Abstract— This paper presents the development and construction of a Yagi-Uda antenna double resonance, with its own analysis of results and conclusions about the development of practice.

Index Terms—Acople, ancho de banda, antena, dipolo largo, frecuencia, longitud de onda, patrón de radiación, resonancia.

I. INTRODUCCION

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

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 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

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.

Antena Yagi-Uda Doble ResonanciaAlejandra Riaño, Cristian Duitama, Juan Carlos Chunza

1

Fig. 2. Software YAGI CALCULATOR

Fig. 3. Entorno del Software YAGI CALCULATOR

Fig. 4. Entorno del Software YAGI CALCULATOR

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

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.

Para la frecuencia 450 MHz:

Directores:

Dir Length Spaced Boom position IT GainGain

(no.) (mm) (mm) (mm) (mm) (dBd)(dBi)

1 287 50 213 136,0 4,86,9

2 283 120 333 134,0 6,58,6

3 280 143 476 132,5 7,89,9

4 276 167 643 130,5 8,911,0

5 273 187 829 129,0 9,811,9

2

6 271 200 1029 128,0 10,5

Tabla 1. Medidas directores 450Mhz

Para 916 MHz:

Dir Length Spaced Boom position IT GainGain

(no.) (mm) (mm) (mm) (mm) (dBd)(dBi)

1 143 25 120 64,0 4,86,9

2 141 59 179 63,0 6,58,6

3 139 70 249 62,0 7,89,9

4 137 82 331 61,0 8,911,0

5 135 92 423 60,0 9,811,9

6 134 98 521 59,5 10,512,7

7 132 103 624 58,5 11,213,3

8 131 108 732 58,0 11,713,9

Tabla 2. Medidas directores 916Mhz

C. Acople lambda medios λ/2

Fig. 6. Esquema de conexión para el balum a partir de un acople λ/2

D. Optimización en MMANAGAL

Para el programa MMANAGAL se editan los datos en la opción llamada “Editar definición de antena”, por considerarse la manera más rápida, adicionalmente se agrega una descripción y una columna “No” que permite saber que numero de alambre es cada uno.

x1 y1 z1 x2 y2 z2Diámetro No

DIRECTORES

CORTOS

0.1435,

0.213, 0.0, 0.0,

0.213, 0.0,

3.000e-03,

-1 w1

0.0,0.213, 0.0,

-0.1435,

0.213, 0.0,

3.000e-03,

-1 w2

0.1415,

0.333, 0.0, 0.0,

0.333, 0.0,

3.000e-03,

-1 w3

0.0,0.333, 0.0,

-0.1415,

0.333, 0.0,

3.000e-03,

-1 w4

0.14,0.476, 0.0, 0.0,

0.476, 0.0,

3.000e-03,

-1 w5

0.0,0.476, 0.0, -0.14,

0.476, 0.0,

3.000e-03,

-1 w6

0.138,

0.643, 0.0, 0.0,

0.643, 0.0,

3.000e-03,

-1 w7

0.0,0.643, 0.0,

-0.138,

0.643, 0.0,

3.000e-03,

-1 w8

0.1365,

0.829, 0.0, 0.0,

0.829, 0.0,

3.000e-03,

-1 w9

0.0,0.829, 0.0,

-0.1365,

0.829, 0.0,

3.000e-03,

-1

w10

DIRECTORES

LARGOS

0.0715,

0.188, 0.0, 0.0,

0.188, 0.0,

3.000e-03,

-1

w11

0.0,0.188, 0.0,

-0.0715,

0.188, 0.0,

3.000e-03,

-1

w12

0.0705,

0.204, 0.0, 0.0,

0.204, 0.0,

3.000e-03,

-1

w13

0.0,0.204, 0.0,

-0.0705,

0.204, 0.0,

3.000e-03,

-1

w14

0.0695,

0.274, 0.0, 0.0,

0.274, 0.0,

3.000e-03,

-1

w15

0.0,0.274, 0.0,

-0.0695,

0.274, 0.0,

3.000e-03,

-1

w16

0.0685,

0.356, 0.0, 0.0,

0.356, 0.0,

3.000e-03,

-1

w17

0.0,0.356, 0.0,

-0.0685,

0.356, 0.0,

3.000e-03,

-1

w18

0.0675,

0.448, 0.0, 0.0,

0.448, 0.0,

3.000e-03,

-1

w19

0.0,0.448, 0.0,

-0.0675,

0.448, 0.0,

3.000e-03,

-1

w20

0.067,

0.546, 0.0, 0.0,

0.546, 0.0,

3.000e-03,

-1

w21

0.0,0.546, 0.0,

-0.067,

0.546, 0.0,

3.000e-03,

-1

w22

0.066 0.64 0.0, 0.0, 0.64 0.0, 3.000e- - w2

3

, 9, 9, 03, 1 3

0.0,0.649, 0.0,

-0.066,

0.649, 0.0,

3.000e-03,

-1

w24

0.0655,

0.757, 0.0, 0.0,

0.757, 0.0,

3.000e-03,

-1

w25

0.0,0.757, 0.0,

-0.0655,

0.757, 0.0,

3.000e-03,

-1

w26

REFLECTOR

0.1655,

0.015, 0.0, 0.0,

0.015, 0.0,

3.000e-03,

-1

w27

0.0,0.015, 0.0,

-0.1655,

0.015, 0.0,

3.000e-03,

-1

w28

DIPOLO0.134,

0.163, 0.0, 0.0,

0.163, 0.0,

3.000e-03,

-1

w29

0.0,0.163, 0.0,

-0.134,

0.163, 0.0,

3.000e-03,

-1

w30

Lado largo0.134,

0.163,

0.048,

-0.134,

0.163,

0.048,

3.000e-03,

-1

w31

0.15,0.163,

0.016, 0.15,

0.163,

0.032,

3.000e-03,

-1

w32

0.15,0.163,

0.032, 0.134,

0.163,

0.048,

3.000e-03,

-1

w33

0.15,0.163,

0.016, 0.134,

0.163, 0.0,

3.000e-03,

-1

w34

-0.15,

0.163,

0.016, -0.15,

0.163,

0.032,

3.000e-03,

-1

w35

-0.15,

0.163,

0.032,

-0.134,

0.163,

0.048,

3.000e-03,

-1

w36

-0.15,

0.163,

0.016,

-0.134,

0.163, 0.0,

3.000e-03,

-1

w37

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. 8. Antena Yagi simulada en el programa MMANAGAL

Fig.9. Antena Yagi simulada en el programa MMANAGAL

E. Simulaciones MMANAGAL

Fig. 10. Simulación 1 obtenida de la antena Yagi

4

Fig. 11. Simulación 2 obtenida de la antena Yagi

Fig. 12 Imaginen en 3D obtenida de la antena Yagi, a través del software MMANAGAL.

Fig. 13 Imagen del ROE (swr) de la antena

5

Fig. 14 Imagen de la antena donde se ven las corrientes.

IV. RESULTADOS

A. Dipolo doblado

Fig.15 Dipolo doblado construido para el proyecto.

B. Acople lambda medios λ/2 implementado

Fig.16 Acople λ/2 construido para el proyecto.

C. Prototipo antena Yagi-Uda terminada

Fig.17 Prototipo Yagi-Uda terminada.

Fig.18 Prototipo Yagi-Uda terminada.

6

D. Mediciones

Fig. 19 Medición de la antena implementada en el analizador de red.

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.

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 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

[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_MMANA-GAL.pdf; 28 de septiembre 2011.

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