ANTENA YAGI.docx

2012

Antena Yagi-Uda

Huamaní Sarmiento, Javier D. Gonzales Arévalo, Néstor D. Robles León, Raúl H. Sajami Torres, Dane M.

Instituto Superior Salesiano 14/07/2012

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Antena Yagi-Uda

TEMA: CONSTRUCCION DE UNA ANTENA YAGI - UDA CAPACIDAD TERMINAL:

OBJETIVO:

Construye y diseña una antena Yagi Uda con material de Aluminio para sintonizar canales de UHF y VHF.

Entender y comprender el funcionamiento de una antena Yagi  – Uda en el campo de las telecomunicaciones.

I. DATOS TÉCNICOS Esta antena fue inventada en 1926 por el profesor Hidetsugu Yagi y su ayudante, el Dr. Shintaro Uda de la Universidad de Tokio. La antena Yagi es un arreglo de antena, que 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. Los elementos de esta antena son los siguientes:

Elementos de excitación: Pueden ser activos o excitados, estos se conectan directamente a la línea de transmisión y reciben potencia de la fuente. Es conocido como Dipolo.

Elementos parásitos: No se conectan a la línea de transmisión y reciben la energía a través de la inducción mutua. Estos elementos se clasifican en Reflectores y Directores.

Reflector.- Elemento parásito más largo que el elemento de excitación. Reduce la intensidad de la señal que está en su dirección e incrementa la que está en dirección opuesta.

Directores.- Elementos parásitos más cortos que su elemento de excitación. Incrementan la intensidad del campo en su dirección y la reducen a la dirección opuesta.

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II. PROCEDIMIENTO  A continuación continuación realizaremos realizaremos primeramente el diseño de una antena antena Yagi Yagi de 45Mhz, para posteriormente simularlo a través del software MMANA-GAL. Por último iniciaremos la construcción de nuestra propia antena.

2.1 Diseño de la antena Yagi Tenemos que tener en cuenta los siguientes cálculos: 

Dipolo: El dipolo está compuesto por 1 varillas de λ/2,



Reflector: El reflector es 5% más largo que el dipolo, y se coloca a 0,2 λ del dipolo



Director: Cada director es 5% más corto que el dipolo, separados 0,1 λ entre cada uno.

Primeramente debemos de hallar la longitud de onda ( λ): λ

= Velocidad de la luz / frecuencia de la antena

Nosotros para la construcción de la antena, vamos a trabajar con 45Mhz λ

= 300 000 000 / 45 000 000 = 6.67m

 Ahora calculamos calculamos la longitud del Dipolo

Dipolo = λ/2 = 3.34m (2 varillas de 1,67 m) Hallamos el 5% de la longitud del Dipolo

5% = (5/100)*3.33 = 0.167m Calculamos la longitud del Reflector

Reflector = Dipolo (m) + 5% (m) Reflector = 0.167 + 3.33m = 3.5m (2 varillas de 1,75 m) Calculamos la longitud del Director

Director = Dipolo (m) - 5% (m) Director = 0.167 - 3.33m = 3.16m (2 varillas de 1,58 m)

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Calculamos la separación entre el Dipolo y el Reflector 

Dipolo-Reflector = 0,2λ = 1.33m Calculamos la separación entre el Dipolo y el Director 

Dipolo-Director = 0,1λ = 0.67m 2.2 Simulación de nuestra antena a través del software MMANA-GAL. Ejecutamos el programa MMANA-GAL, en la pestaña Geometría colocamos los valores antes calculados. Los ejes X1 y X2, son los ejes de separación del Dipolo con el Reflector y el Director. Los ejes Y1 e Y2, son los ejes de longitud del Dipolo, Reflector y Director. R viene a ser los mm de diámetro del tubo de aluminio a utilizar. En el bloque de Fuentes 1, colocamos w1c, para definir que nuestra fuente es originada en el Dipolo.

Longitud Separación

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En la pestaña Vista observamos un modelamiento en 3D de nuestra antena Yagi.

En la pestaña Cálculo, hallaremos la resistencia de impedancia, la ganancia, la altura de elevación de nuestra antena a construir. Previamente debemos de definir el material a utilizar, en nuestro caso tubo

de Al

Ganancia de nuestra Antena

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En la pestaña de Diagrama de campo lejano , podemos observar el espacio de ganancia de nuestra antena según el ángulo de giro y de posición.

Para ver nuestro diagrama hacemos un click en el botón 3D FF .  A continuación continuación vemos vemos la ganancia ganancia de nuestra antena en visualización visualización 3D.

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2.3 Construcción de la Antena  Antes de empezar a construir construir debemos de adquirir adquirir los siguientes siguientes materiales:          

2 tubos de 6m de aluminio de 3/8” 1 tubo de 3m rectangular de 1” 6 tornillos autorroscantes de 1/8 a ½” 10 tornillos autorroscantes de 1/8 a 1” 6 tapones para tubo de aluminio 6 cintillos de plástico 2 tapones para tubo rectangular  5 m de cable de cobre 1 Balun o Adaptador de Impedancia 6 m de cable coaxial

Miramos nuestro plano de construcción de nuestra antena.

