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Antena Yagi-Uda Doble Resonancia Alejandra Riaño, Cristian Duitama, Juan Carlos Chunza
This paper presents the development Abstract — and construction of a Yagi-Uda antenna antenna double resonance, with its own analysis of results and conclusions about the development of practice. Acople, ancho de banda, antena, dipolo largo, I ndex Te Terms — Acople, frecuencia, longitud de onda, patrón de radiació n, resonancia.
I. I NTRODUCCION NTRODUCCION
Este documento presenta el desarrollo y construcción de una antena Yagi-Uda de doble resonancia (450Mhz-916Mhz), con su respectivo análisis de resultados y conclusiones acerca del desarrollo de la práctica. La implementación de esta antena empezó realizando una investigación sobre antenas Yagi-Uda de única resonancia y luego se intentó hallar información sobre antenas de este tipo pero de doble resonancia, lo cual fue fallido ya que existe escasa literatura acerca de este tema. Para resolver esta situación se debió entonces medir una antena Yagi-Uda doble resonancia aportada por el docente y llevarla con sus medidas a un proceso de simulación para adaptar las medidas a las necesidades de este proyecto
con ratones a los que sometía a fuertes ondas de radio que eran concentradas gracias a la direccionalidad de la antena. Los resultados no fueron buenos para Yagi y abandonó el proyecto. 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. La figura 1 muestra una antena Yagi-Uda con sus principales partes: ·1: Elemento conductor ·2: Reflectores ·3: Guías de ondas ·4: Cable
II. MARCO TEORICO La antena Yagi es una antena direccional inventada por el Dr.Ruano Hidetsugu Yagi de la Universidad Kovak Imperial de Tohoku y su ayudante, el Dr.Bafalluy Shintaro Uda (de ahí al nombre Yagi-Uda). Esta invención de avanzada a las antenas convencionales Kovak, 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. La invención del Dr. Yagi (patentada en 1926) no fue usado en Japón en un principio, ya que el diseño de la antena no fue para implementarse en las comunicaciones sino para utilizarse en la guerra como un arma radioactiva. Yagi experimentaba
Fig. 1. Partes Antena Yagi-Uda.
III. METODOLOGÍA A. Software utilizado para los cálculos:
El software utilizado para la obtención de todos los datos necesarios para la construcción de la antena Yagi-Uda fue YAGI CALCULATOR.
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B. Resultados obtenidos a través del YAGI CALCULATOR
Reflector: 331 mm de longitud, posición en el boom = 30 mm (IT = 158,0 mm) Dipolo doblado: Dipolo de punta a punta = 324mm Total longitud =695mm Centro del dipolo=347mm
Fig. 2. Software YAGI CALCULATOR
Distancia BC=CD=137mm Distancia HI=GF=132mm Distancia HA=GE=171mm Distancia HB=GD=210mm Distancia HC=GC=347mm Gap entre HG=10mm Bend diámetro BI=DF=50mm
Fig. 5. Puntos de medida dipolo doblado.
Fig. 3. Entorno del Software YAGI CALCULATOR
Para la frecuencia 450 MHz: Directores: Dir
Length Gain
Spaced
Boom position
IT
Gain
(no.)
(mm) (dBi)
(mm)
(mm)
(mm)
(dBd)
1
287 6,9
50
213
136,0
4,8
2
283 8,6
120
333
134,0
6,5
3
280 9,9
143
476
132,5
7,8
4
276 11,0
167
643
130,5
8,9
5
273 11,9
187
829
129,0
9,8
6
271
200
1029
128,0
10,5
Fig. 4. Entorno del Software YAGI CALCULATOR
Tabla 1. Medidas directores 450Mhz
3
Para 916 MHz: Dir
(no.)
