Informe Yagi

UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJAYAGI DE 4 ELEMENTOS POLARIZACION CIRCULAR

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJALa Universidad Católica de Loja

ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

“ANTENA YAGI DE 4 ELEMENTOS POLARIZACION

CIRCULAR”

INTEGRANTES:

José Vinicio Ojeda Ortega John Paul Lanchi Ochoa

2014


ANTENA YAGI DE 4 ELEMENTOS POLARIZACION CIRCULAR

Una antena Yagi está formada por un elemento alimentado (conectado al emisor o al receptor) formado por un simple dipolo o un dipolo doblado llamado también "radiador". Además de ese elemento, la antena tiene uno o varios elementos aislados llamados elementos parásitos. Éstos pueden estar situados delante del elemento alimentado, refuerzan el campo hacia adelante y se llaman directores. Los elementos situados detrás se llaman reflectores

Su funcionamiento se basa en una corriente que circula en el elemento alimentado irradiando 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. La fase y la amplitud de la corriente que circula en el elemento parásito dependerán de la distancia entre los dos elementos y de la longitud y diámetro de este último.

Se llama director a un elemento pasivo que proporciona ganancia en el sentido dirigido desde él hacia el elemento activo o irradiante y por lo general, es más corto (en longitud) que éste. El elemento conocido como reflector es también pasivo y proporciona ganancia de potencia en el sentido dirigido desde el irradiante hasta él.

Para obtener lograr la polarización circular existe dos maneras:

1. En el bum de la antena hacer otra antena semejante y separar cada elemento

cuarto longitud de onda(λ4

)

2. Hacer una antena semejante en otro bum y acoplarla mediante cable coaxial

con un cuarto longitud de onda λ4

la distancia del cable.

CALCULOS DE LA ANTENA YAGI DE 4 ELEMENTOS

Frecuencia (f)

El ancho de banda es de 150MHz, para lo cual se obtiene la frecuencia que nosotros tomaremos para la banda de radioaficionados de 2m, al que le corresponde una frecuencia de 146MHz.

Calculo de Landa


Landa ( λ ) : velocidad de laluzf

Landa ( λ )= 3 x108

146MHz

Calculo del reflector

Reflector :λ2

Reflector=2.05m2

Calculo del dipolo

Dipolo : 0.95λ2

Dipolo=0.973m

Calculo de las longitudes de los Directores Para el cálculo de las longitudes se utilizaron las siguientes formulas:

m: 0.9λ2=0.9246m

n: 0. 858λ2=0.879m

Cálculo de las separaciones El Reflector y El dipolo

0.2 λ=0.2∗2.05m=0.41m

Dipolo y El 1er Director0.1 λ=0.1∗2.05m=0.205m

Separación entre El 1er Director y El 2do Director0.25 λ=0 .25∗2.05m=0.5125m

Landa ( λ )=2.05m

Reflector=1.025m


Los resultados obtenidos de las longitudes y las separaciones se pueden apreciar en la siguiente tabla.

ELEMENTOS LONGITUDES (m) DISTANCIASReflector 1.025 Reflector-Dipolo

0.41Dipolo 0.973Director - 1 0.9246 Dipolo-Director1

0.205Director- 2 0.9246 Director1- Director 2

0.5125Tabla2: Longitudes y distancias de los elementos

En la línea de transmisión se usará cable RG-6 del cual el factor de velocidad es 0.88.

Vp2= 1∈r

∈ r= 1

Vp2∈ r= 1

0.812

Calculo del Balun

El acople balun es un sistema que permite la adaptación de impedancias entre la antena y el cable coaxial de alimentación. El acople balun consiste en unir los extremos del dipolo mediante un cable coaxial.

∈ r=1.52


Figura 1: Balun

longitud del balun= λ2∗F .V del cable=

2.05m2

∗0.81

SIMULACIONES

Mediante el software FEKO, se utilizo la herramienta de CADFEKO procediendo a la realización geométrica de la antena Yagi de 4 elementos con los valores expuestos anteriormente. Feko es un software computacional electromagnético desarrollado por EM Software y Sistemas - SA (Pty) Ltd.

