Antena Yagi de 4 Elementos o Mas

7/22/2019 Antena Yagi de 4 Elementos o Mas

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ANTENA YAGI DE 4 ELEMENTOS O MAS

Antena Yagi

Es unaantena direccional inventada por el Dr. Hidetsugu Yagi de la Universidad

Imperial de Tohoku y su ayudante, el Dr. Shintaro Uda. Esta invencin de avanzada alas antenas convencionales, produjo que mediante una estructura simple dedipolo,

combinado con elementos parsitos, conocidos como reflector y director (es), se

obtuviera una antena sencilla y de muy alto rendimiento.

Generalidades

El desarrollo de las antenas directoras se realiza en general basndose en los datos

experimentales. El diagrama direccional requerido puede obtenerse con un nmero

diferente de dipolos, diferentes distancias entre ellos, diferentes ajustes de los mismos.

Sin embargo, es necesario tender a obtener el diagrama deseado a condicin que las

dimensiones de la antena sean mnimas.

Las longitudes de los elementos y su separacin no son muy crticas, permitindose

variaciones de longitud y de 1 a 5 % de separacin. La longitud del reflector es

aproximadamente 5 % mayor que el dipolo y este 5 % mayor que el director. En

ocasiones se tiende aumentar el tamao del reflector y se reduce el tamao de los

directores, aumenta as el ancho de banda de la antena. Si el reflector es menor que el

dipolo y este menor que los directores el efecto ser totalmente daino y anula el

comportamiento de la misma.

El dipolo no se cuenta como elemento, este es factor imprescindible y se da porentendido su existencia en el diagrama, una antena de un elemento se conforma de

dipolo y reflector, la antena de dos elementos de reflector, dipolo y director.

Funcin de los elementos

Las antenas yagi presentan dos tipos de elementos:

1. Elementos de excitacin. (Dipolo) Pueden ser activos o excitados, estos se

conectan directamente a la lnea de transmisin y reciben potencia de la fuente.

2. Elementos parsitos. No se conectan a la lnea de transmisin y reciben laenerga a travs de la induccin mutua. Estos elementos se clasifican en

Reflectores y Directores.
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Reflector.Elemento parsito ms largo que el elemento de excitacin. Reduce la

intensidad de la seal que est en su direccin e incrementa la que est en direccin

del dipolo.

Director(es).Elemento(s) parsito(s) ms corto(s) que su elemento de excitacin.

Incrementa(n) la intensidad del campo en su direccin y la reduce(n) a la direccin delreflector.

Ganancia

En las antenas de 2 a 4 elementos, la separacin aproximada es de 0.15 a 0.2 , en

algunos casos se logra una ganancia mayor si el segundo director esta 0.25 del

primero, y aun mayor, separando el tercero y cuarto elementos hasta un mximo de 0.4

.

Otro factor importante es la ganancia ya que esta aumenta rpidamente con pocos

elementos y lentamente para un nmero mayor. Con un diagrama de 2 elementos (1

director, dipolo y un reflector) la ganancia es de 5 a 7 dB, con 5 es aproximadamente

de 10 dB y de 8 elementos de unos 12 dB, por esta razn no se disean antenas Yagi

de mas de 12 a 15 elementos. Ya que el aumento de la reactancia de los directores al ir

creciendo su nmero lleva a la disminucin de las amplitudes de corrientes entre ellos.

Al mismo tiempo disminuye de forma brusca la amplitud de la corriente de los

directores situados a gran distancia del dipolo activo.

Formulas y diseo

Por lo general, las antenas se disean para una sola frecuencia, tomando por lo

general la frecuencia central de labanda de frecuencia deseada.

El ejemplo muestra los clculos para una antena deFM (88 108MHz) de 2

elementos, para la frecuencia media 98 MHz.

Para obtener el largo del reflector se utiliza la frmula 150 dividido entre la frecuencia

(150 / 98 = 153 cm)

El dipolo 143/frecuencia (143 / 98 = 145 cm)El director 138/frecuencia (138 / 98 = 140 cm)

Distancia entre reflector y dipolo 45 / frecuencia (45 / 98 = 48.9 cm)

Distancia entre dipolo y director 45 / frecuencia (45 / 98 = 48.9 cm)
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Medidas para el diseo de antenas de 4 elementos

Reflector (150/Frecuencia)

Dipolo (143/Frecuencia)

Director1 (138/Frecuencia)



Separacin entre Reflector y Dipolo (48/Frecuencia)

Separacin entre Dipolo y Director1 (45/Frecuencia)

Separacin entre Director1 y Director2 (45/Frecuencia)


Medidas para el diseo de antenas de 5 elementos

Reflector (150/Frecuencia)

Dipolo (143/Frecuencia)





Separacin entre Reflector y Dipolo (48/Frecuencia)




Separacin entre Director3 y



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ANTENA DE 16 ELEMENTOS 144 MHZ

La antena Yagi, o ms tcnicamente antena de elementos parsitos, es el montaje que

permite una mayor ganancia de antena en funcin del volumen ocupado. El

descubrimiento de Yagi ha hecho que ese tipo de antena sea la ms utilizada, con

amplia diferencia, de cuantas se emplean para conseguir ganancia y directividad.

