UNIVERSIDAD TCNICA DEL NORTESISTEMAS DE COMUNICACIN RADIANTEINFORME DEL PROYECTO

INTEGRANTES: GEOVANNY ALMEIDA VINICIO GUERRA FECHA:2015/02/011. INTRODUCCIN:El proyecto tiene como finalidad poner en prctica los conocimientos tericos adquiridos en clases de comunicacin radiante, mediante la construccin de una antena Yagi-Uda, que permitir la recepcin de seales de radiofrecuencia Wifi.

2. ANTECEDENTES:En vista del gran crecimiento y acogida que ha tenido esta tecnologa en nuestro medio, por las ventajas que trae esta ante el cableado y librarnos de ataduras que nos ligaban a permanecer fijos en lugar de trabajo. Por tal razn hemos decidido construir una antena Yagi-Uda ya que esta nos permitir receptar seales de los canales wifi con mejor calidad y adems a un bajo costo. Esta antena operar en la banda de 2,412MHz a 2,462MHz, la cual permitir la recepcin y emisin de los canales 1 al 11 de frecuencias libres wifi.

3. TEMA:

DISEO Y CONSTRUCCIN DE UNA ANTENA YAGI-UDA EN LA FRECUENCIA 2437 MHz4. OBJETIVOS:

OBJETIVO GENERAL:

Disear y construir una antena Yagi-Uda que permitir la recepcin de seales de radiofrecuencia libre wifi la cual operar en el orden de las frecuencias de 2,4Ghz, mediante una investigacin de dicha antena y de esta manera aplicar los conocimientos aprendidos en comunicacin radiante.

OBJETIVOS ESPECFICOS:

Realizar los clculos pertinentes para la construccin de la antena, tanto distancias como longitudes de cada elemento de la antena,.

Conectar la antena a un dispositivo Wifi y probar su ganancia en la seal.

5. MARCO TERICOQue es Wi-Fi?

Es un sistema de envo de datos sobre redes computacionales que utiliza ondas de radio en lugar de cables. es una marca de la Wi-Fi Alliance (anteriormente la WECA: Wireless Ethernet Compatibility Alliance), la organizacin comercial que adopta, prueba y certifica que los equipos cumplen los estndares 802.11.

QU ES UNA ANTENA?Una antena es un sistema conductor metlico capaz de radiar y recibir ondas electromagnticas (convierte la onda guiada por la lnea de transmisin en ondas electromagnticas que se pueden transmitir por el espacio libre), se lo utiliza como interfaz entre un transmisor y el espacio libre o entre en espacio libre y el receptor.

PARMETROS DE UNA ANTENA

Una antena va a formar parte de un sistema, por lo que tenemos que definir parmetros que la describan y nos permita evaluar el efecto que va a producir sobre nuestro sistema.

Ganancia

Es la relacin entre la densidad de potencia radiada en la direccin del mximo a una distancia r y la potencia total entregada a la antena dividida por el rea de una esfera de radio r. La eficiencia de una antena es la relacin entre la ganancia y la directividad. Dicha relacin, coincide con la relacin entre la potencia total radiada y la potencia entregada a la antena. Impedancia de entrada

Es la impedancia de la antena en sus terminales es la relacin entre la tensin y la corriente de entrada la impedancia es compleja. La parte real de la impedancia se denomina Resistencia de Antena y la parte imaginaria es la reactancia. La resistencia de antena es la suma de la resistencia de radiacin y la resistencia de prdidas. Las antenas se denominan resonantes cuando se anula su reactancia de entrada.

Anchura de hazEs un parmetro de radiacin, ligado al diagrama de radiacin. Se puede definir el ancho de haz a -3dB, que es el intervalo angular en el que la densidad de potencia radiada es igual a la mitad de la mxima. Tambin se puede definir el ancho de haz entre ceros, que es el intervalo angular del haz principal del diagrama de radiacin, entre los dos ceros adyacentes al mximo.