El software se basa en el método de los momentos (MoM) formulación integral de las ecuaciones de Maxwell y fue pionera en la aplicación comercial de los diversos métodos híbridos.

CADFEKO es usado para crear gráficamente una geometría y el enmallado requerido para la solución de FEKO.

Al simular con las características anteriores nos dio una antena con ganancia de 8.7dB de una antena yagi, al momento que se ubicó la otra antena nos dio una ganancia de 8.6dB en polarización circular.

Longitud delbalun=0.83m


Un problema de esta simulación y al momento de implementarla seria que entre el director1 de la primera antena y el director 2 de la segunda antena se cruzan.

FIG 2: Antena yagi de 4 elementos en FEKO

El enmallado que tomamos es de:

FIG 3: Enmallado de la Antena Yagi de 4 elementos en FEKO

Cruce de directores


POSTFEKO es una herramienta del software FEKO, que permite observar los patrones de radiación, visualizando la geometría del modelo de FEKO, con excitaciones, puntos de campo cercano, entre otros.

La directividad es cuan eficiente es la antena para dirigir ondas electromagnéticas en un determinado espacio. Como se puede observar en la figura 5 se observa que la antena yagi de 4 elementos es omnidireccional y directiva además de verse un lóbulo secundario.

FIG 5: Directividad de la Antena Yagi

FIG 6: Patrón de Potencias (Vista Lateral)


FIG 7: Patrón de Potencia (Vista Frontal)

La ganancia de una antena es una medida de su tendencia a concentrar la señal en una dirección específica. Una antena con alta ganancia es altamente direccional, mientras que una antena de baja direccional es altamente eficiente G=eD.

La unidad para medir a la ganancia es el decibel (dB). La ganancia de la antena Yagi de 4 elementos posee una ganancia de 8.6dB en la banda de 2m, el mismo que esta a una frecuencia de 146MHz.

FIG 8: Ganancia de la antena Yagi de 4 elementos

La ganancia lineal de la antena es de 7.32


FIG 9: Ganancia Lineal de la antena Yagi de 4 elementos

El diagrama en el plano cartesiano se puede apreciar en la siguiente figura:

FIG 10: Diagrama en el plano cartesiano

La impedancia que se tiene en la banda es de 191.624 – j1379.92 que es aceptable, para reducir la impedancia que en el principio era muy elevada, se tuvo una perdida de ganancia.


FIG 11: Diagrama en el plano cartesiano de la frecuencia 146MHz

El diagrama en el plano de Smith se puede apreciar en la siguiente figura:

FIG 12: Diagrama con Smith su impedancia y reactancia

El patrón de directividad se muestra en la siguiente grafica:



El patrón de ganancia se muestra en la siguiente grafica:

FIG 14: Ganancia de la antena yagi


FIG 15: Patrón de radiación (Campo eléctrico)

FIG 16: Diagrama de Radiación (Ganancia)OPTIMIZACION

La optimización se empezó en primer lugar por el hecho del cruce que se tiene entre los directores.Para eso hemos mantenido las longitudes de cada elemento y variado sus separaciones donde decidimos dejar en 0.2*lambda de separación para todos los elementos.

Calculo del reflector

Reflector :λ2


Reflector=2.05m2

Calculo del dipolo

Dipolo : 0.95λ2

Dipolo=0.973m

Calculo de las longitudes de los Directores Para el cálculo de las longitudes se utilizaron las siguientes formulas:

m: 0.9λ2=0.9246m

n: 0.858λ2=0.879m

Cálculo de las separaciones El Reflector y El dipolo - Dipolo y El 1er Director- Separación entre El 1er

Director y El 2do Director.0.2 λ=0.2∗2.05m=0.41m

Los resultados obtenidos de las longitudes y las separaciones se pueden apreciar en la siguiente tabla.

