Credito de imagen : Raysonho @ Programador Open Grid / Motor Grid, Antena Yagi, CC0 1.0
Puntos de discusión
- Introducción
- Uso de la antena Yagi uda
- Elementos de una antena Yagi Uda típica
- Construcción de antena Yagi uda
- Diseño de antena Yagi Uda
- Patrón de radiación de la antena Yagi uda
- Pocos problemas matemáticos relacionados con la antena Yagi-Uda
Introducción
Para definir una antena Yagi-Uda, debemos conocer la definición adecuada de la antena. De acuerdo con las definiciones estándar de antenas de IEEE, “Una antena es un medio para emitir o recibir ondas de radio”.
Una antena yagi-uda es básicamente un conjunto de dipolos rectilíneos con un elemento de alimentación y otros elementos parásitos. Puede describirse como un conjunto de fuego final, lo que significa que el conjunto está formado por antenas conectadas internamente y la unidad total funciona como una sola antena.
Dibujo de una antena Yagi típica,
Crédito de la imagen: autor desconocido Autor desconocido, Antena de TV Yagi 1954, marcado como dominio público, más detalles sobre Wikimedia Commons
La antena Yagi Uda es una antena muy realista para el dominio de alta frecuencia, ya que opera en el campo de alta frecuencia a un dominio de frecuencia ultra alta.
El profesor S. Uda y el profesor H. Yagi de la Universidad Imperial de Tohoku, Japón, describieron por primera vez el funcionamiento de este tipo de antena. La antena a menudo se interrumpe como 'Antena Yagi'.
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Uso de antena yagi uda || Aplicaciones de la antena yagi uda
La antena Yagi es una de las antenas más utilizadas. Se ha utilizado como antenas de TV en innumerables hogares debido a su alta directividad. Muchos lectores lo reconocerían con solo ver la imagen. Tiene aplicación en radios de aficionados, en campos de RADAR, en satélites y aplicaciones RFID.
Una antena yagi-Uda de alta frecuencia moderna, utilizada para televisión,
Fuente de imagen - Tennen-Gas, Antena de TV UHF 001, CC BY-SA 3.0
Elementos de una antena Yagi Uda típica
Como se dijo anteriormente, una antena Yagi Uda típica es un conjunto de antenas pequeñas y tiene un elemento para la alimentación de energía y otros son parásitos.
El elemento de alimentación más utilizado de una antena yagi uda es un dipolo plegado. El radiador está construido especialmente para el funcionamiento de una matriz de fuego final. Los elementos parásitos en el haz delantero actúan como directores y las piezas en el haz trasero actúan como reflectores. Esto completa la antena.
Las varillas delgadas se alinean en una barra transversal con sus centros. Hay un elemento impulsado, varios elementos parásitos, un reflector y uno o más directores. Como sugiere el nombre, los elementos parásitos no están conectados físicamente con el transceptor y funcionan como radiadores pasivos. Irradian ondas de radio que afectan aún más el patrón de radiación. La distancia entre las dos varillas depende de la longitud de onda de la señal. Normalmente, la distancia cambia de un décimo a un cuarto de la longitud de onda.
El tamaño de los directores es generalmente más corto que el del elemento accionado, que también es más conciso que el reflector.
La ganancia de una antena yagi uda depende del número de elementos parásitos presentes. El aumento del número de elementos parásitos aumenta la ganancia total de la antena. Es por eso que hay numerosos directores en una antena yagi-uda. Como el reflector tiene un efecto insignificante en la ganancia de la antena, solo hay un reflector en la antena.
Construcción de antena Yagi uda
Discutiremos la construcción de algunas partes de la antena yagi uda. Lo que está en juego es: elemento impulsado, director y el reflector.
- Dirección: Es el elemento más corto de la antena yagi uda. Esta parte está dirigida hacia la fuente receptora. La longitud de los detectores depende de la distancia entre los detalles y la longitud de onda de las señales. La ganancia de una antena yagi uda tiene relación con la longitud de la antena. La longitud de la antena también aumenta al aumentar el número de directores.
- Elemento conducido: Es el elemento que tiene el punto de alimentación de energía. El transmisor está conectado con este elemento a través del punto de alimentación. El punto de alimentación normalmente se encuentra en el centro del componente. La longitud de la pieza es la mitad de la longitud de onda.
- Reflectores: Es una sola unidad y se construye al final del conjunto de antenas, justo después del elemento impulsado. Tiene la longitud más alta entre los elementos parásitos. El espaciado del reflector depende de la longitud de onda, el ancho del haz y la ganancia de la antena yagi uda. La frecuencia de resonancia del reflector es generalmente menor.
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Funcionamiento de la antena yagi uda
Prestemos atención al funcionamiento y funcionamiento de una antena yagi uda. Suponga una antena yagi uda típica con un reflector, con un elemento impulsado y un solo director.
Como se discutió anteriormente, la longitud del elemento impulsor es la mitad del dipolo y está conectado directamente con energía eléctrica. Suministra energía a toda la antena ya que tiene el punto de alimentación, y todos los demás elementos parásitos están asociados internamente con este elemento.
Ahora, suponga los elementos parásitos (tanto los reflectores como los directores) como un elemento dipolo general de un diámetro medible y alimentado en el medio a través de un cortocircuito. La teoría de la línea de transmisión dice que un cortocircuito puede reflejar potencia a 180 grados.
Partes de una antena yagi-uda típica,
A - Elemento conducido, R - Reflector, D - Director,
Credito de imagen - sankeytm, Yagi 3 elemento, CC BY-SA 3.0
Por tanto, la operación puede diseñarse como la mezcla de un elemento dipolo receptor de potencia que recibe la potencia y la envía a la carga adaptada y un elemento dipolo transmisor de potencia que transmite la potencia al conjunto de la antena.