Diagrama de radiacin

Este es el parmetro ms importante de una antena, ya que muchos de los dems parmetros suelen deducirse a partir de ste. Debido al principio de reciprocidad, la caracterstica de radiacin de una antena de transmisin es equivalente a la caracterstica de recepcin de la misma antena cuando se utiliza en el modo de recepcin. Por definicin, la caracterstica de radiacin representa el cambio de la intensidad del campo elctrico sobre la superficie de una gran esfera de radio r centrada con respecto a la antena radiante. En coordenadas esfricas, es una grfica de la intensidad del campo elctrico E(,) como funcin de las variables direccionales.

Patrn de Radiacin Un patrn de radiacin es un diagrama polar o grfica que representa las intensidades de los campos o las densidades de potencia en varias posiciones angulares en relacin con una antena. Si el patrn de radiacin se traza en trminos de la intensidad del campo elctrico (E) o de la densidad de potencia (P), se llama patrn de radiacin absoluto. Si se traza la intensidad del campo o la densidad de potencia en relacin al valor en un punto de referencia, se llama patrn de radiacin relativo.

DirectividadEs la relacin entre la densidad de potencia radiada en la direccin de mxima radiacin, a una cierta distancia r y la potencia total radiada dividida por el rea de la esfera de radio r. La directividad se puede calcular a partir del diagrama de radiacin. La ganancia de una antena es igual a la directividad multiplicada por la eficiencia.

PolarizacinLas antenas crean campos electromagnticos radiados. Se define la polarizacin electromagntica en una determinada direccin, como la figura geomtrica que traza el extremo del vector campo elctrico a una cierta distancia de la antena, al variar el tiempo. La polarizacin puede ser lineal, circular y elptica. La polarizacin lineal puede tomar distintas orientaciones (horizontal, vertical, +45, -45). Las polarizaciones circular o elptica pueden ser a derechas o izquierdas (dextrgiras o levgiras), segn el sentido de giro del campo (observado alejndose desde la antena).

Relacin Delante/AtrsEs la relacin entre la potencia radiada en la direccin principal y la potencia radiada en la direccin opuesta. En ingls este parmetro se denomina Front to Back Ratio F/B.

ANTENAS YAGI-UDA

La Antena de Yagi-Uda es una antena direccional creada por el Dr. Hidetsugu Yagi de la Universidad Imperial de Tohoku y su ayudante, el Dr. Shintaro Uda.La caracterstica ms importante de esta antena de dipolo es que la tierra ha sido eliminada, produjo que mediante una estructura simple de dipolo, combinado con elementos parsitos, conocidos como reflector y directores, logr construir una antena de muy alto rendimiento. Aunque no tuvo hasta la II Guerra Mundial mucho uso en Japn, fue en Europa y Norteamrica, donde se incorpor a la produccin comercial, de los sistemas de difusin, TV y radio.

Constitucin

Elementos que forman esta antena:

Elemento conductor (radiador/captador).- Este es el elemento que capta o emite las seales. Elementos parsitos.- no se conectan a la lnea de transmisin y reciben la energa a travs de la induccin mutua. Estos elementos se clasifican en reflectores y directores. Reflectores.- Estas dos varillas actan reflejando las ondas en la direccin del elemento conductor. Directores o guas de ondas.- Estas varillas, de longitud progresivamente menor alejndose del conductor y espaciadas a distancias precisas, hacen que la onda siga el camino correcto hasta llegar al elemento conductor. Tambin influyen sobre la impedancia de la antena.

Antena constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores, utilizada ampliamente en la recepcin de seales televisivas. Los elementos directores dirigen el campo elctrico, los activos radian el campo y los reflectores lo reflejan.

Los elementos no activados se denominan parsitos, la antena yagi puede tener varios elementos activos y varios parsitos. Su ganancia esta dada por: G = 10 log ndonde n es el nmero de elementos por considerar.

