Antena Yugi
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DEL TERRITORIO NORTE LUDOVICO SILVA
CARIPITO - EDO. MONAGAS
PROFESOR: GILBERTO VIVENES
AUTORES:
TSU. MORILLO LUÍS
TSU. PINTO CARLOS
TSU. RODRÍGUEZ YVAN
TSU. VARGAS JESÚS
CARIPITO ABRIL DEL 2014.
INTRODUCCIÓN
Una antena es un dispositivo diseñado con el objetivo de emitir o recibir ondas
electromagnéticas hacia el espacio libre.
Una antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagnéticas, y una receptora
realiza la función inversa.
Existe una gran diversidad de tipos de antenas, dependiendo del uso a que van a ser
destinadas, entre ellas se encuentra la antena más popular entre los aficionados que quieren
mejorar su estación, la cual es la antena Yagi o con elementos.
Esta antena fue inventada en 1926 por el profesor Hidetsugu Yagi de la Universidad de
Tokio.
A partir de la antena dipolo de media onda es posible lograr antenas que radien o reciban
las ondas electromagnéticas en un haz estrecho, lo que permite concentrar en un punto toda
la energía, logrando de esta manera que la intensidad de campo en un punto sea mucho
mayor que la que se obtendría con otra antena de la misma potencia.
Esta antena es constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos
y reflectores, utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas.
La antena Yagi es un arreglo de antena, que como todos los arreglos, se han hecho con el
objetivo de incrementar la directividad del sistema y concentrar la potencia radiada en un
área más pequeña.
¿QUÉ ES UNA ANTENA (YAGI – UDA)?
La definición formal de una antena es un dispositivo que sirve para transmitir y recibir
ondas de radio.
Convierte la onda guiada por la línea de transmisión (el cable o guía de onda) en ondas
electromagnéticas que se pueden transmitir por el espacio libre.
La antena Yagi básica consiste en un cierto número de elementos rectos que miden cada
uno aproximadamente la mitad de la longitud de onda.
El elemento excitado o activo de una Yagi es el equivalente a una antena dipolo de media
onda con alimentación central.
En paralelo al elemento activo, y a una distancia que va de 0,2 a 0,5 longitudes de onda en
cada lado, hay varillas rectas o alambres llamados reflectores y directores, o simplemente
elementos pasivos.
Un reflector se ubica detrás del elemento activo y es ligeramente más largo que media
longitud de onda; un director se coloca en frente del elemento activo y es ligeramente más
corto que media longitud de onda.
Una Yagi típica tiene un reflector y uno o más directores.
La antena propaga la energía del campo electromagnético en la dirección que va desde el
elemento activo hacia los directores, y es más sensible a la energía electromagnética
entrante en esta misma dirección.
Cuantos más directores tiene una Yagi, mayor la ganancia.
Cuantos más directores se agreguen a una Yagi, la misma va a ser más larga.
FUNCIONAMIENTO DE LA ANTENA (YAGI - UDA)
Una antena Yagi Uda es un arreglo de dipolos, de radiación end-fire (es decir, la dirección
de máxima radiación se da a lo largo del eje que contiene los dipolos), ancho de banda
estrecho (cercano al 2%), y baja impedancia de entrada, se elabora con una serie de dipolos
de hilo colocados de forma paralela en un plano.
El funcionamiento de una antena Yagi-Uda está formada por un elemento alimentado
(conectado al emisor o al receptor) formado por un simple dipolo o un dipolo doblado
llamado también “radiador” de manera inapropiada, ya que en la antena Yagi-Uda todos los
elementos irradian de manera comparable. Además de ese elemento, la antena tiene uno o
varios elementos aislados llamados, injustamente, elementos parásitos.
La corriente que circula en el elemento alimentado irradia un campo electromagnético, el
cual induce corrientes 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.
El elemento alimentado, la fase de la corriente que circula en el elemento parásito
dependerá de la distancia entre los dos elementos y de la longitud y diámetro de este
último.
La amplitud también dependerá de lo mismo pero mucho menos y será, de todas maneras,
de la misma magnitud que la corriente del elemento alimentado.
SISTEMA DE COORDENADAS DE LA ANTENA
1- SISTEMA DE COORDENADAS POLARES LINEALES: En el sistema de coordenadas
polares lineal, los círculos concéntricos están uniformemente espaciados y graduados.
La retícula resultante puede ser utilizada para preparar un diagrama lineal de la potencia
contenida en la señal.
Para facilitar la comparación, los círculos concéntricos equiespaciados pueden
reemplazarse por círculos ubicados adecuadamente, representando la respuesta en
decibeles, con 0 dB correspondiendo al círculo más externo.
En este tipo de gráficas los lóbulos menores se suprimen. Los lóbulos con picos menores
de 15 dB debajo del lóbulo principal desaparecen por su pequeño tamaño.
Esta retícula mejora la presentación de las características de antenas con alta directividad
y lóbulos menores pequeños.
