Arreglo Yagi Uda

 

  SIMULACIONES EN FEKO PARA ARREGLOS DE ANTENAS YAGI-UDA

Para la simulación de los arreglos de antenas Yagi-Uda se obtuvo los siguientes resultados mediante el software FEKO 7.0. Para la simulación de la antena Yagi-Uda es necesario encontrar la longitud de onda correspondiente a la frecuencia de trabajo, en este caso particular es de 85 MHz con esta frecuencia se obtendrá el valor de la longitud de onda de lo cual se diseñarán los distintos elementos correspondientes a esta antena. 

310  =

85106

 

 = 3.5294 

1.  Marco Teórico a.  Antena Yagi-Uda

Este tipo de antena es muy utilizada en aplicaciones de radiodifusión de televisión, estaciones para radio aficionados y enlaces punto a punto que operen dentro de las frecuencias HF (3  –  – 30  30 MHz), VHF (30 – (30  – 300  300 MHz) y UHF (300  – 3000  – 3000 MHz). Estas antenas están conformadas por elementos paralelos conocidos como dipolos, de los cuales uno de ellos es directamente excitado por una línea de transmisión de alimentación mientras que los demás elementos actúan como radiadores parásitos cuyas corrientes son inducidas por acoplamiento mutuo. Al elemento excitado se lo conoce com como o dipolo activo o radiador, los demás elementos son conocidos como parásitos y que al colocarse en la parte frontal del dipolo tendrán la función de directores mientras los que se encuentran en la parte posterior funcionaran como reflectores. b.  Elementos Antena Yagi-Uda

i.  Elemento resonante (Alimentador)

Es el corazón de la antena, en su diseño se determina la polarización y la frecuencia central en la que trabajará la antena. Para un dipolo, la longitud recomendada es de aproximadamente 0.47λ para asegurar una buena impedancia de entrada a una línea l ínea 50 ohm de alimentación. ii.  Reflector

Ligeramente más largo que el elemento resonante impulsado para forzar a la energía radiada hacia la parte delantera. La separación óptima entre el reflector y el elemento accionado es entre 0,15λ y 0,25λ. La longitud del reflector tiene un gran efecto en la relación frontal trasera en la impedancia de entrada de antena. iii.  Directores

Por lo general de 10 a 20% más cortos que el elemento resonante, dirigen la radiación hacia la parte delantera. El espaciamiento entre directores esta típicamente entre 0.25λ y 0.35λ, 0 .35λ, con mayor espacio para las matrices más largas y menor espacio para arreglos más cortos. La antena Yagi-Uda además de su diseño simplificado ofrece un gran

 

desempeño fundamentado en la directividad que puede alcanzar con niveles de impedancia que se pueden adaptar con relativa facilidad a la banda angosta. c.  Principio de operación antena Yagi-Uda

El principio operacional de esta antena se basa en su configuración especial (reflector largo y directores cortos). La radiación en la parte trasera parece estar bloqueada y reflejada por el elemento reflector, pero no sólo por este último, también el director produce efectos en la radiación. Las corrientes inducidas se generan en los elementos parásitos y forman una estructura de onda que viaja a la frecuencia deseada. d.  Características antena Yagi-Uda

Ganancia relativa en comparación al dipolo en λ/2 entre 5 dB y 18 dB. Relación frontal trasera entre 5 dB y 15 dB. Impedancia de entrada de unos 300 ohmios, por lo que es necesario el uso de un adaptador de impedancias para poder conectarlas a los cables coaxiales de 50 y 75 Ω.  Ω.   e.  Tabla optima de longitudes no compensadas de los elementos parásitos de antenas Yagi-Uda de seis diferentes longitudes.

 

  2.  Simulaciones y Resultados: a.  Antena Yagi-Uda i.  Campo Eléctrico:

ii.  Ganancia:

iii.  Ganancia [dBi]:

 

  iv.  Corte Horizontal:

v.  Corte Vertical:

 

 

b.  Arreglo antenas Yagi-Uda i.  Campo Eléctrico:

ii.  Ganancia:

 

  iii.  Ganancia [dBi]:

iv.  Corte Horizontal:

 

  v.  Corte Vertical:

3.  Conclusiones:

 

a.  Por medio de las simulaciones se logró mejorar la comprensión del

funcionamiento de una antena Yagi-Uda, así como sus características y diseño.  b.  Para el diseño de la antena se han usado cálculos propuestos en base a la experimentación ya que se fue probando entre un rango de valores con respecto a lambda tanto para la longitud de los elementos como para la distancia entre los mismos.  c.  En el diseño de la antena se comprobó que los valores óptimos en los cuales la antena mejora en ganancia y directividad son: longitud de elemento activo (0.451λ), longitud del director (0.442λ), longitud del reflector (0.447λ) y distancia entre elementos (0.25λ), (0.25λ), valores que se encuentran dentro de los rangos propuestos por la teoría.  d.  Una antena Yagi-Uda es una antena con un ancho de banda relativamente estrecho por lo cual se puede optimizar su funcionamiento mejorando parámetros como ganancia y directividad.  e.  El arreglo de 2x2 dispuestas horizontalmente ha aumentado considerablemente su ganancia respecto de una antena sola, ya que se logró pasar de una ganancia total de 6.75 a 17.5.  f.  Para las distancias entre antenas en el arreglo de 2x2 se llegó a obtener un resultado resu ltado más óptimo colocándolas a una distancia de λ/2 en el caso c aso de las filas y λ/4 en el caso de las columnas con los cuales los valores de la ganancia total fue el más alto.  g.  El diagrama de radiación del arreglo de 2x2 respecto de la antena sola, cambia considerablemente tanto en su corte vertical como horizontal, obteniendo en

el arreglo una mayor directividad y ganancia, por lo tanto, el ángulo de apertura se ha vuelto más estrecho especialmente en el corte vertical lo que indica una mayor directividad en el diagrama de radiación de la antena.  h.  Para optimizar los parámetros de una antena Yagi-Uda se puede aumentar el número de elementos o realizar un arreglo como lo fue el objetivo de esta práctica, cuyos resultados pudieron ser observados con claridad.  4.  Referencias: 

  Libro: Teoría de Antenas Análisis y Diseño - C. Balanis - 3ed   Antena de hilo y Arrays, Ing. Claudio Avallone, [en línea], disponible en:

 

A lfonso Zozaya, enero   Antenas, Apuntes de clase, Antenas elementales y dipolos, Alfonso



2003, [en línea], disponible en:

  Tesis: Diseño y simulación de una antena Yagi-Uda mediante el uso de algoritmos



genéticos para el laboratorio de antenas de la universidad politécnica salesiana, Oscar Andrés Ayala Chávez, [en línea], disponible en: https://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/9142/1/UPS-ST001523.pdf

  Anguera, J., & Pérez, A. (2008). La Salle Campus Barcelona. Obtenido de La Salle

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Campus Barcelona: http://www.salleurl.edu/semipresencial/ebooks/ebooks/ebook_teoria_antenas.p df   A ntennas from theory to practice. United Kingdom:   Huang, Y., & Boyle, K. (2008). Antennas

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John Wiley & Sons Ltd.