REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA

FACULTAD INGENIERÍA EN TELECOMUNICACIONES CÁTEDRA: LABORATORIO DE ANTENAS

NÚCLEO ZULIA

LABORATORIO DE ANTENASPRACTICA 3

Prof. HARRY MANGROOIntegrantes:

Gilberto FernandezErskin Chavez

Alberto SilvaSección: 07-ITE-N01

Maracaibo, Enero 2013

1. DEFINICIÓN DE ANTENA YAGUI UDA. BREVE RESEÑA HISTORICA.

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 (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.

Uso de una antena Yagi en orientación por radio.

La invención del Dr. Yagi (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

Era una antena direccional hecha de segmentos paralelos apoyados en un boom, y puestos horizontalmente sobre la tierra. Fue diseñada para su utilización en ondas cortas y ultra cortas como así también para HF y frecuencias superiores. Fue algunos años más tarde, en 1940, que el Dr Yagi y el Dr. Uda patentaron su invención en la oficina de patentes de Japón. La antena Yagi como será llamada desde entonces estaba delante de su tiempo y ningún japonés entendía su utilidad. En Europa y Norteamérica por el contrario esta antena revolucionaria fue comercializada inmediatamente como antena de recepción, principalmente para los receptores de la TV. Se dice que los nipones entendieron el verdadero valor de la antena inventada por el Dr. Yagi durante la II guerra mundial cuando descubrieron que la invención fue utilizada como antena de radar por las fuerzas aliadas. Los Ham experimentaron este nuevo diseño también, y pronto "la misma" fue producida en grandes cantidades, usando un boom hecho del hierro o de madera. Aunque era demasiado grande cuando se deseaba trabajar en algunas bandas de HF, muchos aficionados adoptaron la antena Yagi porque era no solamente fácil diseñar, sino que además ofrecía una mejor recepción y direccionalidad, comparada a los dipolos y a las antenas verticales.

El Dr Hidetsugu Yagi. Presenta su antena junto con el Dr. Shintaro Uda,

Yagi San inventó una de las la antenas más famosas del mundo ¡Una invención de un genio!

La antena yagi es un arreglo de antenas, el estos se han hecho para aumentar la directividad del sistema y almacenar toda la potencia radiada en un area mas pequena ,se describen a continuacion los elementos de la antena yagi:

.- Elementos de excitación son conetados y activados directamente en la linea de trasmision y reciben potencia de la fuente.

.- Elementos paracitos se conectan a la línea y reciben la energía de la inducción mutua. Se clasifican en reflectores y directores

.- Reflector es elemento paracito más largo que el elemento de excitación reduce la intensidad de la señal que está en su dirección y aumenta la dirección opuesta

.- director es el elemento paracito mas corto que su elemento de excitación y es al contrario de la reflector con respecto a la intensidad aumenta en su dirección y disminuye en el opuesto

Su ganancia está dada por

2. G= 10 LOG N

3. ANCHURA DEL HAZ, CARACTERISTICAS DE RADIACIÓN, RANGO DE

FRECUENCIA, SUS PARTES Y PATRON DE RADIACIÓN.

El ancho del haz (beamwidth) es el angulo subtendido por la radiacion emitida entre los puntos en que la potencia disminuye a la mitad, (3 dB) respecto a la radiacion maxima

Figura 5: Puntos de media potencia en un diagrama de radiación

Usando el diagrama de radiación en la figura 5 anterior, podemos determinar la cobertura espacial donde la antena ofrece buena cobertura. El ángulo entre los puntos de media potencia es conocido como ancho del haz o “beamwidth” en ingles y se define tanto para el plano horizontal como para el plano vertical. Solo en el caso de una antena con simetría circular perfecta ambos ángulos son iguales.

Existe una relación inversa entre la ganancia y la extensión de la cobertura: una antena de alta ganancia tendrá una anchura de haz muy pequeña

4. QUE CARACTERISTICAS SE PUEDE MEDIR O OBTENER (TEORICA Y

PRACTICA).

