade la antena, y se pegaron con silicón todos sus elementos. Hacerla con esta base de madera fue la última y, afortunadamente, la mejor opción.
Se colocó el cable coaxial, como última parte de la construcción de la antena Yagi.
Antena Yagi, lista para la prueba.
6 – Resultados La característica más importante de una antena es la ganancia. Esto viene a ser la potencia de amplificación de la señal. La ganancia representa la relación entre la intensidad de campo que produce una antena en un punto determinado, y la intensidad de campo que produce una antena omnidireccional (llamada isotrópica), en el mismo punto y en las mismas condiciones. Cuanto mayor es la ganancia, mejor es la antena. En este caso, la prueba de la antena construida se realizó en la Biblioteca de la UNEG Sede Atlántico con un Router de 2.4 GHz de frecuencia ya que era del que se disponía, en vez de una frecuencia de 5.2 GHz para lo cual estaba diseñada la antena y con lo que esta hubiese alcanzado una mayor ganancia. Se comprendió la suma importancia de la exactitud en los cálculos matemáticos, características y posición de cada elemento de la antena a construir; además, de la utilización de las herramientas adecuadas para tal fin. Para la realización de este proyecto la utilización de un simulador (en este caso MMANA-GAL), fue de gran ayuda para proyectar los resultados prácticos que se podrían obtener. En la simulación se pudo observar la obtención de una ganancia mayo a la que se obtuvo en la prueba real, como ya se explicó. Por último, cabe decir que el tiempo y disposición de materiales fueron muy acertados dejándonos mayor satisfacción en el entendimiento de la asignatura: Telecomunicaciones I.
El equipo de trabajo.
7 – Actividades del Equipo de Trabajo A continuación se describen las actividades realizadas por cada miembro de este equipo de trabajo: Integrante
Ejemplos de Actividad Realizada
xxxxyyyy
xxxyyy
xxyy
xy
x
y
Aporte de ideas y conocimientos. Mediciones y limadura de los filamentos de cobre. Soporte en el corte de la base de la antenas #1 y #2. Fotografías en la prueba de la antena. Aporte de ideas y conocimientos. Mediciones, cortes y soldadura. Aporte de ideas y conocimientos. Cortes de los filamentos de cobre. Mediciones y soldadura. Aporte de ideas y conocimientos. Pulitura y limadura de la base de la antena #1 y #2. Soporte en el corte de los filamentos de cobre. Corte del fondo de la lata. Fotografías en la construcción de las antenas. Aporte de ideas y conocimientos. Cálculos, mediciones, cortes, soldadura. Prueba de la antena. Aporte de ideas y conocimientos. Soldadura. Prueba de la antena.
Se puede agregar que, los integrantes de este equipo estuvieron presentes en todas las fases de construcción de la antena (en sus tres intentos), de forma armoniosa y colaborativa, así como también en la realización de la prueba final de funcionamiento. Por último, se realizaron algunas actividades en conjunto, como por ejemplo la soldadura, debido a lo difícil que resultaba de realizarlo por una sola persona.