ELEMENTOS LONGITUDES (m) DISTANCIASReflector 1.025 Reflector-Dipolo

0.41Dipolo 0.973Director - 1 0.9246 Dipolo-Director1

0.41Director- 2 0.9246 Director1- Director 2

0.41Tabla2: Longitudes y distancias de los elementos optimizado

Con respecto a la simulación inicial se nota que mayor no es el cambio y se puede obtener una gráfica similar.

Reflector=1.025m


FIG 17: Directividad de la Antena Yagi optimizada

FIG 18: Patrón de Potencias (Vista Lateral)


FIG 19: Patrón de Potencia (Vista Frontal)

La ganancia de la antena Yagi de 4 elementos y separación de todos sus elementos iguales, posee una ganancia de 8.6dB y es similar a la anterior.

FIG 20: Ganancia de la antena Yagi de 4 elementos optimizada

La ganancia lineal de la antena es de 7.28 y se puede notar que se redujo 0.04 con respecto a la primera antena.


FIG 21: Ganancia Lineal de la antena Yagi de 4 elementos optimizada

El diagrama en el plano cartesiano se puede apreciar en la siguiente figura:

FIG 22: Diagrama en el plano cartesiano

La impedancia que se tiene en la banda es de 124.085 – j1285.89 que es menor a la de la simulación anterior.


FIG 23: Diagrama en el plano cartesiano de la frecuencia 146MHz

El diagrama en el plano de Smith se puede apreciar en la siguiente figura:

FIG 24: Diagrama con Smith su impedancia y reactancia

El patrón de directividad se muestra en la siguiente grafica:



El patrón de ganancia se muestra en la siguiente grafica:

FIG 26: Ganancia de la antena yagi


FIG 27: Patrón de radiación (Campo eléctrico)

FIG 28: Diagrama de Radiación (Ganancia)COMPARACION DE ANTENA NORMAL CON ANTENA OPTIMIZADA


Figura29: Grafica en Coordenadas rectangulares de las directividad

Figura 30: Grafica en Coordenadas rectangulares de las Ganancias


Figura 30: Grafica en Coordenadas rectangulares del Campo

PARTE FISICA SIMULADA

Para la simulación de la parte mecánica de la antena se utilizó la plataforma de software SolidWorks.Es un programa de diseño asistido por computadora para modelado mecánico desarrollado en la actualidad por SolidWorks Corp., una subsidiaria de Dassault Systèmes (Suresnes, Francia), para el sistema operativo Microsoft Windows. Es un modelador de sólidos paramétrico. Fue introducido en el mercado en 1995 para competir con otros programas CAD como Pro/ENGINEER, NX, Solid Edge,Autodesk Inventor, CATIA.

El programa permite modelar piezas y conjuntos y extraer de ellos tanto planos técnicos como otro tipo de información necesaria para la producción. Es un programa que funciona con base en las nuevas técnicas de modelado con sistemas CAD. El proceso consiste en trasvasar la idea mental del diseñador al sistema CAD, "construyendo virtualmente" la pieza o conjunto. Posteriormente todas las extracciones (planos y ficheros de intercambio) se realizan de manera bastante automatizada.

La empresa SolidWorks Corp. fue fundada en 1993 por Jon Hirschtick con su sede en Concord, Massachusetts2 3 y lanzó su primer producto, SolidWorks 95, en 1995. En 1997 Dassault Systèmes, mejor conocida por su software CAD CATIA, adquirió la compañía. Actualmente posee el 100% de sus acciones y es liderada por Jeff Ray..


