REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DEL TERRITORIO NORTE LUDOVICO SILVA

CARIPITO - EDO. MONAGAS

PROFESOR: GILBERTO VIVENES

AUTORES:

TSU. MORILLO LUÍS

TSU. PINTO CARLOS

TSU. RODRÍGUEZ YVAN

TSU. VARGAS JESÚS

CARIPITO ABRIL DEL 2014.

INTRODUCCIÓN

Una antena es un dispositivo diseñado con el objetivo de emitir o recibir ondas

electromagnéticas hacia el espacio libre.

Una antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagnéticas, y una receptora

realiza la función inversa.

Existe una gran diversidad de tipos de antenas, dependiendo del uso a que van a ser

destinadas, entre ellas se encuentra la antena más popular entre los aficionados que quieren

mejorar su estación, la cual es la antena Yagi o con elementos.

Esta antena fue inventada en 1926 por el profesor Hidetsugu Yagi de la Universidad de

Tokio.

A partir de la antena dipolo de media onda es posible lograr antenas que radien o reciban

las ondas electromagnéticas en un haz estrecho, lo que permite concentrar en un punto toda

la energía, logrando de esta manera que la intensidad de campo en un punto sea mucho

mayor que la que se obtendría con otra antena de la misma potencia.

Esta antena es constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos

y reflectores, utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas.

La antena Yagi es un arreglo de antena, que como todos los arreglos, se han hecho con el

objetivo de incrementar la directividad del sistema y concentrar la potencia radiada en un

área más pequeña.

¿QUÉ ES UNA ANTENA (YAGI – UDA)?

La definición formal de una antena es un dispositivo que sirve para transmitir y recibir

ondas de radio.

Convierte la onda guiada por la línea de transmisión (el cable o guía de onda) en ondas

electromagnéticas que se pueden transmitir por el espacio libre.

La antena Yagi básica consiste en un cierto número de elementos rectos que miden cada

uno aproximadamente la mitad de la longitud de onda.

El elemento excitado o activo de una Yagi es el equivalente a una antena dipolo de media

onda con alimentación central.

En paralelo al elemento activo, y a una distancia que va de 0,2 a 0,5 longitudes de onda en

cada lado, hay varillas rectas o alambres llamados reflectores y directores, o simplemente

elementos pasivos.

Un reflector se ubica detrás del elemento activo y es ligeramente más largo que media

longitud de onda; un director se coloca en frente del elemento activo y es ligeramente más

corto que media longitud de onda.

Una Yagi típica tiene un reflector y uno o más directores.

La antena propaga la energía del campo electromagnético en la dirección que va desde el

elemento activo hacia los directores, y es más sensible a la energía electromagnética

entrante en esta misma dirección.

Cuantos más directores tiene una Yagi, mayor la ganancia.

Cuantos más directores se agreguen a una Yagi, la misma va a ser más larga.

FUNCIONAMIENTO DE LA ANTENA (YAGI - UDA)

Una antena Yagi Uda es un arreglo de dipolos, de radiación end-fire (es decir, la dirección

de máxima radiación se da a lo largo del eje que contiene los dipolos), ancho de banda

estrecho (cercano al 2%), y baja impedancia de entrada, se elabora con una serie de dipolos

de hilo colocados de forma paralela en un plano.

El funcionamiento de una antena Yagi-Uda está formada por un elemento alimentado

(conectado al emisor o al receptor) formado por un simple dipolo o un dipolo doblado

llamado también “radiador” de manera inapropiada, ya que en la antena Yagi-Uda todos los

elementos irradian de manera comparable. Además de ese elemento, la antena tiene uno o

varios elementos aislados llamados, injustamente, elementos parásitos.

La corriente que circula en el elemento 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.

El elemento alimentado, la fase de la corriente que circula en el elemento parásito

dependerá de la distancia entre los dos elementos y de la longitud y diámetro de este

último.

La amplitud también dependerá de lo mismo pero mucho menos y será, de todas maneras,

de la misma magnitud que la corriente del elemento alimentado.

SISTEMA DE COORDENADAS DE LA ANTENA

1- SISTEMA DE COORDENADAS POLARES LINEALES: En el sistema de coordenadas

polares lineal, los círculos concéntricos están uniformemente espaciados y graduados.

La retícula resultante puede ser utilizada para preparar un diagrama lineal de la potencia

contenida en la señal.

Para facilitar la comparación, los círculos concéntricos equiespaciados pueden

reemplazarse por círculos ubicados adecuadamente, representando la respuesta en

decibeles, con 0 dB correspondiendo al círculo más externo.

En este tipo de gráficas los lóbulos menores se suprimen. Los lóbulos con picos menores

de 15 dB debajo del lóbulo principal desaparecen por su pequeño tamaño.