Limitaciones de una Yagi

La antena Yagi de muchos elementos tiene dos limitaciones fundamentales: por un

lado la limitacin mecnica de la viga central que soporta a todos los elementos, y por

otro las limitaciones de diseo.

A medida que aadimos elementos parsitos nos encontramos con que la viga de

soporte debe ser cada vez ms larga. Cuanto ms larga es una viga, mayor tiene queser su seccin para soportar los mayores esfuerzos que debe aguantar. En teora no

hay problema con los materiales actuales para construir vigas de longitudes enormes,

todos hemos visto las maravillas de ingeniera que suponen las grandes obras pblicas,

pero esas tcnicas no pueden aplicarse a la construccin de antenas. La mxima

seccin que puede tener la viga de una antena Yagi viene limitada por la longitud de

onda a que funcione la antena. La parte de elemento parsito en contacto con la viga

debe ser menor de un 2 de la longitud de onda (), ya que si es mayor se compromete

el funcionamiento del sistema. En 144 MHz esto supone que la viga debe ser de menos

de 4 cm y en frecuencias superiores mucho menor. Se puede recurrir a varios trucos

mecnicos para reducir los esfuerzos sobre la viga, tales como los abarcones o los

tensores, pero esos artilugios slo actan en un plano, el vertical. La propia disposicin

de los elementos parsitos impide la colocacin de tensores o abarcones que limiten

los esfuerzos en sentido horizontal. En presencia de fuertes vientos una Yagi muy larga

se curvara demasiado, pudiendo llegar a romperse. Con estas limitaciones, y sin

emplear materiales como el titanio o similares, el limite de longitud de una Yagi en 144

MHz debe estar sobre los 12 m, utilizando los mejores aluminios y unabuena mecnica.

El problema de clculo de los elementos de una antena se complica a medida que

aadimos ms y ms elementos. Cuando tenemos ms de 10, las relaciones entre

ellos y de todos con el elemento excitado se vuelven muy complejas. Adems, cuando

ya se tienen muchos elementos en una antena es necesario aadir bastantes ms para

que la ganancia aumente apreciablemente.

En la figura 1 tenemos una grfica de la ganancia terica de una Yagi en funcin de la

longitud de la viga expresada en longitudes de onda. Se hace as porque en las

antenas Yagi largas el nmero de elementos es de unos 5 por longitud de onda de


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largo. El hecho de que una antena de 3 de largo tenga 14, 15 o 16 elementos slo

modifica el resultado final en una pequea fraccin de decibelio, siempre que el clculo

realizado para construirla sea adecuado. Cuando la antena es muy larga, los elementos

ms alejados podemos decir que estn muy dbilmente acoplados al elemento

excitado, y parece que su eficacia disminuya.

La conclusin es bastante lgica: una vez se tiene una Yagi con suficiente ganancia y

cuyas dimensiones resulten manejables es intil seguir aadiendo elementos, vale ms

tomar varias iguales y apilarlas


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ANTENA ESQUELETO

Por increble que parezca, trata sobre la utilizacin del esqueleto humano para latransmisin de datos. En efecto, el trabajo Lin Zhong y Michael Liebschner en la

Universidad de Rice (Houston, Texas), trata sobre la forma de aprovechar los metros ymetros de huesos que nos sostienen como una antena para transmitir datos de manerasegura y confiable, desde y hacia gadgets o implantes mdicos. La investigacin deestos cientficos, financiada por Microsoft y Texas Instruments, poda ayudar tambin apersonas con discapacidades a utilizar nuevas maneras de controlar dispositivos talescomo computadoras y PDAs.

Las seales de radio (wireless) se utilizan actualmente para controlar todo tipo deadminculos e implantes, pero pueden sufrir interferencia provenientes de sistemas Wi-Fi u otras fuentes. Esto hace que no sean 100% fiables y incluso, en el caso de losimplantes mdicos, potencialmente peligrosas. Adems, pueden ser interceptadas porcualquier persona que utilice una antena adecuada.

El equipo de Rice decidi estudiar cmo aprovechar los huesos para la transmisin defrecuencias de radio. Como cualquier cuerpo solido, un hueso es un muy buenconductor de las ondas sonoras, y de hecho, se utiliza esa propiedad para comprobarla forma en que esta curando una fractura, o para llevar el sonido desde el exterior delcrneo al nervio auditivo.

El experimento consisti en colocar transductores en diferentes puntos del esqueletode un voluntario para comprobar si el hueso podra transmitir datos numricos demanera fiable, a travs de largas distancias, como la existente entre la mueca y elcrneo. Cuando midieron las seales acsticas recibidas en otra parte en el cuerpo,encontraron que una seal modulada, de forma que un 0 corresponda a unafrecuencia y un 1 a otra distinta (modulacin FSK) se transmita con una tasa deerrores sorprendentemente baja.