En trminos prcticos las longitudes de los elementos y su separacin no son muy crticos, y se pueden permitir variaciones de 1% en la longitud y hasta 5% en la separaci6n. La longitud del reflector es ms tolerante que la del director aunque en algunos casos se utilizan estas tolerancias para ampliar el ancho de banda de la antena; es decir con reflectores un poco ms largos y directores un poco ms cortos aumenta el ancho de banda, sin embargo en sentido contrario, el efecto es totalmente daino y anula el comportamiento de la antena.En antenas hasta de 4 elementos, la separacin entre elementos debe estar entre 0.15 a 0.2 aunque en algunos casos se logra una ganancia mayor si el segundo director esta 0.25 del primero, se puede obtener mayor ganancia separando un poco mas el tercero y cuarto elementos hasta un mximo de 0.4. Respecto a la longitud de los elementos, es recomendable que el dipolo sea de /2, el reflector 5% ms largo y el director 5% ms corto. La separacin entre elementos determina la longitud total de la antena la cual tambin juega un papel importante en sus caractersticas.Es interesante observar que la ganancia crece rpidamente para pocos elementos y despus mucho ms lentamente para un nmero grande de parsitos, as vemos que con 3 elementos (1 director y un reflector) la ganancia es 7.5 dB con 5 es 10 dB pero solo 12 dB con 8 elementos, esto nos lleva a la conclusin de la inconveniencia de aumentar el nmero de parsitos indefinidamente, por lo que no se hacen antenas Yagi-Uda de ms de 12 a 15 elementos. Este defecto se debe principalmente a que al aumentar el nmero de parsitos disminuye la resistencia de radiacin del dipolo, y por lo tanto, su campo radiado, por esta razn en muchas antenas Yagi-Uda se utilizan dipolos doblados con el fin de aumentar la resistencia de radiacin.Normalmente para el clculo de estos elementos de antena podemos partir de las siguientes formulas:

Para cada espaciamiento hay que busca la medida ptima del elemento parsito, o sea, que puede ocurrir que tengamos que aumentar o disminuir en un 3 o 5% el reflector o director, segn separacin del dipolo. Al estar el elemento pasivo cerca del dipolo, se produce sobre el una sintona hacia la frecuencia ms alta de la calculada, por lo que se tendr que alargar.

La ganancia mxima se obtiene cuando el elemento parsito acta como director y est a 0.15 longitudes de onda del dipolo. En algunos casos, en vez de la mxima radiacin hacia delante, lo que interesa es aprovechar las propiedades de esta antena y tener otro mximo que afecte a la relacin delante-detrs.Para evitar las interferencias que puedan aparecer detrs de la antena, interesa que el lbulo posterior sea lo ms pequeo posible, cosa que se logra variando la separacin del reflector o directos del dipolo, o bien aumentando o disminuyendo la longitud del reflector o director.

COMO FUNCIONA UNA ANTENA YAGI-UDA.

Por el principio de reciprocidad, se tiene que la propiedades (impedancia, ganancia, etc.) de una antena cualquiera son las mismas tanto en emisin como en recepcin.

1. Antenas de Emisin:

Una antena Yagi-Uda est formada por un elemento alimentado (conectado al emisor o al receptor) formado por un simple dipolo o un dipolo doblado llamado tambin "radiador". La antena tambin tiene uno o varios elementos aislados llamados, elementos parsitos. La corriente que circula en el elemento alimentado irradia un campo electromagntico, el cual induce corrientes en los "elementos parsitos" de la antena. Las corrientes inducidas en esos elementos irradian tambin campos electromagnticos que a su vez inducen corrientes en los dems. Finalmente la corriente que circula en cada uno de los elementos es el resultado de la interaccin entre todos los elementos.

La amplitud y la fase de esa corriente dependen de la posicin y de las dimensiones de cada elemento. El campo electromagntico irradiado por la antena en cada direccin ser la suma de los campos irradiados por cada uno de los elementos. El elemento parsito, situado delante el elemento alimentado y que refuerza el campo hacia adelante, se llama director. Los elementos situados detrs y que refuerzan el campo hacia adelante se llaman reflectores. Generalmente se ponen uno o dos reflectores y uno o varios directores. Se calculan las posiciones y las dimensiones de manera que las fases de las corrientes resultantes sean tales que la adicin de los campos sea mnima hacia atrs y mxima hacia adelante.