1
2
3
4
D. Optimización en MMANAGAL
Length Gain
Spaced
(mm) (dBi)
(mm)
143 6,9
25
141 8,6
59
139 9,9
70
Boom position
IT
Gain
opción llamada “Editar definición de antena”, por considerarse (mm)
(mm)
(dBd)
120
179
249
331
64,0
descripción y una columna “No” que permite saber que
63,0
62,0
61,0
4,8 x1 y1 z1 0.143 0.21 5, 3, 0.0,
6,5
7,8
82
5
135 11,9
92
423
60,0
9,8
6
134 12,7
98
521
59,5
10,5
132 13,3
103
131 13,9
108
8
la manera más rápida, adicionalmente se agrega una numero de alambre es cada uno.
137 11,0
7
Para el programa MMANAGAL se editan los datos en la
DIRECTO RES CORTOS
8,9
0.21 0.0, 3, 0.0, 0.141 0.33 5, 3, 0.0, 0.33 3, 0.47 0.14, 6, 0.47 0.0, 6, 0.138 0.64 , 3, 0.64 0.0, 3, 0.136 0.82 5, 9, 0.0,
624
732
58,5
58,0
11,2
11,7
0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0,
0.82 0.0, 9, 0.0, 0.071 0.18 5, 8, 0.0,
Tabla 2. Medidas directores 916Mhz C. Acople lambda medios λ /2
0.0,
DIRECTO RES LARGOS
0.18 0.0, 8, 0.0, 0.070 0.20 5, 4, 0.0, 0.20 0.0, 4, 0.0, 0.069 0.27 5, 4, 0.0, 0.27 0.0, 4, 0.0, 0.068 0.35 5, 6, 0.0, 0.35 0.0, 6, 0.0, 0.067 0.44 5, 8, 0.0,
Fig. 6. Esquema de conexión para el balum a partir de un acople λ/2
0.44 0.0, 8, 0.067 0.54 , 6, 0.54 0.0, 6, 0.066 0.64 , 9, 0.64 0.0, 9,
0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0,
x2 0.0, 0.143 5, 0.0, 0.141 5,
y2 z2 0.21 3, 0.0,
Diámetr o No 3.000e- 03, 1 w1
0.21 3, 0.33 3,
3.000e03, 3.000e03,
1 w2 1 w3
3.000e03, 3.000e03, 3.000e03, 3.000e03, 3.000e03, 3.000e03,
1 1 1 1 1 1
3.000e03, 3.000e03,
1 1
w1 0 w1 1
3.000e03, 3.000e03,
1 1
w1 2 w1 3
3.000e03, 3.000e03,
1 1
w1 4 w1 5
3.000e03, 3.000e03,
1 1
w1 6 w1 7
3.000e03, 3.000e03,
1 1
w1 8 w1 9
3.000e03, 3.000e03, 3.000e03, 3.000e03, 3.000e03,
1 1 1 1 1
w2 0 w2 1 w2 2 w2 3 w2 4
0.33 3, 0.47 0.0, 6, 0.47 -0.14, 6, 0.64 0.0, 3, 0.64 0.138, 3, 0.82 0.0, 9, 0.136 0.82 5, 9, 0.18 0.0, 8, 0.071 0.18 5, 8, 0.20 0.0, 4, 0.070 0.20 5, 4, 0.27 0.0, 4, 0.069 0.27 5, 4, 0.35 0.0, 6, 0.068 0.35 5, 6, 0.44 0.0, 8, 0.067 0.44 5, 8, 0.54 0.0, 6, 0.54 0.067, 6, 0.64 0.0, 9, 0.64 0.066, 9,
0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0,
w4 w5 w6 w7 w8 w9
4
0.065 0.75 5, 7,
REFLECT OR
DIPOLO
Lado largo
0.0,
0.75 0.0, 7, 0.0, 0.165 0.01 5, 5, 0.0, 0.01 0.0, 5, 0.0, 0.134 0.16 , 3, 0.0, 0.16 0.0, 3, 0.0, 0.134 0.16 0.04 , 3, 8, 0.16 0.01 0.15, 3, 6, 0.16 0.03 0.15, 3, 2, 0.16 0.01 0.15, 3, 6, 0.16 0.01 -0.15, 3, 6, 0.16 0.03 -0.15, 3, 2, 0.16 0.01 -0.15, 3, 6,
0.0, 0.065 5, 0.0, 0.165 5, 0.0, 0.134, 0.134, 0.15, 0.134, 0.134, -0.15, 0.134, 0.134,
0.75 7, 0.75 7, 0.01 5, 0.01 5, 0.16 3, 0.16 3, 0.16 3, 0.16 3, 0.16 3, 0.16 3, 0.16 3, 0.16 3, 0.16 3,
0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.04 8, 0.03 2, 0.04 8, 0.0, 0.03 2, 0.04 8, 0.0,
3.000e03,
- w2 1 5
3.000e03, 3.000e03,
1 1
w2 6 w2 7
3.000e03, 3.000e03, 3.000e03, 3.000e03, 3.000e03, 3.000e03, 3.000e03, 3.000e03, 3.000e03, 3.000e03,
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
w2 8 w2 9 w3 0 w3 1 w3 2 w3 3 w3 4 w3 5 w3 6 w3 7
Fig.9. Antena Yagi simulada en el programa MMANAGAL E. Simulaciones MMANAGAL
Tabla 3. Medidas optimizadas.