Es sorprendente, dice Zhong, sobre todo si consideramos que entre la mueca y elcrneo hay varios huesos y empalmes. Se eligieron estos lugares por ser los sitios delcuerpo en donde los gadgets se utilizan normalmente: la mueca para los relojes, laparte baja y posterior de la cadera donde descansan los telfonos mviles, y detrs delodo para los receptores de cabeza. Zhong expuso sus resultados en una conferenciasobre redes sobre el cuerpo humano en Florencia, Italia.

Algunas de las aplicaciones prcticas de esta propiedad de los huesos, tal comoexplica los investigadores podran incluir la activacin de determinadas funciones de untelfono mvil simplemente chasqueando los dedos o castaeando los dientes.Tambin sera posible que un implante medico cercano a un hueso suelte una dosis demedicamente cuando el paciente aplica un vibrador sobre la mueca.

Resulta evidente que esta tecnologa podra cambiar la forma de disfrutar de nuestrosgadgets. En NeoTeo ya imaginamos reproductores de MP3 que envan la msica a los


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odos sin necesidad de cables o auriculares o teclados virtuales para el ordenador, enlos que escribira haciendo tap tap sobre la mesa. Qu se te ocurre a ti?

Los investigadores sugieren usos tales como un vibrador en un receptor/un transmisorde la mueca que podran decir un implante colocado cerca de un hueso para lanzar

una dosis de la droga, con el implante entonces enviando detrs datos de sussensores. Semejantemente, el diente clacks o los tecleos del dedo se podraninterpretar por un receptor para activar, por ejemplo, funciones en un telfono.

Los datos pasan a travs de las articulaciones.

Transmiten ondas como cualquier slido .
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ANTENA CON DIEDRO REFLECTOR

De izquierda a derecha:

-- Dipolo con un diedro reflector. El ngulo del diedro es de 90.

-- En punteado las imgenes de las superficies reflectoras. Dos imgenes de antenas

estn en oposicin de fase y la de la izquierda est en fase ya que es el resultado de

dos reflejos.

-- Diagrama de radiacin en el plano perpendicular al dipolo.

-- Diagrama de radiacin en el plano que contiene el dipolo y el vrtice del diedro.

Si, en lugar de colocar una superficie plana como reflector, se utiliza un diedro formado

por superficies o rejillas metlicas las ondas emitidas por el dipolo se reflejan una o dos

veces en las superficies y el resultado es equivalente a aadir antenas imgenes

suplementarias. En el ejemplo de la derecha, el ngulo escogido para el diedro es de

90. Eso hace aparecer dos imgenes de un solo reflejo y otra de dos reflejos. Si elngulo hubiese sido 60 habran aparecido 5 imgenes: 3 negativas y dos positivas.

En este ejemplo, hemos puesto la separacin entre el dipolo y el vrtice del diedro

. La distancia entre la antena 1 (el dipolo) y la antena 3 es de . La distancia entre

el dipolo y las antenas 2 y 4 es de .

Como en el caso precedente solo necesitamos la primera ecuacin del sistema de la

describe ya que conocemos las corrientes:

Sabemos que:

Luego:
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La impedancia es

En las mismas curvas que en el caso precedente encontramos:

ohmios

ohmios

ohmios

Eso nos da una impedancia de la antena:

ohmios

El campo elctrico lejano es:

En estas ecuaciones, es el campo

producido por un dipolo solo. En la mejor

direccin, para , ese campo vale:

Lo que nos permite de calcular la

ganancia:

dBi


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Antena de Cuadro Suiza (Swiss Quad)

Se puede ver la distancia H que es la separacion entre las dos cruces que formanluego el cuadro.

A continuacion en la figura 2 vemos en detalle una de estas cruces hechas con cao de

5/8 liviano y en la parte telescopica un trozo de caito de cortina o similar. Hay quetener en cuenta que la parte telescopica en la cruz de abajo tiene que realizarsedespues del gamma, esto es a partir de la mitad del calculo de A y de B, esto se puedever en detalle en la figura 4.Luego estas dos cruces se sueldan al mastil y se conectan en los extremos por uncable de cobre multifilar desnudo de 1.5mm de seccion, prestar atencion en este puntoporque el cable debe medir igual que H, sino los extremos de las cruces se doblaran,perdiendo obviamente la longitud calculada para el elemento.


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Los calculos que se necesitan para obtener las medidas A, B, C, E, H y el largo totalde gamma son los siguientes:

En la figura 4 se detalla el puente gamma que debe ser colocado con unos aisladorespreferentemente fenolicos, luego el conector de la antena (SO-239 Hembra) se monta


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sobre una chapa remachada al mastil y se suelda un conductor al centro del adaptadorgamma.

Clculos de algunas antenas:

Frecuencia Irradiante Reflector A B C H E Largo total delGamma

27.555 11.889 12.498 0.942 1.018 0.769 3.048 1.088 2.518

28.020 11.691 12.291 0.926 1.001 0.756 2.997 1.070 2.475

28.330 11.564 12.156 0.916 0.990 0.748 2.965 1.059 2.449

28.500 11.494 12.084 0.910 0.984 0.744 2.947 1.052 2.435

*La frecuencia esta en MHz y todas las demas medidas son en metros.

Antena Yagi de 4 Elementos o Mas

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