En un sistema de coordenadas lineales, se puede trazar el voltaje de la señal en lugar de la
potencia,
En este caso también, se enfatiza la directividad y desenfatizan los lóbulos menores, pero
no en el mismo grado que en la retícula lineal de potencia.
En la figura de muestra el diagrama del sistema de coordenadas polares lineales.
2- SISTEMA DE COORDENADAS POLARES LOGARÍTMICAS: En el sistema de
coordenadas polares logarítmico, las líneas concéntricas de la retícula son espaciadas
periódicamente de acuerdo con el logaritmo de voltaje de la señal.
Se pueden usar diferentes valores para la constante logarítmica de periodicidad, y esta
elección va a tener un efecto en la apariencia de los diagramas trazados.
Generalmente se utiliza la referencia 0 Db para el extremo externo de la gráfica. Con este
tipo de retícula, los lóbulos que están 30 o 40 dB por debajo del lóbulo principal aún
pueden distinguirse.
El espacio entre los puntos a 0 dB y a -3 dB es mayor que el espacio entre -20 dB y -23
dB, el cual es mayor que el espacio entre -50 dB y -53 dB. Por lo tanto el espacio
corresponde a la significancia relativa de dichos cambios en el desempeño de la antena
Una escala logarítmica modificada enfatiza la forma del haz mayor mientras comprime los
lóbulos laterales de muy bajo nivel (<30 dB) hacia el centro del patrón.
Hay dos tipos de diagramas de radiación: los absolutos y los relativos.
- Los diagramas de radiación absolutos: Se presentan en unidades absolutas de potencia o
intensidad de campo.
- Los diagramas de radiación relativos se referencian a unidades relativas de potencia o
intensidad de campo.
La mayoría de las mediciones de los diagramas de radiación son relativas a la antena
isotrópica, y el método de transferencia de ganancia es utilizado para establecer la ganancia
absoluta de la antena.
En la figura de muestra el diagrama del sistema de coordenadas polares lineales
Logarítmicas.
DIAGRAMA DE RADIACIÓN DE LA ANTENA (YAGI – UDA)
Cuando el diagrama corresponde al esquema de intensidad de campo eléctrico (E) o
densidad de potencia (P) se denomina gráfica de radiación absoluta, en donde se considera
que la potencia es fija y la variable de cambio es la distancia; en caso contrario se denomina
radiación relativa en la cual la potencia será variable y la distancia será fija.
En algunas circunstancias es necesaria la representación gráfica de la fase del campo
eléctrico. Esta representación recibe el nombre de Diagrama de Fase o Patrón de Radiación.
Un patrón de radiación es un diagrama polar o gráfica que representa las intensidades de los
campos o las densidades de potencia en varias posiciones angulares en relación con una
antena. Si el patrón de radiación se traza en términos de la intensidad del campo eléctrico
(E) o de la densidad de potencia (P), se llama patrón de radiación absoluto.
Si se traza la intensidad del campo o la densidad de potencia en relación al valor en un
punto de referencia, se llama patrón de radiación relativo.
Algunas veces no nos interesa el diagrama de radiación en tres dimensiones, al no poder
hacerse mediciones exactas sobre él. Lo que se suele hacer es un corte en el diagrama de
radiación en tres dimensiones para pasarlo a dos dimensiones. Este tipo de diagrama es el
más habitual ya que es más fácil de medir y de interpretar.
En la figura se muestra el diagrama de radiación de una antena Yugi Uda, coordenadas
polares
RESISTENCIA DE RADIACIÓN DE LA ANTENA (YAGI – UDA)
Cuando se construye una antena y luego se ajusta hasta lograr un rendimiento óptimo, se
está buscando dos cosas muy importantes.
- Primero es hacerla resonar en su máxima amplitud, dentro de la frecuencia de trabajo
deseada.
- Segundo es que represente para el equipo una carga resistiva pura, por más que un puñado
de caños (o tubos) de aluminio no se parezcan en nada a una resistencia tradicional.
A este valor se lo conoce como resistencia de radiación de la antena y se encuentra en el
punto de alimentación de la antena.
Un término más general es el de “impedancia” de una antena que además de implicar la
componente resistiva pura, suma los valores reactivos que por mucho que lo intentemos,
nunca llegan a anularse.
Dicho de otro modo, podremos lograr una excelente antena, pero nunca será una carga
resistiva pura.
Siempre existirán reactancias inductivas y capacitivas residuales. Además, no estamos
trabajando con corriente continua, por esto, el término más apropiado y usado es
“impedancia de antena”.
GANANCIA DIRECTIVA Y GANANCIA DE POTENCIA DE LA ANTENA (YAGI – UDA)
- GANANCIA DIRECTIVA: Es la relación de la densidad de potencia radiada en una
dirección en particular con la densidad de potencia radiada al mismo punto por una antena
de referencia, suponiendo que ambas antenas irradian la misma cantidad de potencia.