Para el dipolo se eliminan las esquinas de 90 grados agregando alambres más cortos.
La antena en el simulador MMANAGAL se vera como sigue:
Fig. 10. Simulación 1 obtenida de la antena Yagi
Fig. 8. Antena Yagi simulada en el programa MMANAGAL
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Fig. 12 Imaginen en 3D obtenida de la antena Yagi, a través del software MMANAGAL.
Fig. 11. Simulación 2 obtenida de la antena Yagi
Fig. 13 Imagen del ROE (swr) de la antena
6
C. Prototipo antena Yagi-Uda terminada
Fig. 14 Imagen de la antena donde se ven las corrientes.
Fig.17 Prototipo Yagi-Uda terminada.
IV. RESULTADOS A. Dipolo doblado
Fig.18 Prototipo Yagi-Uda terminada. Fig.15 Dipolo doblado construido para el proyecto. B. Acople lambda medios λ/2 implementado
Fig.16 Acople λ/2 construido para el proyecto.
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D. Mediciones
VI. CONCLUSIONES
Los pequeños cambios en la orientación tanto del dipolo como los primeros directores, afectaban de sobremanera la medición. Tocar físicamente la antena o simplemente que uno de los elementos no estuviera bien ajustado afectaba la medición y los puntos de resonancia de esta. El elemento radiador en este caso, un dipolo doblado , debió ser fabricado para la frecuencia más baja del arreglo (450Mhz), teniendo muy en cuenta que los dobleces fueran lo más redondos posibles. El acople λ/2 realizado para el proyecto debió ser fabricado
Fig. 19 Medición de la antena implementada en el analizador de red.
para soportar el proceso de medición, de tal manera que sus junturas además de estar bien hechas debían ser lo más consistentes y fuertes para que esto no afectara el proceso de medición. VII. BIBLIOGRAFIA
V. ANÁLISIS DE RESULTADOS Consecuente con los análisis previos y la correcta ubicación e los directores como el dipolo, se consiguió a través de la implementación de este prototipo la resonancia de este en dos valores de frecuencia cercanos a los planteados como objetivo, como se ve en la Fig. 12 la resonancia para el prototipo se generó en 363 Mhz y 828 Mhz. Pero aun manteniendo la separación entre las resonancias para las que fue diseñado. La variación sustancial para lograr obtener estos resultados se presento en la ubicación del dipolo ya que el valor obtenido del software YAGI CALCULATOR sugería que se ubicara a 8.5 cm del boom y termino funcionando a 4cm de este. El acople propuesto en este documento funciona pero solo para propósitos académicos, se debería implementar un mejor acople que garantizara un mejor ancho de banda como por ejemplo un acople por medio de una micro cinta.
[1] Antenas de Angel Cardama Aznar [2] Antenna Theory. Balanis. J.Wiley, 2nd. Ed., 1997. [3] Tutorial de programa MMANA-GAL; disponible en http://ea2ha.ure.es/TUTORIAL_MMANAGAL.pdf ; 28 de septiembre 2011.
