Antena Yagi de 6 elementos

Antena Yagi de 6 elementos

Michael David Ramírez García

Facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación

Escuela Superior Politécnica del Litoral

 Guayaquil, Ecuador

mdramire@espol.edu.ec

michaelra308@gmail.com

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Resumen

Las antenas Yagi-Uda han tomado un papel importante dentro de las comunicaciones inalámbricas desde que fueron diseñadas por primera vez. También han sido muy estudiadas, por lo que se han determinado diferentes diseños de acuerdo a la banda en que opera.  En este documento se pretende explicar las características de un diseño específico de antena Yagi de 6 elementos cuya frecuencia de operación es de 820 MHz. Se mostrarán los datos requeridos en el diseño y se  realiza una comparación de la ganancia con la ayuda del software ANSYS Electronics Desktop. También se analizan las pérdidas de retorno, la razón de onda estacionaria y el patrón de radiación para determinar si esté diseño corresponde a una antena optimizada. Dado que no se cuenta con datos teóricos sobre los parámetros mencionados anteriormente, no será posible realizar una comparación con las gráficas obtenidas durante la simulación, sin embargo se cuenta con un valor de ganancia teórica con el que se puede trabajar.

Palabras Claves: antena Yagi, ganancia, frecuencia, ancho de banda, razón de onda estacionaria.

Abstract

Yagi-Uda antennas have taken an important role on wireless communications since they were first designed. They have also been extensively studied, so that many designs for different operation bands have been created. The purpose of this paper is to explain the features of a certain design for a 6 element Yagi antenna that operates at a frequency of 820 MHz. Data required for the design will be shown and a comparison of the gain is established by using the ANSYS Electronics Desktop software. The return loss, stationary wave ratio and radiation pattern have also been analyzed so that I could determine whether this design belongs to an optimized antenna. Since there were no data about the parameters mentioned before, it was not possible to establish a comparison with the data from the charts obtained through the simulation, however there was a theoretical gain value to work on.

1. Introducción

Las antenas Yagi reciben su nombre del doctor Hidetsugu Yagi, de la Universidad de Tokio, quien en 1926 la creó y patentó. Este tipo de antena está compuesta por filamentos de alambre (dipolos), de entre los cuales, uno es denominado “elemento activo” y los demás, “elementos parásitos” los cuales se clasifican en “reflectores” y “directores”. El elemento activo es aquel que está directamente conectado a la red de alimentación, los elementos parásitos reciben energía a través del elemento activo. Se le conoce como “director” al elemento parásito que otorga ganancia desde él hacia el elemento activo y que a su vez es más pequeño que este último. El “reflector” por otra parte, otorga ganancia de potencia desde el elemento activo hacia él; el reflector es más largo que el elemento activo. La configuración más pequeña consta de tan solo dos elementos, un  elemento activo y un reflector, pero conformen se le agregan más elementos la ganancia de la antena aumenta.

Las antenas Yagi se utilizan más frecuentemente en aplicaciones de radiodifusión para televisión, estaciones de radioaficionados y radioenlaces punto a punto en las bandas HF, VHF y UHF.

Entre las ventajas que presentan este tipo de antenas están:

•        Altas ganancias

•        Alta directividad

•        Facilidad de manejo y mantenimiento

•        Menor cantidad de energía desperdiciada.

•        Cobertura de un mayor rango de frecuencias.

Las mayores desventajas en el trabajo con antenas Yagi son su propensión al ruido y a los efectos atmosféricos tales como la velocidad del viento y las bajas temperaturas.

Se dice que una antena Yagi está optimizada cuando tiene un ancho de banda de operación pequeño, un VSWR menor a 2 y un valor de ganancia en decibelios positivo.

2.  Objetivo(s)  

El objetivo principal es la explicación de las características correspondientes a un diseño de antena Yagi de 6 elementos.

Además como objetivo secundario, se propone determinar si el diseño analizado corresponde a una antena optimizada mediante la interpretación de las gráficas obtenidas como resultado de la simulación, las cuáles otorgarán información sobre los siguientes parámetros: pérdidas de retorno, impedancia, VSWR y patrón de radiación.

3. Cálculos teóricos del diseño de antena

Las dimensiones de los elementos que conforman la antena ya fueron otorgados junto con el diseño. Se realizó una búsqueda de las posibles expresiones matemáticas que fueron utilizadas para determinar dichas dimensiones pero sin éxito alguno.

Se procede a listar los datos teóricos utilizados para el diseño tomando en cuenta que las distancias de separación de los elementos toman como punto de referencia la posición del reflector asumiendo que éste se encuentra en el origen del eje de las ordenadas.

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