Esta retícula mejora la presentación de las características de antenas con alta directividad

y lóbulos menores pequeños.

En un sistema de coordenadas lineales, se puede trazar el voltaje de la señal en lugar de la

potencia,

En este caso también, se enfatiza la directividad y desenfatizan los lóbulos menores, pero

no en el mismo grado que en la retícula lineal de potencia.

En la figura de muestra el diagrama del sistema de coordenadas polares lineales.

2- SISTEMA DE COORDENADAS POLARES LOGARÍTMICAS: En el sistema de

coordenadas polares logarítmico, las líneas concéntricas de la retícula son espaciadas

periódicamente de acuerdo con el logaritmo de voltaje de la señal.

Se pueden usar diferentes valores para la constante logarítmica de periodicidad, y esta

elección va a tener un efecto en la apariencia de los diagramas trazados.

Generalmente se utiliza la referencia 0 Db para el extremo externo de la gráfica. Con este

tipo de retícula, los lóbulos que están 30 o 40 dB por debajo del lóbulo principal aún

pueden distinguirse.

El espacio entre los puntos a 0 dB y a -3 dB es mayor que el espacio entre -20 dB y -23

dB, el cual es mayor que el espacio entre -50 dB y -53 dB. Por lo tanto el espacio

corresponde a la significancia relativa de dichos cambios en el desempeño de la antena

Una escala logarítmica modificada enfatiza la forma del haz mayor mientras comprime los

lóbulos laterales de muy bajo nivel (<30 dB) hacia el centro del patrón.

Hay dos tipos de diagramas de radiación: los absolutos y los relativos.

- Los diagramas de radiación absolutos: Se presentan en unidades absolutas de potencia o

intensidad de campo.

- Los diagramas de radiación relativos se referencian a unidades relativas de potencia o

intensidad de campo.

La mayoría de las mediciones de los diagramas de radiación son relativas a la antena

isotrópica, y el método de transferencia de ganancia es utilizado para establecer la ganancia

absoluta de la antena.

En la figura de muestra el diagrama del sistema de coordenadas polares lineales

Logarítmicas.

DIAGRAMA DE RADIACIÓN DE LA ANTENA (YAGI – UDA)

Cuando el diagrama corresponde al esquema de intensidad de campo eléctrico (E) o

densidad de potencia (P) se denomina gráfica de radiación absoluta, en donde se considera

que la potencia es fija y la variable de cambio es la distancia; en caso contrario se denomina

radiación relativa en la cual la potencia será variable y la distancia será fija.

En algunas circunstancias es necesaria la representación gráfica de la fase del campo

eléctrico. Esta representación recibe el nombre de Diagrama de Fase o Patrón de Radiación.

Un patrón de radiación es un diagrama polar o gráfica que representa las intensidades de los

campos o las densidades de potencia en varias posiciones angulares en relación con una

antena. Si el patrón de radiación se traza en términos de la intensidad del campo eléctrico

(E) o de la densidad de potencia (P), se llama patrón de radiación absoluto.

Si se traza la intensidad del campo o la densidad de potencia en relación al valor en un

punto de referencia, se llama patrón de radiación relativo.

Algunas veces no nos interesa el diagrama de radiación en tres dimensiones, al no poder

hacerse mediciones exactas sobre él. Lo que se suele hacer es un corte en el diagrama de

radiación en tres dimensiones para pasarlo a dos dimensiones. Este tipo de diagrama es el

más habitual ya que es más fácil de medir y de interpretar.

En la figura se muestra el diagrama de radiación de una antena Yugi Uda, coordenadas

polares

RESISTENCIA DE RADIACIÓN DE LA ANTENA (YAGI – UDA)

Cuando se construye una antena y luego se ajusta hasta lograr un rendimiento óptimo, se

está buscando dos cosas muy importantes.

- Primero es hacerla resonar en su máxima amplitud, dentro de la frecuencia de trabajo

deseada.

- Segundo es que represente para el equipo una carga resistiva pura, por más que un puñado

de caños (o tubos) de aluminio no se parezcan en nada a una resistencia tradicional.

A este valor se lo conoce como resistencia de radiación de la antena y se encuentra en el

punto de alimentación de la antena.

Un término más general es el de “impedancia” de una antena que además de implicar la

componente resistiva pura, suma los valores reactivos que por mucho que lo intentemos,

nunca llegan a anularse.

Dicho de otro modo, podremos lograr una excelente antena, pero nunca será una carga

resistiva pura.

Siempre existirán reactancias inductivas y capacitivas residuales. Además, no estamos

trabajando con corriente continua, por esto, el término más apropiado y usado es

“impedancia de antena”.

