UNMSM Cassina Muñoz José Martín /Leyva Rojas Jose / Resumen 1 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). UNMSM Cassina Muñoz José Martín /Leyva Rojas Jose / Resumen 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. 2 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]” UNMSM Cassina Muñoz José Martín /Leyva Rojas Jose / Resumen 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. 3 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]” UNMSM Cassina Muñoz José Martín /Leyva Rojas Jose / Resumen . 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: . 4
