UNMSM Cassina Muñoz José Martín /Leyva Rojas Jose / Resumen
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Diseño de un Arreglo de Antenas Planares Yagi para
Mejorar la Eficiencia en un Enlace Punto a Punto en el
Rango de los 2.4 GHz
CASSINA MUÑOZ JOSÉ MARTÍN
[email protected]
LEYVA ROJAS JOSE ANIBAL
[email protected]
Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica - UNMSM
Resumen—En el presente trabajo desarrollamos los puntos
más importantes de un arreglo de antenas planares Yagi para
mejorar la eficiencia de un enlace punto a punto en el rango de
los 2.4 GHz. En donde se describen términos comúnmente
utilizados para arreglos de antenas tales como directividad,
factor de arreglo, patrón de radiación, ganancia, etc. Para
posteriormente modelar y simular este arreglo de antenas con los
algoritmos implementados en MMANA-GAL.
Este proyecto sirve para mejorar los enlaces punto a punto
donde las señales sean débiles, usaremos arreglo de antenas
planas Yagi para la recepción y transmisión de datos.
Utilizaremos antenas Yagi ya que en la actualidad tiene gran
uso en lo que respecta a proyectos de comunicaciones
debido a su rendimiento.
Abstract-- In this work we develop the most important points
of an array of Yagi antennas to improve the efficiency of a pointto-point link with digital RF radios in the 915 to 928 MHz band.
Where are detailed the terms used for antenna arrays such such
as directivity, fix factor, gain, etc. To later model and simulate
this system with the algorithms implemented in MMANA-GAL.
Keyworks: Arreglo de Antenas, factor de arreglo, enlace
punto a punto
I. INTRODUCCIÓN
G
racias al avance de las comunicaciones inalámbricas en
la actualidad, ha creado la necesidad de utilizar de manera más
eficiente el medio donde se transmiten las frecuencias de
ondas de radio electromagnéticas; para asi transmitir y recibir
los diferentes tipos de datos, y uno de los factores que nos
permita llevar a cabo este proceso es la antena.
Fig. 1.2 “Antena Yagi alimentada con un dipolo doblado
transversal. La zona negra indica el sitio de conexión al
cable de alimentación [5]”
Normalmente su principio de funcionamiento consiste en
reforzar la radiación en una dirección concreta y suprimirla
en direcciones indeseadas.
La razón principal de utilizar antenas Yagi es que su
configuración nos permite operar a frecuencias de
microondas, además de poseer características de banda
ancha. Donde la característica es el uso del plano a tierra
esto elimina la necesidad de un dipolo reflector, resultando
un diseño compacto.
II. MARCO TEÓRICO
Fig. 1.1 “Geometría de un arreglo de dos elementos separados a una distancia
d [3].”
La mayor ventaja de un arreglo de antenas sobre una antena es
que el lóbulo principal puede ser dirigido en cualquier
dirección cambiando la fase de la corriente de excitación en
cada elemento del arreglo (arreglos de antenas faseados).
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Una vista en 3D de la antena quasi Yagi es mostrada en la figura 2-1,
en la cual podemos notar sus elementos principales: la línea de
alimentación, el balun, la línea CPS, driver (dipolo), director y el
reflector.
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Entre sus principales inconvenientes están [4]:
La complejidad de la red de alimentación.
Las limitaciones de ancho de banda
(principalmente producto a la red de
alimentación).
B. Factor de Arreglo.
Es el diagrama de radiación de un conjunto similar al que se
prevé pero en este caso conformado por elementos no
directivos o isotrópicos. El campo total de un arreglo depende
de la geometría y la fase de excitación, y es igual al campo de
un elemento multiplicado por un factor comúnmente llamado
factor del arreglo (AF):
𝐸𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐸𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 ∗ 𝐸𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑟𝑟𝑒𝑔𝑙𝑜 (1)
Lo cual, es el principio de multiplicación del patrón de
radiación, y es válido para cualquier tipo de arreglo de
elementos idénticos [4].
Fig. 2.1 “Antena quasi Yagi [2].”
A. Características de los arreglos
Normalmente el patrón de radiación de un solo elemento
radiador o antena es relativamente ancho, y cada elemento
aporta valores bajos de directividad (y ganancia). En muchas
aplicaciones es necesario diseñar antenas con una ganancia
mayor a la que brinda un elemento individual para satisfacer la
necesidad de una comunicación a grandes distancias. El
campo electromagnético total de un arreglo es determinado
por la suma vectorial de los campos radiados por los
elementos individuales. Para lograr que el patrón de radiación
sea más directivo es necesario que los campos de los
elementos del arreglo interfieran constructivamente en las
direcciones deseadas y se cancelen en las otras. Esto se puede
lograr mediante cinco maneras de control [4]:
Configuración geométrica del arreglo (lineal, circular,
rectangular, esférico, etc.).
Espacio relativo entre los elementos.
