LABORATORIO DE ANTENAS

LABORATORIO N05 ANETNAS YAGII. OBEJTIVOSEn la realizacin del estudio experimental, el estudiante podr describir:1. Las caractersticas de una antena excitada.2. La diferencia en ganancia entre una antena Yagi y un dipolo bsico .3. La caracterstica de anchura de haz de una antena Yagi.II. INTRODUCCION TEORICAEn la evaluacin del dipolo horizontal, se encontr que el patrn de radiacin producido, tena la forma de un 8. Una cantidad igual de potencia se irradia en dos direcciones y los dipolos mostraban una ganancia del orden de 1.3-1.5.Suponga que exista la necesidad de radiar en una direccin tanta energa como sea posible y una energa pequea como sea posible o ninguna, en la direccin inversa. La energa que irradia en una direccin forma un patrn , llamado lbulo y este lbulo puede ser concentrado excitando los elementos de la antena. Dos tipos de elementos se manejan.EL que est puesto detrs de la antena se llama reflector y el que est puesto delante se llama director. Si una barra reflectora, por ejemplo, se pone /4 ( a la frecuencia de operacin ) detrs de la antena excitada, esta vara reflectora recibir energa por induccin magntica del elemento excitado( la antena). Un elemento puesto en esta posicin y excitado por la antena, se llama un elemento parsito. El flujo actual en un elemento parsito produce un campo electromagntico y este campo est en fase apropiada para agregar a la energa radiada del elemento excitado.El patrn de radiacin del sistema es por consiguiente, la suma de los modelos de la radiacin de todos los elementos excitado y parsito. Dos factores determinan la relacin de la fase de los elementos, a saber, la distancia entre los elementos excitados y la longitud de cada elemento parsito. La figura muestra el patrn de radiacin direccional del lbulo.

Un arreglo parasitario simple consiste en un dipolo /2 con una vara reflector. La vara del reflector, si tiene la misma longitud del dipolo, puede ponerse /4 detrs del dipolo. El reflector, sin embargo, puede ponerse a una distancia ms cercana a la antena, como 0.2 si se hace la longitud de la vara 5% ms largo que el dipolo. Movimiento el reflector ms cerca al elemento excitado, la ganancia de la antena aumenta.Si se desea aumentar la ganancia direccional, se pone elementos parsitos delante del elemento excitado. Estos elementos se hacen 5% ms cortos que el elemento excitado, su separacin tambin se reduce a 0.2 longitudes de la onda. Figura 2 muestra un boceto de un dipolo tpico con un reflector y un director.

Mayor nmero de directores, mayor es la ganancia direccional de la antena. Una antena de este tipo generalmente es llamada una YAGI-UDA o simplemente YAGI. Las antenas YAGI tpicas pueden tener un elemento excitado, un reflector y cinco o ms directores. Se muestra la ganancia de tales antenas en la siguiente tabla:ANTENA YAGI VS GANANCIAN ElementosGanancia en DBN ElementosGanancia en DB

12.01110.4

24.51210.7

36.01311.0

47.51411.4

58.01511.7

68.51612.0

78.81712.5

89.21812.9

99.51913.0

1010.02013.5

TABLA N1

CALCULOS DE LONGITUD DEL ELEMENTOLos clculos siguientes pueden usarse para determinar la longitud de los elementos en una antena tipo Yagi UDA.1. Para hacer una antena de banda ancha, se usa un dipolo plegado como elemento excitado.2. Corte la longitud de cada elemento segn los clculos siguientes:(3-1)

a. Seccin excitada = 0.95 /2b. Reflector = 1.05 /2c. Longitud del primer director = (0.95)2 /2 Segundo director = (0.95)3 /2 Director de nth = (0.95)n+1 /2Una antena Yagi UDA tiene Directividad bastante buena (ganancia), aunque tiene una anchura de banda estrecha.

Las siguientes son algunas ventajas de una Yagi:1. Estructura simple2. Bajo costo3. Buena ganancia4. Unidireccional5. Baja impedancia de entrada6. Anchura de banda estrecha (aproximadamente 2%)Tambin se relaciona la longitud de un elemento al dimetro del elemento. El dimetro ms pequeo el mayor espacio de separacin entre los elementos. Para un radio de /25, un espacio de 0.415 es permitido para conductores de dimetro muy pequeos, y el espacio se acerca un valor de /2 (0.464) para las varas de dimetro ms pequeo.