GANANCIA DIRECTIVA Y GANANCIA DE POTENCIA DE LA ANTENA (YAGI – UDA)

- GANANCIA DIRECTIVA: Es la relación de la densidad de potencia radiada en una

dirección en particular con la densidad de potencia radiada al mismo punto por una antena

de referencia, suponiendo que ambas antenas irradian la misma cantidad de potencia.

El patrón de radiación para la densidad de potencia relativa de una antena es realmente un

patrón de ganancia directiva si la referencia de la densidad de potencia se toma de una

antena de referencia estándar, que por lo general es una antena isotrópica. La máxima

ganancia directiva se llama directividad. Matemáticamente, la ganancia directiva es:

D = ganancia directiva (sin unidades)

P = densidad de potencia en algún punto de una antena determinada (W/m2)

Pref = densidad de potencia en el mismo punto de una antena de referencia (W/m2)

- LA GANANCIA DE POTENCIAL: Es igual a la ganancia directiva excepto que se utiliza

el total de potencia que alimenta a la antena (o sea, que se toma en cuenta la eficiencia de la

antena).

Se supone que la antena indicada y la antena de referencia tienen la misma potencia de

entrada y que la antena de referencia no tiene perdidas (h = 100%). Matemáticamente, la

ganancia de potencia (Ap) es:

Ap = D h

Si una antena no tiene perdidas, irradia 100% de la potencia de entrada y la ganancia de

potencia es igual a la ganancia directa. La ganancia de potencia para una antena también se

da en decibeles en relación con alguna antena de referencia. Por lo tanto, la ganancia de

potencia es Polarización de la Antena

ÁREA DE CAPTURA Y POTENCIA CAPTURADA DE ANTENA (YAGI –

UDA)

El área de captura es una medida de la capacidad de la antena para recoger energía del

espacio libre.

Aunque esta área se mide en “longitudes de onda cuadradas”, no es posible medirla con un

metro pues no corresponde con nada físico y tangible.

Para una intensidad de campo determinada, el total de potencia capturada o recogida se

corresponde con dicha área.

El área de captura puede calcularse con la sencilla fórmula: A= G/ (4)

- A es el área de captura en longitudes de onda cuadradas

- G es la ganancia de antena sobre la antena isotrópica en veces, no en dB.

La antena isotrópica es aquella que irradia por igual en todas direcciones.

Para hacernos una idea del tamaño del área de captura, pongamos un ejemplo típico.

Un simple dipolo de media onda tiene un ganancia de 2.15 dBi, o sea, 10 ^ (2.15/10) =

1.64 veces.

Aplicando la fórmula

1.64/(4) = 0.13 longitudes de onda cuadradas.

Una antena Yagi de 10 m de boom se aproxima a los 17 dBi. 10 ^ (17/10) = 50.11 veces.

50.11/(4) = 4 longitudes de onda cuadradas.

Donde se puede apreciar como la antena de alta ganancia tiene un área de captura mucho

mayor, y por tanto es capaz de capturar mucha más energía de radiofrecuencia.

POLARIZACIÓN DE LA ANTENA ( YAGI – UDA)

1- 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.

2- 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.

3- En HF, y en VHF en clase de emisión banda lateral única se prefiere la polarización

horizontal, y en VHF en clase de emisión frecuencia modulada, la polarización vertical.

ANCHO DE BANDA DE LA ANTENA (YUGI- UDA)

La antena tienen un ancho de banda relativamente estrecho, cuando se optimiza para su

ganancia su ancho de banda utilizable es solo cerca del 2% de la frecuencia de operación.

Al variar la longitud de los directores se optiene un ancho de banda más amplio,

haciéndolo más corta conforme se incrementa su distancia a partir del elemento excitado,

esto es necesario, Ejemplo la antena (Yugi Uda) se utiliza para recepción de televisión.

IMPEDANCIA DE ENTRADA DE LA ANTENA ( YUGI – UDA)

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:

1- Antenas de recepción de televisión: 75 Ω

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

3- Antenas de Wifi: 50 Ω

-. Cálculo de Impedancia:

La Z en una Antena Yagi, puede calcularse siempre que se tome estas reglas.

- Amplitud

Donde es el campo producido por el elemento alimentado si estuviese solo. la importancia

de los dbi es mayor con respecto al tipo de uso y frecuencia que se maneje. La ganancia es

de 8,96 dBi.

UTILIDAD DE LA ANTENA (YAGI- UDA)

Europa y Norteamérica se incorporaron a la producción comercial de los sistemas de

difusión.

El uso de esta antena en Japón solo comenzó a utilizarse durante la Segunda Guerra

Mundial, como antena de radar.

Cuando fue descubierto que la invención de Yagi era utilizada como antena de radar por

los ejércitos aliados.

Su utilidad nos permite cubrir canales de TV con una mejor calidad de señal, tener acceso

a redes wifi.

CONCLUSIÓN