2015

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFacultad de Ingeniera Elctrica y Electrnica

ESPECIALIDAD:INGENIERA ELECTRNICACURSO:AntenasTRABAJO:Trabajo de ExposicinTEMA: Antenas YagiPROFESOR:Ing. Jaime Vallejos LaosALUMNOS:

Goicochea Cabanillas Wilson1023220067 Mallco Pereda Luis Giovani 1023210131 Rocha Flores Juan Carlos1023210078 Prez Espinoza Efran1023220673 Villagmez Aguado Renzo 100688E

CICLO: 2015-A

ANTENA YAGI-UDAI. Marco terico :En el siguiente trabajo se desarrollara una explicacin acerca del trabajo que se realiz en esta popular antena, que se ha consolidado a travs de los aos su esquema de diseo, diagrama de radiacin y aplicaciones que puede tener desde uso en tv, radio e inclusive WIFI. Fue creada y patentada en 1926 por los investigadores Hidetsugu Yagi y Shintaro Uda, de la Universidad de Tokio. La configuracin mnima de este modelo de antena utiliza slo dos elementos irradiante y director, sin embargo, el agregado de ms elementos provee a la antena una caracterstica muy deseada por todos los usuarios de equipos de radio: ganancia.A medida que el auge dela radiose expanda por el mundo, da a da se sumaban aficionados y cientficos al creciente fenmeno cultural, que nunca dejaba de dar noticias sobre hallazgos de tcnicas, diseos, desarrollos, materiales y/o tipos de construccin, tanto deequipos de radiocomo de antenas., sueos y deseos de alcanzar lo que cualquier aficionado a laradiodesea: comunicar tan lejos como sea posible. Una vez que eldipolo de media ondase haba popularizado entre los usuarios deequipos de radioy en la bsqueda de lograr mejores rendimientos en las instalaciones deantenas, los investigadores Hidetsugu Yagi y Shintaro Uda observaron que colocandoelementos parsitos(o pasivos, sin conexin elctrica con el irradiante) en cercanas de undipolo de media onda, ste alteraba su comportamiento y se obtenan resultados muy interesantes, dignos de ser analizados y estudiados.Lasantenas Yagi(nombre popular), las medidas de los elementos que la componen y su ubicacin en el espacio, respecto alirradiante, deben ser respetadas para lograr los desempeos esperados.

FIG.1

II. ESQUEMAS DE DISEO:Las antenas Yagi-Uda estan constituidas por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores, utilizada ampliamente en la recepcin de seales televisivas. Los elementos directores dirigen el campo elctrico, los activos radian el campo y los reflectores lo reflejan. Los elementos no activados se denominan parsitos, la antena yagi puede tener varios elementos activos y varios parsitos. Su ganancia esta dada por:G = 10 log ndonde n es el nmero de elementos por considerar. El elemento de excitacin es un dipolo plegado de media longitud de onda. El reflector es una barra recta de aluminio aproximadamente 5% ms larga que el dipolo. El director se corta aproximadamente 5% ms corto que el elemento de excitacin. El espacio entre los elementos por lo general est entre 0,1 y 0,2 de la longitud de onda.Normalmente para el clculo de estos elementos de antena podemos partir de las siguientes formulas:

Antena Ygai de 16 elementos:

Al cuenta del problema mecnico planteado por la construccin de antenas largas, se ha limitado la construccin a los areos de _boom_ corto. Ello conduca a acoplar varias capas semejantes para aumentar la ganancia. Est solucin es muy interesante desde el punto de vista de la ganancia, pero la interaccin de los areos (superpuestos y yuxtapuestos) as como las dificultades de acoplamiento no dan un diagrama de radiacin regular. Aparecen frecuentemente lbulos laterales indeseables. Una larga prctica de las antenas ha demostrado que la investigacin que en el sentido de la Yagi larga era interesante y rentable. En efecto, la ganancia sigue creciendo hasta una veintena de elementos a condicin de que la separacin sea bastante grande. Por ello se ha estudiado y realizado est antena de 16 elementos. Se ha observado que el nmero de elementos influye infinitamente menos que la longitud total de la antena. As se han llevado a cabo medidas comparativas con tres areos diferentes, de los que uno tena 18 elementos (separacin 0,2) y otro 16 elementos de la misma longitud (separacin 0,25). Los resultados han sido los siguientes: alargar las antenas Yagi ms all de 13 elementos para obtener mayor ganancia y, habida

Estos resultados confirman lo que se acaba de decir.En su disposicin definitiva, la antena se presenta como sigue: Doble reflector = 103 Dipolo (trombn) = 96 Directores: A =97 cm B = 93 cm C y D = 92 cm E y F = 90 cm G y H = 88 cm I y J = 86 cm K y L = 84 cm M = 82 cm

Las separaciones son las siguientes: BC-CD-DE-EF-FG-GH-HI-IJ-JK-KL = 0,25 Reflector - trombn = 0,2 Trombn-1er director (A) = 0,1 AB = 0,15 LM = 0,2

Tabla Diseo de Antena Yagi (frecuencia en MHz)

Longitudes:

Reflector: Directores: m: Dipolo: n: 1er. Director: p: q: s: N Directores2345678910

Ganancia [dB]99.510111213.51515.516

RDipolo807672645650444038

2 Director3 Director4 Director5 Director6 Director7 Director8 Director9 Director10 Directornnpnpqnpqsmnpqsmnnpqsmnnppqsmnnppqqs

mnnppqqss

Separacin:

Dipolo Reflector: Dipolo 1er. Director: Directores consecutivos: En cualquier caso, existen una serie de tabulaciones para encontrar los tamaos y espaciados ptimos entre elementos, podemos ver la Tabla 3, en la cual podemos ver dichos valores ptimos para un nmero de elementos determinado, ofreciendo el valor de la directividad del array.

