DOCUMENTACIÓN PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA ANTENA YAGI

Dipolo doblado y elementos parásitos

Una antena muy popular es el dipolo doblado, que se utiliza en antenas de TV en

VHF y UHF (30 MHz hasta 3 GHz), ya sea solo o en combinación con elementos

parásitos formando la antena Yagi.

ELEMENTOS

La antena Yagi se construye con un elemento excitado, un reflector, varios

directores y un elemento que actúa como captador (Balun).

Los elementos parásitos son aquellos que no son activos, no se conectan a la línea de

transmisión y reciben la energía a través de la inducción mutua. Se clasifican en

reflectores y directores.

FUNCIONAMIENTO

La corriente que circula en el elemento excitado o 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.

Mediante este arreglo se consigue que la impedancia de 75 W del dipolo,

aumente hasta unos 300 W.

Para una ganancia de 10 dBi, se necesitan 6 directores, pero con más

directores se logran ganancias de hasta 16 dBi.

Este tipo de elemento parásito, situado delante el elemento excitado o 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.

ACOPLAMIENTO DE IMPEDANCIA

Uno de los aspectos más importante de cualquier sistema de antena es asegurar la

máxima transferencia de potencia del transmisor a la antena.

Una parte relevante de esto es, por supuesto la misma línea de transmisión. Cuando

la impedancia característica de la línea es igual a la impedancia de salida del

transmisor y la impedancia de la antena, la SWR será 1:1 y tendrá lugar la máxima

transferencia de potencia.

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:

Antenas de recepción de televisión: 75 Ω

Antenas de emisión / recepción (por ejemplo, radioaficionados): 50 Ω

Antenas de Wifi: 50 Ω

Para respetar la adecuación entre la impedancia de la antena y la impedancia de la

línea de 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.

La Yagi es una antena directiva, con un solo lóbulo principal y varios menores.

Además de su ganancia y ancho de haz, la Yagi se caracteriza por su relación

frente-atrás, que típicamente alcanza los 15 dB.

En la antena Yagi, el elemento excitado es un dipolo que tiene una longitud de λ/⁄2.

El reflector tiene una longitud un poco mayor (en un 5%), y los directores son

ligeramente más cortos (en un 5%). La separación entre los elementos es de 0.15 λ a

0.25 λ, aunque depende del fabricante. De hecho, cada fabricante tiene sus propios

tipos en los que los directores y reflectores tienen una longitud y una separación

determinada para conseguir la máxima ganancia y directividad.

La antena Yagi tiene un ancho de banda relativamente estrecho. Cuando se optimiza

para ganancia, su ancho de banda utilizable es sólo cerca de 2% de la frecuencia de

operación. Al variar la longitud de los directores se obtiene un ancho de banda más

amplio, haciéndolos más cortos conforme se incrementa su distancia a partir del

elemento excitado. Esto es necesario, por ejemplo, cuando la antena Yagi se utiliza

para recepción de televisión

La antena Yagi puede concebirse como una evolución del dipolo, donde los

reflectores reducen la emisión hacia atrás, y donde los directores concentran la

emisión hacia adelante.

Dependiendo entre otras cosas de la cantidad de elementos directores, y de la

longitud de la antena (boom, en inglés), es posible llegar a ganancias máximas de

por ejemplo 15 dB, lo que equivale a multiplicar la señal por 32.

Como la antena Yagi no crea energía, cuanta más ganancia en una dirección, más

estrecho será el haz.

Como los centros de los elementos parásitos son eléctricamente neutros, estos

pueden conectarse de manera directa al brazo. Para mejor protección a descargas

eléctricas, el brazo también puede conectarse al mástil de metal y a la tierra

eléctrica. Cuando la antena tiene esta configuración a esta se le llama antena de Haz

(Beam Antena) porque es bastante direccional y tiene una ganancia muy alta.

La mayor parte de los Yagi tienen un elemento excitado, un reflector y de 1 a 20

directores. A mayor numero de directores, mayor es la ganancia y más angosto el

ángulo de haz.

La relación de eficiencia direccional frente-atrás (F/B) se calcula:

F/B = 10 lg

PfPb db

Pf = potencia hacia enfrente

Pb = potencia hacia atrás

Cuanto mayor sea ese coeficiente, más inmune es la antena a señales provenientes

de otras direcciones.

POLARIZACIÓN DE COMPONENTES ELÉCTRICOS Y MAGNÉTICOS

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.

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.

GANANCIA

Su ganancia esta dada por: G = 10 log(n) donde “n” es el número de elementos por

considerar. Las distancias de separación entre los elementos son las que

proporcionan la óptima ganancia, ya que de otra manera los campos de los

elementos interferirían destructivamente entre sí, bajando la ganancia.

GANANCIA DE LA ANTENA

La ganancia de antena del tipo dipolo es expresada como la relación de la potencia

de salida efectiva radiada, Psal, con la potencia de entrada, Pent. La potencia

efectiva radiada es la potencia actual que tendría que radiar una antena de referencia

(en general una antena no direccional o dipolo), para producir la misma intensidad

de señal en el receptor que produce la antena actual.

La ganancia de antena por lo general se expresa en decibeles.

db = 10 lg PsalPent

La potencia radiada por una antena con directividad y, por lo tanto, ganancia se

llama Potencia Efectiva Radiada (ERP, effective radiated power). La ERP se

calcula al multiplicar la potencia del transmisor alimentada a la antena (P t) por la

ganancia en potencia (Ap) de la antena:

ERP = Ap Pt

Para calcular la ERP, debe convertirse de decibeles a relación de potencia o

ganancia.

La potencia de una antena por lo regular se expresa en referencia de un dipolo o de

un radiador isotropico.

Un radiador isotropico es una fuente puntual teórica de energía electromagnética.

No hay antena que radie isotopicamente; en vez de esto, la radiación se concentra en

un patrón específico

Esta concentración de energía electromagnética aumenta la potencia de radiación

sobre un área de su antena sobre un radiador isotropico.

La mayor partes de las formulas para ganancia de antena están expresadas en

términos de ganancia de antena están expresadas en términos de ganancia en

decibeles sobre un dipolo. Para calcular la ganancia de una antena con respecto a un

radiador isotrópico agregue 2.15 db a la ganancia sobre un dipolo. En general, a

mayor concentración de energía en una antena, mayor será la ganancia.

CALCULO DE PARÁMETROS PRINCIPALES

La frecuencia es de 5 Ghz, la cual es utilizada para Comunicaciones inalámbricas.

La longitud de onda (λ) correspondiente se determina por:

λ=CF

=3 x 108 Mts/ Seg5 x 1091 /Seg

=0 .06 Mts=6 Cm

Por lo tanto la longitud del dipolo (Lo) es de:

Lo= λ2=6Cm

2=3C m

Distancias por defecto entre el Dipolo, Directores y Reflector, sin variar el rango de

0.15λ (con cada director) y 0.25λ (con el reflector), el cual es considerado el rango

ideal para la fabricación de Antenas Yagi.

Λ = 6 Cm

Lo = 3 Cm

Simulación con Mnana Gal (Pendiente) Falta Resistencia de Radiación