2. Antena en recepcin:

Para las antenas receptoras la fase y la amplitud de las corrientes inducidas en los elementos por el campo incidente y los dems elementos hace que la corriente inducida en el elemento alimentado (ahora conectado al receptor) sea mxima para los campos que vienen de delante y mnima para los campos que vienen de detrs.

Ejemplo: Una antena con un elemento alimentado y un solo elemento parsito. Tomaremos como fase de referencia la fase de la corriente que circula en el elemento alimentado. La fase de la corriente que circula en el elemento parsito depender de la distancia entre los dos elementos y de la longitud y dimetro de este ltimo. La amplitud tambin depender de lo mismo pero mucho menos y ser, de todas maneras, de la misma magnitud que la corriente del elemento alimentado.

Polarizacin Cuando la antena Yagi es paralela al plano de la tierra, la componente elctrica de la onda es paralela al plano de la tierra: se dice que tiene polarizacin horizontal. Cuando la antena Yagi es perpendicular al plano de la tierra, la componente elctrica de la onda es perpendicular al plano de la tierra: se dice que tiene polarizacin vertical. En HF, y en VHF en clase de emisin banda lateral nica se prefiere la polarizacin horizontal, y en VHF en clase de emisin frecuencia modulada, la polarizacin vertical.

Impedancia La impedancia de una antena Yagi depende de la configuracin de los reflectores y directores (dimensiones de cada elemento, espaciamiento entre elementos). Habitualmente las antenas se disean para que la impedancia sea de 50 o 75 Ohms, o sea, la impedancia requerida por los equipos conectados a la antena: Antenas de recepcin de televisin: 75 Antenas de emisin / recepcin (por ejemplo, radioaficionados): 50 Antenas de Wifi: 50

Resonancia La Yagi es una antena resonante, o sea, tiene una frecuencia en la cual presenta una resistencia hmica pura.

Alimentacin Para respetar la adecuacin entre la impedancia de la antena y la impedancia de la lnea de transmisin se utilizan distintos tipo de alimentacin. Alimentacin asimtrica por cable coaxial: adaptacin gamma Alimentacin simtrica por cable bifilar: adaptacin delta A veces es necesario interponer un simetrizador o balun para asegurar que la antena Yagi-Uda est correctamente alimentada.

6. PROCEDIMIENTO:1. Establecer las caractersticas de nuestra antena su frecuencia central, ganancia, impedancia.2. Calcular los parmetros de la antena.a. Longitud de onda.b. Nmero de elementos.c. Elemento reflector.d. Distancias de cada elemento.e. Dimetro del tubo de aluminiof. Longitud de los elementos.3. Armar de acuerdo al esquema.

7. CLCULO Y RESULTADOS:SELECCIN DE ELEMENTOS Por razones mecnicas convienen elementos gruesos, mientras que por razones elctricas convienen elementos lo ms finos que sea posible.Un compromiso entre ambos es hacer elementos ahusados, gruesos en el centro y afinndose progresivamente hacia el extremo.CONSTRUCCIN BSICA Aqu se muestra la construccin bsica de una Antena Yagi-Uda, que consta de un elemento director, un elemento reflector y un elemento activo:

La longitud del elemento activo es de /2, es decir, la mitad de la longitud de onda. El elemento reflector es ligeramente ms grande ya que mide 0.55 (es decir, un 5% ms que media longitud de onda o /2) A su vez, el elemento director es 5% ms corto que el elemento activo.

La antena a realizar es la Yagi-Uda, con un ancho de banda que abarca frecuencias desde 2412 MHz hasta 2462 MHz, frecuencias asignadas a los canales del 1 al 13 para la radiodifusin de televisin. Como frecuencia central se eligi 2437 MHz.Para obtener una ganancia de 15 dBi es necesario tener 22 elementos.