IMPEDANCIA DE ALIMENTACIONLa impedancia de alimentacin del elemento excitado tambin vara con el nmero de directores y la presencia del reflector. Un solo dipolo tiene una resistencia de alimentacin de 73 a 75 mientras un arreglo de tres elementos tiene una resistencia en el rango de 30. Cuando se agregan elementos adicionales la resistencia la resistencia de alimentacin se vuelve un poco menos. Debe notarse que la impedancia del elemento excitado de una Yagi se aproxima a la resistencia de un vertical plano de tierra (50 o menos).ANCHURA DE EMISIONEl ancho del haz de una antena Yagi es ms estrecho de un dipolo solo. La figura muestra el ngulo de la anchura del haz ambos planos horizontal y vertical. Top view (hor.)

Side view (vert.) Si la anchura del haz de una Yagi tena 50, dos antenas apiladas reduciran la anchura del haz a (25). Cuando la anchura del haz es reducida a 50%, la ganancia se dobla o es aumentada en 3dB.La figura A muestra el efecto en anchura del haz cuando tres Yagis se apilan una sobre la otra. La anchura resultante del haz vertical es igual al smbolo (u). Si dos Yagis se ponen lado, la anchura del haz horizontal es aproximadamente dividida por la mitad. Ver figura BANCHURA DEL HAZ EMITIDA POR YAGIS APILADASABGANACIA DE UNA YAGILa ganancia de una direccional es una medida de su potencia direccional aumentada, comparada a la potencia del elemento excitado. Ganancia que es expresa en decibelios (dB), puede expresarse como la mediada de la intensidad de campo a una distancia adelante del dipolo como comparacin a la misma distancia atrs del dipolo. La ganancia de una antena direccional solo es una medida de sus caractersticas direccionales con respecto al elemento excitado. Se expresa la ganancia en decibelios y es una medida de la intensidad de campo a una distancia dad de una antena del haz que se compara a un dipolo sin directores y reflectores. La ganancia puede expresarse como es mostrado por la siguiente ecuacin:

Dnde: Vb es la intensidad de campo a una distancia dad de un haz de antena. Vd es la intensidad de campo en la misma distancia dada de una antena dipolo.

Note que la distancia permanece constante mientras la proporcin del voltaje del campo es comparada. Una medida similar podra hacerse con la intensidad del campo es sostenida constante mientras se compara la distancia de la antena Yagi a la distancia de un dipolo.

III. CUESTIONARIO1. La longitud de un dipolo en el espacio es aproximadamente la mitad de su valor considerado.2. El espacio entre el reflector y el director es aproximadamente 0.4 longitudes de onda (lambda).3. Un elemento excitado con un director y un reflector es conocido como una Antena Yagi-Uda.4. Poniendo un reflector y un director al otro lado de un dipolo plegado reduce la resistencia de alimentacin de la antena.5. La ganancia de una antena Yagi es mayor que un dipolo desde que la energa es reflejada y direccionada.6. A mayor nmero de directores, es ms estrecho el ancho de haz.7. El ancho de haz de la antena Yagi es medida entre los extremos del ltimo director.8. En los puntos de 3dB, la potencia del haz es el doble.9. Una antena torniquete esta horizontalmente polarizada.10. Una antena torniquete tiene su mayor ganancia en todas las direcciones.11. Una antena torniquete es tambin verticalmente polarizada.12. Una antena Yagi de polarizacin circular permite la recepcin de seales de satlites en rbita.13. Un dipolo, es comparada a una antena isotrpica, tiene una ganancia de aproximadamente de 1.6 Cul es aproximadamente la ganancia para un arreglo parsito de 3 elementos?De la tabla 1 tenemos que:

Para tres elementos la ganancia de la Antena Yagi es: 6.0 dB.

La ganancia aproximadamente del dipolo es: 1.6 dB

Comparando ambas ganancias tenemos que la: G = 6.0 dB 1.6 dB = 4.4 dB.

14. La ganancia de una Yagi puede ser medida por comparacin de la distancia FBR cuando el campo de corriente es constante en su intensidad.15. Las antenas Yagi son usualmente hechas de un dipolo plegado ms sus elementos parsitos.