El patrón de radiación para la densidad de potencia relativa de una antena es realmente un
patrón de ganancia directiva si la referencia de la densidad de potencia se toma de una
antena de referencia estándar, que por lo general es una antena isotrópica. La máxima
ganancia directiva se llama directividad. Matemáticamente, la ganancia directiva es:
D = ganancia directiva (sin unidades)
P = densidad de potencia en algún punto de una antena determinada (W/m2)
Pref = densidad de potencia en el mismo punto de una antena de referencia (W/m2)
- LA GANANCIA DE POTENCIAL: Es igual a la ganancia directiva excepto que se utiliza
el total de potencia que alimenta a la antena (o sea, que se toma en cuenta la eficiencia de la
antena).
Se supone que la antena indicada y la antena de referencia tienen la misma potencia de
entrada y que la antena de referencia no tiene perdidas (h = 100%). Matemáticamente, la
ganancia de potencia (Ap) es:
Ap = D h
Si una antena no tiene perdidas, irradia 100% de la potencia de entrada y la ganancia de
potencia es igual a la ganancia directa. La ganancia de potencia para una antena también se
da en decibeles en relación con alguna antena de referencia. Por lo tanto, la ganancia de
potencia es Polarización de la Antena
ÁREA DE CAPTURA Y POTENCIA CAPTURADA DE ANTENA (YAGI –
UDA)
El área de captura es una medida de la capacidad de la antena para recoger energía del
espacio libre.
Aunque esta área se mide en “longitudes de onda cuadradas”, no es posible medirla con un
metro pues no corresponde con nada físico y tangible.
Para una intensidad de campo determinada, el total de potencia capturada o recogida se
corresponde con dicha área.
El área de captura puede calcularse con la sencilla fórmula: A= G/ (4)
- A es el área de captura en longitudes de onda cuadradas
- G es la ganancia de antena sobre la antena isotrópica en veces, no en dB.
La antena isotrópica es aquella que irradia por igual en todas direcciones.
Para hacernos una idea del tamaño del área de captura, pongamos un ejemplo típico.
Un simple dipolo de media onda tiene un ganancia de 2.15 dBi, o sea, 10 ^ (2.15/10) =
1.64 veces.
Aplicando la fórmula
1.64/(4) = 0.13 longitudes de onda cuadradas.
Una antena Yagi de 10 m de boom se aproxima a los 17 dBi. 10 ^ (17/10) = 50.11 veces.
50.11/(4) = 4 longitudes de onda cuadradas.
Donde se puede apreciar como la antena de alta ganancia tiene un área de captura mucho
mayor, y por tanto es capaz de capturar mucha más energía de radiofrecuencia.
POLARIZACIÓN DE LA ANTENA ( YAGI – UDA)
1- Cuando la antena Yagi es paralela al plano de la tierra, la componente eléctrica de la
onda es paralela al plano de la tierra: se dice que tiene polarización horizontal.
2- Cuando la antena Yagi es perpendicular al plano de la tierra, la componente eléctrica de
la onda es perpendicular al plano de la tierra: se dice que tiene polarización vertical.
3- En HF, y en VHF en clase de emisión banda lateral única se prefiere la polarización
horizontal, y en VHF en clase de emisión frecuencia modulada, la polarización vertical.
ANCHO DE BANDA DE LA ANTENA (YUGI- UDA)
La antena tienen un ancho de banda relativamente estrecho, cuando se optimiza para su
ganancia su ancho de banda utilizable es solo cerca del 2% de la frecuencia de operación.
Al variar la longitud de los directores se optiene un ancho de banda más amplio,
haciéndolo más corta conforme se incrementa su distancia a partir del elemento excitado,
esto es necesario, Ejemplo la antena (Yugi Uda) se utiliza para recepción de televisión.
IMPEDANCIA DE ENTRADA DE LA ANTENA ( YUGI – UDA)
La impedancia de una antena Yagi depende de la configuración de los reflectores y
directores (dimensiones de cada elemento, espaciamiento entre elementos). Habitualmente
las antenas se diseñan para que la impedancia sea de 50 o 75 Ohms, o sea, la impedancia
requerida por los equipos conectados a la antena:
1- Antenas de recepción de televisión: 75 Ω
2- Antenas de emisión / recepción (por ejemplo, radioaficionados): 50 Ω
3- Antenas de Wifi: 50 Ω
-. Cálculo de Impedancia:
La Z en una Antena Yagi, puede calcularse siempre que se tome estas reglas.
- Amplitud
Donde es el campo producido por el elemento alimentado si estuviese solo. la importancia
de los dbi es mayor con respecto al tipo de uso y frecuencia que se maneje. La ganancia es
de 8,96 dBi.
UTILIDAD DE LA ANTENA (YAGI- UDA)
Europa y Norteamérica se incorporaron a la producción comercial de los sistemas de
difusión.
El uso de esta antena en Japón solo comenzó a utilizarse durante la Segunda Guerra
Mundial, como antena de radar.
Cuando fue descubierto que la invención de Yagi era utilizada como antena de radar por
los ejércitos aliados.
Su utilidad nos permite cubrir canales de TV con una mejor calidad de señal, tener acceso
a redes wifi.
CONCLUSIÓN