Ahora, en un instante, si la potencia recibida y enviada están desfasadas 180 grados entre sí, entonces el resultado será voltaje cero. Eso significa el cortocircuito de la diodo en el punto de alimentación. Es por eso que la potencia radiada está en fase de 180 grados con las ondas incidentes.
Los elementos parásitos de la antena son más cortos que ½λ. El reflector es más largo que ½λ, y generalmente se retrasa la fase del voltaje de circuito abierto. La señal entrante genera el voltaje. El director también es más bajo que ½λ. Se retrasa el voltaje que el de la corriente.
Diseño de antena Yagi Uda
A diferencia de la antena de cuerno, no existen reglas estrictas y rápidas para diseñar una antena yagi-uda. Hay algunos parámetros físicos críticos que se resisten a hacerlo. Algunos de los parámetros son los siguientes:
- 'Longitud del elemento y distancia entre ellos'.
- La medida de las varillas o el diámetro de las varillas.
- Algunos parámetros críticos como: ganancia y resistencia de entrada.
Sin embargo, existen algunos métodos de análisis y cálculo para encontrar los resultados deseados. Para una antena yagi uda de n elementos, hay 2n-1 números de parámetros a considerar.
El análisis de la distribución de corriente se realiza resolviendo la 'ecuación integral de Hallen'. También se tienen en cuenta la suposición de una onda estacionaria clásica y la condición de otros conductores. Él Método de análisis es complicado y requiere resultados precisos, aunque se necesitan algunas aproximaciones vitales para completarlo.
Las antenas diseñadas pasan por métodos de prueba y error para modificarlas aún más. A veces el antena comienza con un diseño y termina con otro después de ciertas modificaciones en el proceso. Hoy en día, la simulación por ordenador ayuda a los diseñadores/ingenieros a comprobar el resultado.
Patrón de radiación de la antena Yagi Uda
El patrón de radiación es la dependencia angular de la fuerza de las ondas de radio de cualquier fuente electromagnética. La siguiente imagen muestra el patrón de radiación de una antena yagi uda.
Ventajas Antena yagi uda || Desventajas de la antena yagi uda
La antena Yagi uda tiene sus ventajas y desventajas. Pero no hay duda de que esta antena ha realizado algunos cambios drásticos en el campo de las antenas comerciales. Tiene la mayor popularidad de la historia como antenas de TV debido a su gran ancho de banda. Analicemos algunas de sus ventajas.
Ventajas de la antena yagi uda
- La antena Yagi uda tiene una ganancia decente de 7dB, que es suficiente para sus aplicaciones.
- La matriz de antenas Yagi uda es un tipo de antena de dirección.
- Este tipo de antenas es adecuado para aplicaciones en alta frecuencia al rango de frecuencia ultra alta.
- Estas antenas tienen una relación ajustable de ack.
Analicemos algunos inconvenientes de la antena yagi uda.
Desventajas de la antena yagi uda
- Aunque las aplicaciones de las antenas yagi uda son adecuadas para la ganancia de la antena, la ganancia no es muy alta en comparación con cualquier otro tipo de antena.
- El diseño tiene como requisito una gran cantidad de elementos.
- Cualquier daño a los elementos parásitos conduce a la disfuncionalidad de toda la antena.
- El tamaño es bastante grande, por eso hoy en día los pueblos no utilizan las antenas.
Pocos problemas matemáticos relacionados con la antena Yagi Uda
1. Diseñe una antena yagi uda con las siguientes especificaciones. Directividad: relativa al dipolo ½λ y situado al mismo nivel. Magnitud: 9.2 dB. f0 = 50.1 MHz. El diámetro deseado de las varillas parásitas: 2.54 cm. El diámetro deseado de la pluma de soporte de metal: 5.1 cm. Descubra los espacios entre elementos, longitudes y longitudes de toda la matriz.
Solución:
La frecuencia de funcionamiento se da como 50.1 MHz. La longitud de onda es λ = 5.988 m.
El diámetro deseado de las varillas parásitas se da como d = 2.54 cm.
Por lo tanto, d / λ = 2.54 / 598.8
O bien, d / λ = 4.24 x 10-3
El diámetro deseado del brazo de soporte metálico se da como D = 5.1 cm.
Por lo tanto, D / λ = 5.1 / 598.8
O bien, D / λ = 8.52 x 10-3
Necesitamos usar un gráfico que nos proporcione 'longitudes optimizadas sin comprimir de elementos parásitos de una antena yagi-uda'. Usando este gráfico, podemos entender que la matriz de antenas deseada tendría un total de cinco elementos (un elemento conducido, un reflector y tres directores).
La segunda columna del gráfico nos da la longitud óptima sin comprimir para el valor de d / λ = 0.0085.
l1 = 0.482λ
l3 = 0.428λ
l4 = 0.424λ
l5 = 0.428λ
La longitud total de la antena será L = (0.6 + 0.2) λ = 0.8λ. El espaciamiento o la distancia entre los directores parásitos será 0.2λ y el espaciamiento del reflector será igual que 0.2λ.
Hola, soy Sudipta Roy. He realizado B. Tech en Electrónica. Soy un entusiasta de la electrónica y actualmente me dedico al campo de la Electrónica y las Comunicaciones. Tengo un gran interés en explorar tecnologías modernas como la IA y el aprendizaje automático. Mis escritos están dedicados a proporcionar datos precisos y actualizados a todos los estudiantes. Ayudar a alguien a adquirir conocimientos me produce un inmenso placer.
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