La amplitud de la excitación de los elementos
individuales.
La fase de la excitación de los elementos
individuales.
El patrón relativo de los elementos individuales.
La principal ventaja de utilizar un arreglo es que la
dimensión total de la antena se incrementa sin tener que
incrementar el tamaño de los elementos individuales. Otras
ventajas son [4]:
La flexibilidad de formar un patrón de radiación
determinado.
Alta directividad y ganancia.
La habilidad de proveer un haz capaz de cambiar su
dirección eléctricamente (evitando la rotación
mecánica).
Fig. 2.2 “Multiplicación de patrones [4].”
C. Tipos de alimentación de un arreglo
Existen tres principales formas de estructurar un arreglo según
su manera de alimentar los elementos [2]:
Alimentación paralela: este arreglo tiene el camino
hacia cada elemento del mismo largo y por ende la
amplitud y fase de las corrientes de excitación serán
iguales.
Fig. 2.3 “Alimentación Paralela [2]”
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Alimentación serie: este es un arreglo fácil de
construir pero difícil de diseñar. La onda viaja a
través de la línea de transmisión y cada elemento irá
atenuando cierta potencia en forma de radiación. Se
tiene una impedancia de acople para evitar que
alguna señal se refleje.
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DIAGRAMA DE BLOQUES
La figura 2-3 muestra el diagrama de flujo, que sirve como un
rápido diseño guidline para proyectos de antenas quasi Yagi.
Fig. 2.4 “Alimentación Serie [2]”
Alimentación en el espacio: Se emplea una antena
primaria que emite una radiación que es captada por
las antenas receptoras. Las diferencias entre las fases
se da por la diferencia entre los caminos que cada
onda debe tomar entre la antena primaria y cada una
de las antenas receptoras.
Fig. 2.5 “Alimentación Serie [2]”
D. Balun
La antena Yagi es de tipo balanceada y el cable coaxial es
desbalnceado, debido a esto es necesario utilizar un balun en
el diseño.
Para elegir el correcto se realiza un relación de impedancias
entre la antena y el cable coaxial.
Fig. 2.1 “Diagrama de flujo para el proyecto de antena quasi yagi [2].”
La observación (*) representa que debemos calcular el valor
del balun, teniendo en vista un retardo de 180° en uno de los
brazos de la estructura para realizar el acoplamiento en modo
impar que será transmitido a la línea CPS, y que alimentará al
driver de la estructura.
La observación (**) consiste en colocar valores iniciales de
longitud de onda del driver, del director y las distancias entre
ellos. Son dados por: la longitud del driver λg, y los valores de
λg/2 y de λg/8 para las distancias entre el driver y el reflector
y entre el driver y el director, respectivamente.[2]
III. PRUEBAS Y RESULTADOS
Fig. 2.5 “Diseño de Balun [1]”
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.
IV. CONCLUSIÓN
REFERENCIAS
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
Carlos Iván Tapa Caiza, Trabajo de titulación presentado en
conformidad con los requisitos establecidos para optar el título de
Ingeniero en Redes y Telecomunicaciones :“Implementcion de un
arreglo de antenas Yagi para mejorar la eficiencia en un enlace punto
a punto con radios RF digitales entre Mariscal Sucre y Lasso en el
rango de 915 a 928 Mhz.,”
Universidad: UDLA. Quito-Ecuador, 2019
Katherin Griffi Santos Estrada, Tesis para optar el Título de Ingeniero
de las Telecomunicaciones, que presenta el bachiller: “ANTENAS
PLANARES PARA BEAMFORMING UTILIZANDO ELEMENTOS
QUASI YAGIS,”
Universidad: PUCP. Lima-Perú, Mayo 2013
Edgar Antonio Aquine Kujaruk, Trabajo de Diploma: “Diseño y
simulación de un arreglo de antenas Uda-Yagi con su correspondiente
sistema de alimentación para rtedes Wi-Fi,” Universidad Central
“Marta Abreeu” de Las Villas. Santa Clara-Cuba, 2017
Fidel Valentin Giró Uribazo, Antonio Rafael Selva Castañeda, Yanet
Almaguer Lora, “Diseño y simulación de un arreglo de antenas
microcinta lineal y uniforme a la frecuencia de 2.4 GHz con
variaciones de máximos de radiación” Conferencia: XVI Convencion
internacional de ingeniería eléctrica, en el Hotel cayo Santa maria,
Junio 2015
Neri Vela R., Valiente Montano L.A., Hernandez Solis V.:
“Comparacion analítica de arreglos de antenas Yagi por los métodos
de momentos y multiplicación de patrones” Ing. Invest. Y tecnol.
[online]. 2005, vol.6
Pedro Ruesca. (2016, September 25). Radio Enlace - ¿Qué es un radio
enlace?
Recuperado
de:
http://www.radiocomunicaciones.net/radio/radio-enlace-que-es-unradioenlace/
Programa de Simulacion: .
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