Las principales características de las antenas de Yagi-Uda son las siguientes:

Ganancia relativa al dipolo en λ/2 entre 5dBy 18dB. Esta ganancia, expresada en dB, es del orden de magnitud del número de elementos, hasta un máximo de 20.

Puede demostrarse que la fase de las corrientes en los elementos parásitos cumple la condición de Hansen-Woodyard, con lo que la directivita es óptima.

Impedancia de entrada de unos 300 ohmios, debido al utilización de un dipolo doblado como elemento activo, por lo que es necesario el uso de simetrizadores para poder conectar las a cables coaxiales de 50 y 75Ω. Presenta un ancho de banda relativamente grande.

5. DIFERENCIAS ENTRE PATRONES DE RADIACION DE LAS ANTENAS

DIPOLO Y LA YAGUI UDA (TEORICA DE LA GUIA DE ANTENA).

GANANCIA, IMPEDANCIA, POTENCIA Y DIRECTIVIDAD.

Ganancia:

La ganancia de una antena es la relación entre la potencia que entra en una

antena y la potencia que sale de esta. Esta ganancia es comúnmente referida en

dBi's, y se refiere a la comparación de cuanta energía sale de la antena en

cuestión, comparada con la que saldría de una antena isotrópica. Una antena

isotrópica es aquella que cuenta con un patrón de radiación esférico perfecto y

una ganancia lineal unitaria.

Directividad:

La directividad de la antena es una medida de la concentración de la potencia

radiada en una dirección particular. Se puede entender también como la habilidad

de la antena para direccionar la energía radiada en una dirección especifica. Es

usualmente una relación de intensidad de radiación en una dirección particular en

comparación a la intensidad promedio isotrópica.

Polarización:

Es la orientación de las ondas electromagnéticas al salir de la antena. Hay dos

tipos básicos de polarización que aplican a las antenas, como son: Lineal (incluye

vertical, horizontal y oblicua) y circular (que incluye circular derecha, circular

izquierda, elíptica derecha, y elíptica izquierda). No olvide que tomar en cuenta la

polaridad de la antena es muy importante si se quiere obtener el máximo

rendimiento de esta. La antena transmisora debe de tener la misma polaridad de

la antena receptora para máximo rendimiento.

6. TIPOS DE ANTENA YAGUI UDA. APLICACIONES TIPICAS

COMERCIAL.

Antenas Panel Plano (Flat Panel):

Las antenas de panel plano como su nombre lo dice son un panel con forma cuadrada o rectangular. y están configuradas en un formato tipo patch. Las antenas tipo Flat Panel son muy direccionales ya que la mayoría de su potencia radiada es una sola dirección ya sea en el plano horizontal o vertical. En el patrón de elevación (Fig. 4) y en el patrón de azimuth (Fig. 5) se puede ver la directividad de la antena Flat Panel. Las antenas Flat Panel pueden ser fabricadas en

diferentes valores de ganancia de acuerdo a su construcción. Esto puede proveer excelente directividad y considerable ganancia.

Patrón de Elevación Flat Panel

Figura 5. Patrón de Elevación Flat Panel de Alta Ganancia

Patrón de Azimuth Flat Panel

Figura 6. Patrón de Azimuth Flat Panel de Alta Ganancia

Antenas Parabólicas:

Las antenas parabólicas usan características físicas así como antenas de elementos múltiples para alcanzar muy alta ganancia y direccionalidad. Estas antenas usan un plato reflector con la forma de una parábola para enfocar las ondas de radio recibidas por la antena a un punto focal. La parábola también funciona para capturar la energía radiada por la antena y enfocarla en un haz estrecho al transmitir. Como puede verse en la Figura 5, la antena parabólica es muy direccional. Al concentrar toda la potencia que llega a la antena y enfocarla en una sola dirección, este tipo de antena es capaz de proveer muy alta ganancia.