1,58m

1,58m

0,67m 1,67 m

1,67 m

1,33m 1,75 m

1,75 m

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Necesitamos cortar 2 varillas de tubo de Aluminio a 1.58m, a 1.67m y a 1.75m, entonces como primer paso hacemos las marcas de referencia de corte, para ello nos ayudamos de una huincha métrica y un lápiz.

Después de haber marcado nuestras referencias, empezamos a cortar con una sierra muy fina.

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 Al terminar de corta cada varilla, varilla, una recomendación recomendación seria seria colocar colocar la medida de cada una de estas para así evitar una confusión a la hora de ensamblar la antena.

Luego de tener nuestras varillas cortadas, en el tubo rectangular de 1”, debemos de señalar las distancias en que irán distribuidas nuestras varillas en el soporte.

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 A continuación continuación debemos debemos perforar perforar con un taladro taladro dichas marcas.

Luego de haber realizado los orificios con una lija redonda debemos de agrandar más el orificio, para que nuestra varilla pueda ingresar libremente en el soporte.

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Colocamos todas las varillas en el soporte, para comprobar que ingresan sin ningún esfuerzo.

El paso siguiente es hacer los sujetadores que van a dar rigidez y tensión a nuestras varillas. Para ello nos conseguimos tablas de madera de 70cm de alto x 7cm de ancho x 0.5cm de espesor. En esas tablas hacemos las siguientes marcas de referencia, por la que en las 3 tablas dibujaremos una especie de cruz, estos serán nuestros sujetadores.

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Haciendo las marcas de referencia para realizar el corte de los sujetadores de madera.

Luego de cortar los sujetadores los colocamos en el soporte de aluminio, en el lugar donde van a ir colocadas nuestras varillas.

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 Ajustamos nuestros sujetadores sujetadores al soporte soporte de aluminio con con dos tornillos tornillos autorroscantes de 1/8 a 1 “.

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Para evitar que las varillas tengan algún contacto con el soporte, hemos forrado sus terminales con cinta aislante.

Para asegurar las varillas a los sujetadores, debemos de realizar orificios a los extremos de cada varilla.

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 Atornillamos  Atornillamos las varillas varillas a los sujetadores sujetadores con un tornillo autorroscante autorroscante de de 1/8 a 1/2·”

Tenemos que volver hacer dos orificios en la varilla del dipolo, que estén muy cerca del soporte, para así con facilidad colocar nuestro cable de antena o coaxial

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Entre la separación del dipolo - reflector, y dipolo- director, debemos de hacer una agujero en el centro de cada separación, estas nos ayudarán para hacer la conexión final.

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Finalmente hacemos el conexionado final con un cable de cobre pelado #16 de la siguiente manera:

Tanto la línea naranja oscuro, como la clara, son dos cables de cobre aparte. Tenemos que tener las siguientes recomendaciones: En las intersecciones, ambos cables de cobre no deben juntarse. Los cables de cobre no deben de chocar y/o tocar la base del soporte. Para evitar que los cables de cobre se choquen, nosotros lo aislamos con cinta aislante, en especial, en los tornillos del centro donde hay las intersecciones.

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Vemos la instalación de nuestro cable coaxial para llevarlo hacia nuestro balun, la cual ira conectado hacia nuestro Televisor.

Una vista del tamaño de la antena a escala real.

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 Ahora debemos debemos de colocar nuestra nuestra antena antena a una altura aprox. aprox. de 7 metros.

Probando nuestra antena:  Antes de ser conectada conectada

 Al ser conectada conectada

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III. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES 1. Una antena Yagi-Uda está compuesta por tres elementos principales: Un Un Dipolo, Un reflector y Uno o varios Directores. 2. El software MMANA-GAL nos ayuda en el diseño de las antenas Yagi, Yagi, ya que nos calcula la ganancia, impedancia, altura de elevación, grados de elevación, polarización de la antena a construir. 3. Todos los materiales que conforman la antena están hecha de Aluminio. 4. Las varillas que que conforman el dipolo, reflector y director deben estar  aisladas del soporte de aluminio. 5. Es muy importante la construcción de los sujetadores, ya que éstos dan rigidez a nuestras varillas en caso que haya un viento brusco. 6. El Balun, está compuesta por una bobina que tiene la función de adaptador de impedancia desde la antena hacia el televisor. 7. La señal recibida desde desde la antena se debe obtener desde el Dipolo, es allí donde conectaremos nuestro cable coaxial. 8. El conexionado de cable cable de cobre no debe de de juntarse con el soporte ni en las intersecciones. 9. Para visualizar nuestra señal de televisión de manera óptima, hemos tenido que colocar nuestra antena a una altura de 7m aprox. Otro factor  de la señal es el ángulo de giro, ya que debe estar muy bien direccionada. 10. Antes de construir una antena debemos de saber a qué frecuencia y ancho banda queremos trabajar, para así posteriormente hacer los cálculos respectivos para su diseño. 11. No olvidar que la antena Yagi-Uda es del tipo Direccional, por lo tanto debe de ser direccionada en un solo punto para obtener la mayor  ganancia de señal. 12. Esta antena puede ser aplicada para la Televisión, Radio, Telefonía, etc. El diseño es muy simple, y su construcción requiere de poca inversión.

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