FIG 29: Parte mecánica de la antena simulada en SolidWorks 2014

CONSTRUCCION DE LA ANTENAPara la construcción de la antena utilizaremos los siguientes materiales:

2 → L de acero 6*4 cm Tubo de 5/16 para antena Tubo de 3/8 para antena Estaño Estilete Conector f hembra y macho Cable coaxial Rg6 Cautin Playo Sierra Taladro Metro

El procedimiento para la construcción es el siguiente:1. Se procede en la cuadrada de 1pulgada a señalar las separaciones de cada

elemento, luego de eso se mide el diámetro de los elementos para señalar en la parte superior del tubo.


FIG 18: Mediciones en la superficie de aluminio2. Con el alambre de cobre se miden las longitudes de cada uno de los elementos,

para seguidamente proceder a cortar, esto tenemos que hacer con nuestros 20 elementos, y después se procedió a limarlos, obteniendo al final lo siguiente como se muestra a continuación.

FIG 19: Elementos cortados y limados

3. Se procedió a poner en orden de cuerdo a que elementos y por medio de la pega a pegarlos sobre la superficie de aluminio a cada elemento obteniendo lo siguiente


FIG 19: Pegado en la superficie de aluminio

4. Para el dipolo , se procede a medir su longitud en el alambre de cobre, se corta y se lo lima para seguidamente colocarlo en la superficie de aluminio y con la ayuda de una broca de un diámetro de 2mm o algún elemento circular cuyo diámetro sea de 10mm para doblar el alambre, al final obtendremos lo siguiente.

FIG 20: Dipolo Plegado

5. Luego se procede a la realización del balun con sus medidas respectivas, para seguidamente soldarlo al dipolo tal como se muestra en al siguiente imagen.


FIG 21: Dipolo Plegado

6. Se procede a soldar el conector hembra N al cable coaxial Rg58 para luego soldarlo al dipolo.

FIG 22: Conector N hembra ya soldado

Con todos estos pasos concluimos con la construcción de nuestra antena yagi de 20 elementos con un dipolo doblado


FIG 23: Antena yagi de 20 elementos con dipolo dobladoCONCLUSIONES:

Al tratar de optimizar se observa que la eficiencia se ha mantenido ya que hemos aumentado en directividad y perdido en ganancia.

Referencias:

[1]Antena Yagi de 12 elementos, [EN LINEA],disponible en <<http://agustinsolis.files.wordpress.com/2012/06/antenas-yagui-caseras-para-enlaces-wireless2.pdf>>, 02-07-2014

[2] Antena Yagi Uda, [EN LINEA], disponible en <<http://www.ad4c.us/Antennas/11%20elements%20yagi-uda.pdf>>, 02-07-2014

[3] IEEE 802.11, [EN LINEA],disponible en << http://es.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11 >>, 02-07-2014[4] FEKO , [EN LINEA],disponible en << http://en.wikipedia.org/wiki/FEKO >>, 02-07-2014

[5] La Antena Yagi, [EN LINEA],disponible en <<http://www.neoteo.com/antena-yagi >>, 02-07-2014[6] Tipos de Antenas y Funcionamiento, [EN LINEA],disponible en <<http://www.neoteo.com/antena-yagi>>, 02-05-2013[7] Solidworks, [EN LINEA], disponible en << http://es.wikipedia.org/wiki/SolidWorks >, 02-07-2014[8] Manual de fabricación de antenas, [EN LINEA], disponible en <<http://notodoeswindows.files.wordpress.com/2009/11/antenas-caseras.pdf>, 02-07-2014

http://www.neoteo.com/antena-yagi



http://en.wikipedia.org/wiki/FEKO

http://www.facebook.com/l.php?u=http%3A%2F%2Fes.wikipedia.org%2Fwiki%2FIEEE_802.11&h=1AQEVcu2L

http://www.ad4c.us/Antennas/11%20elements%20yagi-uda.pdf

http://agustinsolis.files.wordpress.com/2012/06/antenas-yagui-caseras-para-enlaces-wireless2.pdf

http://agustinsolis.files.wordpress.com/2012/06/antenas-yagui-caseras-para-enlaces-wireless2.pdf

Informe Yagi

Documents

Transcript of Informe Yagi