Patrón de Elevación Parabólica

Figura 7, Patrón de Elevación de Plato Parabólico

Antena de Ranura:

Las antenas de ranura cuentan con características de radiación muy similares a

las de los dipolos, tales como los patrones de elevación y azimuth, pero su

construcción consiste solo de una ranura estrecha en un plano. Así como las

antenas microstrip mencionadas abajo, las antenas de ranura proveen poca

ganancia, y no cuentan con alta direccionabilidad, como evidencían su patrones

de radiación y su similiridad al de los dipolos. Su más atractiva característica es la

fáicilidad de construcción e integración en diseños existentes, así como su bajo

costo. Estos factores compensan por su desempeño poco eficiente.

Antenas Microstrip:

Estas antenas pueden ser hechas para emular cualqueira de los diferentes

tipos de antenas antes mencionados. Las antenas microstrip ofrecen varios

detalles que deben de ser considerados. Debido a que son manufacturadas con

pistas en circuito impreso, pueden ser muy pequeñas y livianas. Esto tiene como

costo no poder manejar mucha potencia como es el caso de otras antenas,

además están hechas para rangos de frecuencia muy especificos. En muchos

casos, esta limitación de frecuencia de operación puede ser benéfico para el

desempeño del radio. Debido a sus características las antenas microstrip no son

muy adecuadas para equipos de comunicación de banda amplia.

Cómo funciona una antena Yagi-Uda

En virtud del principio de reciprocidad, se puede demostrar que las propiedades (impedancia, ganancia, etc.) de una antena cualquiera son las mismas tanto en emisión como en recepción. Como es más fácil de comprender el funcionamiento de una antena Yagi-Uda en transmisión que en recepción, comenzaremos por una antena en transmisión.

Como ya se ha mencionado, 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.

Coloquemos el elemento parásito delante del elemento alimentado a una

distancia de (donde es la longitud de onda) y ajustemos su longitud para que la

corriente tenga un retardo de fase de . En ese caso, el cálculo muestra que la corriente en el elemento parásito es 1,19 veces la corriente en el elemento alimentado. El campo radiado hacia atrás será la suma del campo producido por el elemento alimentado más el campo producido por el elemento parásito. Pero éste último ha sido emitido con un

Retardo de 144° y como debe recorrer una distancia adicional de sufrirá un retardo adicional de 36°, lo que hace que, hacia atrás, los campos emitidos por los dos elementos estarán en oposición de fase. En cambio, hacia adelante, el campo emitido por el elemento parásito, ganará 36° (en lugar de perderlos) y su retardo de fase no será más que . La suma de los dos campos será máxima.

En el caso particular de este ejemplo, la amplitud E del campo eléctrico de la onda electromagnética radiada hacia adelante en una dirección es

donde es el campo producido por el elemento alimentado si estuviese solo. La ganancia es de 8,96 dBi.

Este tipo de elemento parásito, 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 llaman reflectores. Pero no hay que confundirlos con las superficies o rejas reflectoras utilizadas en otros tipos de antenas.

Generalmente se ponen 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.

Eléctricamente, el costo de esta directividad es una disminución de la parte resistiva de la impedancia de la antena. Con una misma corriente de alimentación, el campo radiado es más débil. Se compensa este inconveniente remplazando el dipolo alimentado por un dipolo doblado.

Para la antena en recepción, la fase y la amplitud de las corrientes inducidas en los elementos por el campo incidente y los demás elementos hace que la corriente inducida en el elemento alimentado (ahora conectado al receptor) sea máxima para los campos que vienen de delante y mínima para los campos que vienen de detrás.

7. PROCESO DE MEJORA DE LA DIRECTIVIDAD DE LA ANTENA YAGUI.

Alimentación de una antena Yagi

Para respetar la adecuación entre la impedancia de la antena y la impedancia de la línede transmisión se utilizan distintos tipo de alimentación.