CARACTERISTICAS DE LA ANTENALas caractersticas propuestas para realizar el diseo de antena Yagi-Udason lassiguientes: Frecuencia central: 2437 MHz Ganancia (dB):15 dBi Impedancia de entrada:50

CALCULO DE PARAMETROS DE LA ANTENA:De acuerdo a las caractersticas de la antena se ha encontrado los siguientes valores de los parmetros de la antena necesarios para su construccin:

1. Calculamos la longitud de onda:

= c/f = 3x108/ 2437x106 = 0,123 [m]1. De acuerdo a la ganancia total, (15 dB), se tiene que el nmero de elementos ptimos para nuestro diseo.

Nmero de elementos = 22

1. Mediante un programa de computo loopyagi el cual sirve para el clculo de dimetros de los elementos de la antena.

Elemento Dimensiones Distancia desde el reflector1

reflector 1 123mm diametro 0 mm reflector 2 135mm circunferencia 42 mm alimentador 123mm circunferencia 55 mm director 1 114mm circunferencia 70 mm director 2 114mm circunferencia 81 mm director 3 114mm circunferencia 105 mm director 4 114mm circunferencia 129 mm director 5 114mm circunferencia 146 mm director 6 114mm circunferencia 177 mm director 7 114mm circunferencia 225 mm director 8 114mm circunferencia 273 mm director 9 114mm circunferencia 321 mm director 10 114mm circunferencia 369 mm director 11 114mm circunferencia 417 mm director 12 114mm circunferencia 465 mm director 13 110mm circunferencia 513 mm director 14 110mm circunferencia 561 mm director 15 110mm circunferencia 609 mm director 16 110mm circunferencia 657 mm director 17 110mm circunferencia 705 mm director 18 110mm circunferencia 753 mm director 19 110mm circunferencia 801 mm director 20 110mm circunferencia 849 mm director 21 106mm circunferencia 897 mm director 22 106mm circunferencia 945 mm

En la siguiente tabla podemos resumir todo el diseo de la antena:

PARMETRO

Ganancia15 dBi

Frecuencia central de operacin2437Mhz

Elementos totales22

Longitud de onda0,123 m

Zin50

8. MATERIALES Y COMPONENETES: Un tubo de cobre, de 12mm de dimetro. El cable de cobre de 1.5mm de dimetro para los elementos de la antena o directores. La chapa de latn 10m de cable coaxial 50 ohmios Conectores para cable coaxial. Topes9. FACTIBILIDAD ECONMICA.- PRESUPUESTO:La construccin de este tipo de antena demanda un costo bajo, cual se hace accesible a cualquier persona.Costo estimado para la construccin de la antena Yagi-Uda

CantidadImplementoValor Total

1.00 mUn tubo de cobre, de 12mm de dimetro. 5.60

5,00 mEl cable de cobre de 1.5mm de dimetro4.40

1La chapa de latn4.00

10 mCable coaxial 503,25

2 Conectores para cable coaxial0.60

10Topes de plstico0,30

varios7,00

Total25.15

10. CONCLUSIONES: La ganancia de la antena depende de los elementos parsitos, entre mayor cantidad de estos menor impedancia de entrada.

La utilizacin de los materiales reciclables es limitado por motivo de que los clculos son especficos.

La ganancia de la antena depende de los elementos parsitos, entre mayor cantidad de estos menor impedancia de entrada.

Este tipo de antena es muy usado en los lugares donde se necesita mayor alcance de la seal ejemplo parques cruzar un accidente geogrfico etc.

Para la construccin de una antena se debe tener preciso la frecuencia en la cual va a operar la antena operacin de la antena.

De la precisin de los clculos de los parmetros depender la calidad d la antena.

11. BIBLIOGRAFA:

http://es.wikipedia.org/wiki/Antena_Yagi-Uda http://members.fortunecity.com/freddylu/Proyectos/Antenas/Dise.htm http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1lculo_de_antenas http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4040050/Descargas/capseis/yagiuda.pdf http://www.monografias.com/trabajos6/ante/ante.shtml http://www.lw3ewz.com.ar/modules.php?name=News&file=article&sid=515 http://www.todoantenas.cl/tipos-de-antenas.html http://es.wikipedia.org/wiki/Clculo_de_antenas