Tabla 1. Longitudes optimizadas para los elementos parsitos de una antena Yagi-Uda de seis longitudes diferentes.PROCEDIMIENTOLa antena elegida para realizar fue la Yagi-Uda, con un ancho de banda que abarca frecuencias desde 174MHz hasta 216MHz, frecuencias asignadas a los canales del 7 al 13 para la radiodifusin de televisin. Como frecuencia central se eligi 187.5MHzSe decidi construir una antena con 5 elementos: un elemento activo el cual es un dipolo doblado o trombn, un reflector y tres directores. Este tipo de antenas fueron ampliamente usadas apra la recepcin de televisin.LaFigura 5muestra las consideraciones de dimensiones que deben ser tomadas en cuenta para la construccin de una antena yagi de 5 elementos.

Figura 2. Consideraciones.LaTabla 1muestra las longitudes de los elementos y espaciamientos para la antena realizada.Tabla 2. Longitudes y Espaciamientos

Una vez hallados las longitudes respectivas se procedi a construir la antena. Para el eje o Boom se utiliz aluminio cuadrado de pulgada, con una longitud de 1m. Para los elementos se utiliz aluminio cilndrico de de pulgada de dimetro. Para los soportes de los elementos se utilizaron soportes de plstico. Finalmente los elementos fueron unidos al boom mediante tornillos.RESULTADOSLos resultados se muestran en laTabla 2.Tabla 3. Resultados de las Mediciones

Haciendo un grfico en Microsoft Excel se obtiene un bosquejo del patrn de radiacin como se muestra en laFigura 4.

Figura 4. Patrn de Radiacin ObtenidoA continuacin se presentan los clculos de ganancia de la antena:Nivel de potencia en el receptor: -20,8dBmPotencia en el receptor PRX: 8.2WattsNivel de potencia en el trasmisor: 10dBmPotencia en el trasmisor: 16mWDensidad de Potencia de una antena Isotrpica:Pa=Pr /(4r2)= 16mW / (4 (4m)2) = 79.58W/m2Densidad de Potencia captada por dipolo:Altura efectiva:he = hf / 2= 30cm / 2 = 15cmDensidad potencia receptor:PaRX= PRX/ Ae = 15,59W / m2Por lo tanto se tiene que:Ganancia antena:Pa / PaRX=5.1Ganancia en dB:7,08dBi

III. Diagramas de Radiacin:Los diagramas de radiacin son grficos en diferentes sistemas de coordenadas donde se describen la intensidad relativa de la seal que radia una antena. Debido a la reciprocidad del sistema, describen, de igual forma, las propiedades de recepcin de esta.Los grficos por lo general se analizan en tres dimensiones, puede hacer una ubicacin en el espacio ms sencilla donde la antena es en eje polar y la grfica representa la radiacin.Es importante recordador que al usar los decibelios como unidad de ganancia, la escala que mejor representara la ganancia es la logartmica, donde los radios no estn espaciados linealmente sino de forma logartmica. Diagrama de radiacin de la antena Yagi - Uda:Para hacer una buena descripcin de la antena yagi, debemos analizar los elementos parsitos que componen la antena, la cuan originalmente es un dipolo, y como estos elementos modifican el patrn de radiacin.

Como vemos, en una antena yagi estndar, existen tres elementos: El dipolo El reflector El director

Para ver, como estos elementos afectan al diagrama de radiacin de la antena, analizaremos una antena yagi de 3 elementos.

El dipolo, que es el elemento activo, por si solo es una antena de , de la cual se muestra su diagrama de radiacin en el siguiente grfico:

Al agregarle un reflector, la intensidad de la seal que est en su direccin se reduce y se incrementa la que est en su direccin opuesta:

Y al agregarle un 3er elemento, el director, incrementa la intensidad del campo en su direccin y reducen a la direccin opuesta, tal como se muestra en la figura.

Diagrama de radiacin por nmero de elementos;Hay que tener en cuenta, que para un buen diseo, el espaciado y longitudes de los elementos debe ser adecuado, para obtener la mayor ganancia posible.Por lo general, el reflector es un poco ms largo que el irradiante o dipolo, aproximadamente 5% ms, y el director 5% menor.Adems el espaciado entre los elementos es importante, teniendo en cuenta que a ms elementos se producir mayor ganancia pero el ancho de banda ser menor.

La manera para obtener las longitudes se da de manera experimental, y a travs de ello se llega a los siguientes valores:

Longitudes:

Reflector: Directores: m:

Dipolo: n:

1er. Director: p:

q:

s: Ejemplo:Antena yagi de 6 elementos Con ancho de banda de 425 Mhz = 70cm(Simulacin realizada en MMANA-GAL)

0.140.120.2DirectoresIrradianteReflector

Diagrama de radiacin:

En el espacio 3D:

Modificaciones:

Antena con 6 directores (7 elementos)Ganancia: 10.77 dBiAntena con 4 directores (5 elementos)Ganancia: 9.96 dBi

Bibliografa: http://www.diarioelectronicohoy.com/antenas-una-explicacion-de-su-funcionamiento-ii/ http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4040050/Descargas/capseis/yagiuda.pdf http://www.neoteo.com/antena-yagi/

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