Alimentación asimétrica por cable coaxial: adaptación gamma Alimentación simétrica por cable bifilar: adaptación delta

A veces es necesario interponer un simetrizador o balun para asegurar y para adaptar la impedancia de la antena yagi.

Evoluciones de la antena Yagi

Red de antenas Yagi Es un conjunto de antenas Yagi que han sido alineadas apuntando

perpendicularmente a un mismo plano. La razón para agregar varias antenas Yagi en paralelo, es que cada antena suplementaria aporta 3 dB a la señal, o sea, la multiplica por dos en potencia, con un límite teórico de 20dB. Es por eso que las redes de antenas Yagi se utilizan sobre todo en EME (contactos por reflexión lunar), donde las señales recorren 600 000 km entre emisor y receptor y llegan considerablemente atenuadas; cada decibelio de ganancia es sumamente precioso.

Existe una distancia mínima entre antenas para minimizar el efecto de cada antena sobre su vecina.

Las redes de antenas Yagi exigen una interconexión cuidadosa, sobre todo para respetar la impedancia de salida requerida por el transmisor.

Por razones de dimensiones de las antenas, las redes de antenas Yagi se utilizan mucho en VHF y UHF.

Antenas Yagi de elementos ahusados Por razones mecánicas convienen elementos gruesos, mientras que por

razones eléctricas convienen elementos lo más finos que sea posible.

Un compromiso entre ambos es hacer elementos ahusados, gruesos en el

centro y afinándose progresivamente hacia el extremo.

8. DIFERENCIAS CON LAS MEDICIONES OBTENIDAS EN EL

LABORATORIO EL COMPORTAMIENTO DE LA ANTENA DIPOLO Y LA

ANTENA YAGUI MEDIDA. (USAR ANALISIS DEL PUNTO 4 COMO

APOYO).

9. CUALES FUERON LAS CARACTERISTICAS BASICAS DE LA ANTENA

YAGUI UTILIZADA EN EL LABORATORIO PARA MEDIR.

Conclusiones

Gilberto Fernández

Después de haber buscado en internet los tipos de antenas que existe, realice una selección particular, de la antena Yagi, ya que este tipo de antenas tienen características de un buen nivel.

La teoría debe ser fundamental para la comprensión a fondo de la asignatura al momento de realizar la antena. El analizador de espectros puede resultar en una herramienta de trabajo muy poderosa cuando se está haciendo diseño e implementación de antenas, redes inalámbricas, y otro tipo de aplicaciones en las que se trabaje en frecuencias correspondientes a la banda de radiofrecuencia.

Determinar correctamente el ancho de banda de trabajo de una antena es muy necesario en el momento de utilizarla para cualquier tipo de aplicación, debido a que es necesario conocer las limitaciones del elemento usado.

Bibliografía

Guía ondas IEEE Institución de ingenieros eléctricos y electrónicos. IEEE 802.11 Estándar de ondas de wifi. http://www.slideshare.net/Arkso/antenas-yagi-uda http://www.slideshare.net/Estebanmyl/antena-yagi-7652387 Electrical Engineers' Handbook, Pender & McIlwain. Enciclopedia de la Electronica, Ingeniería y Tecnica, C. Belove. Propagación y Antenas Salmeron Sistemas de Comunicaciones Electrónicas Wayne Tomasi RCUA Antenas http://montevideolibre.org/

manuales:libros:wndw:capitulo_4:antenas_y_diagramas

ANEXO

Antena yagi Primera antena 1Longitud de la antena dipolo1: 5,05 mmEspesor 0,2 mm

antena yagi longitud 1,2 mmespesor 0,1 mm

medio giro

giro completo

antena yagiPrimera antena 2Longitud de la antena dipolo 2: 1,96 mm espesor 0,2 mm

antena yagi longitud 1,2 mmespesor 0,1 mm

medio giro

giro completo