antena tipo log
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Antena tipo Log-Periódica (LPDA)
Definición:
La antena log-periódica se asemeja a la Yagi en cuanto está formada por dipolos de
diferente longitud y espacios, pero la diferencia fundamental es que todos los dipolos
se alimentan de una sola fuente en el extremo pequeño y la fase de alimentación se
invierte en cada paso. En principio la log periódica es una antena direccional en donde
cada elemento resuena a una frecuencia distinta y en un rango determinado. La unión
de todos estos elementos resonantes a diferentes frecuencias en una disposición
logarítmica de antena, hace que se pueda construir un sistema resonante con un gran
ancho de banda.
Se utilizan principalmente para las comunicaciones de HF y de VHF y, dado que no
tienen una impedancia final, son más eficientes. Con frecuencia, las antenas de TV
anunciadas como de “alta ganancia” o “alto rendimiento” son antenas logarítmicas
periódicas.
La relación de ancho de banda es el de la frecuencia más alta con la frecuencia más
baja en la cual puede operar satisfactoriamente una antena. El diseño de una antena
logarítmica periódica consiste de un patrón geométrico básico que se repite, pero con
un tamaño diferente.
La región activa del arreglo proviene de los pocos dipolos que son de longitud próxima
a media longitud de onda. Las corrientes en estos dipolos son mucho más intensas
que en el resto de los elementos .Las corrientes en el extremo de dipolos son mucho
más despreciables dentro de la banda de operación de las frecuencias para los que la
antena es eficazmente infinita.
Principales características:
1. Es del tipo direccionales al igual que las antena Yagi.
2. Su diagrama de la radiación posee un gran ancho de banda.
3. Es menos sensible a los cambios climáticos.
4. Esta antena se usa a menudo para aplicaciones donde un diagrama de la
radiación que se necesita es exacto.
5. La frecuencia más baja es determinada por el elemento más largo.
6. La frecuencia más alta es determinada por el elemento más corto.
7. Es la evolución de las antenas Yagi.
Diagrama de Radiación
El diagrama de radiación se identifica con la antena que trasmite, las mismas
propiedades aplican a una antena en el modo de recepción. Esto se debe a que las
antenas son dispositivos recíprocos, esto es que radian o captan energía
electromagnética de la misma manera. El diagrama de radiación es peculiar al tipo de
antenas, a sus características eléctricas y a sus dimensiones físicas.
La línea de transmisión se cruza entre los puntos de alimentación de pares adyacentes de dipolos. El patrón de radiación para una antena logarítmica periódica básica tiene radiación máxima hacia afuera del extremo pequeño. La longitud de los dipolos y su espaciado están relacionados de tal forma que los elementos adyacentes tienen una relación constante entre sí. Las longitudes y los espaciados del dipolo están relacionados por la fórmula.
Los extremos de los dipolos se encuentran a lo largo de una línea recta, y el ángulo donde se encuentran está designado como α. Para un diseño típico, τ = 0.7 y α = 30°.
Diseño de la antena:
Los dos factores, tau ( ) y sigma (σ) son los únicos factores que consideramos para
el diseño de la antena. Es la razón de la longitud de un elemento con su vecino
próximo más largo. Sigma es conocida como el espaciamiento constante relativo con
el cual se determina el ángulo del vértice de la antena la cual condiciona la longitud del
mástil de la antena conforme al número de elementos calculado. Para el diseño de la
antena logarítmica algunos valores van a hacer constantes a determinadas
frecuencias de operación la ganancia ya establecida.
Alguno valores estándares para determinadas ganancias
Cálculos Matemáticos Para su Diseño
A una frecuencia en corte en alto ( = )y una frecuencia en corte en bajo (
) y una ganancia de la antena de 8DBi .
=0.157
=0.865
=
1)
Aplicando 1) = 12.132 0
Para calcular el factor B (ancho de banda deseado)
2) , =2
Calculando ahora el ancho de banda en la región activa.
3) . Obtenemos:
= 1.753
El siguiente paso será calcular la longitud de onda máxima que tendrá la antena log-
periódica.
4) , =1.5metros.
La siguiente parte de los cálculos se podría decir que es la más importante ya que se
tomarán en cuenta todos los datos anteriormente encontrados para dar forma física a
los elementos del diseño.
Calcularemos el ancho de banda para nuestro diseño
5) , = 3.506
Calculando la longitud del eje o mástil (teórico) la obtendremos de la siguiente
ecuación:
6)
=1.24mts.
Una vez encontrada la longitud del mástil sin agregar el área de los directores
calcularemos el número de elementos que llevara la antena. Para esto aplicaremos:
7)
= 9.65 ≈10 elementos.
La antena tendrá diez elementos con orden de tamaño descendente.
Para la longitud máxima del dipolo de la antena la calcularemos con la siguiente
ecuación:
8) , = 0.75mts.
Para calcular la impedancia característica de la antena que incluye todos los
elementos está determinada por:
9) =254.001
254 .
Ya hemos calculado todos los parámetros matemáticos faltando definir la longitud y
separación de los dipolos que a continuación se determinaran.
Los cálculos consisten que el dipolo más largo el cual ya calculamos se multiplicara
por el factor sucesivamente hasta llegar al número de elementos.
Para calcular la distancia entre los directores se seguirá el siguiente formato, la
distancia entre el dipolo 1 y 2 será igual a 2 veces el factor multiplicado por la
longitud del dipolo.
Al sumar todas las distancias entre los directores la distancia da 1.26 de los 1.24 que
da la longitud del mástil real.
Para calcular la longitud real del mástil se suman a los 1.24mts (L teórica del mástil).
La suma de todos los diámetros de c/u de los directores obteniendo así:
10) =
Ahora calcularemos la relación que existe entre la impedancia de la línea de
alimentación o impedancia característica de los elementos de la antena para el
dipolo y la resistencia de entrada.
11.)
= 2.032
De acá mediante tabla comparativa calculamos la impedancia del salida
aproximada de la antena pero para esto primeramente debemos calcular el siguiente
factor conocido como espacio medio relativo porque él es que describe la curva
característica de la gráfica.
Aplicando la ecuación 10) obtenemos:
12.) = 0.168
Entonces podemos decir que = = 200 .
Aplicando 11) obtenemos el valor de S que es el espacio entre los directores.
13.)
0.026mts.= 2.6cm.
Estos son los principales parámetros que físicamente pueden ser comprobados en la
antena una vez hecho el cálculo de los mencionados. Habiendo determinado todos los
parámetros anteriores conocemos el comportamiento de la antena y a partir de eso
sabremos su aplicación ideal.
Entre las características físicas de la antena es que posee 1.344mts. El mástil es de
aluminio cuadrado de 1 pulgada cuadrada. Aislado por láminas plásticas, además se
trabajo con un acoplador de impedancia SO-239 el cual es el especial para antena
VHF.
Representación grafica de la conexión entre los dipolos
Representación grafica del ángulo de abertura
Antenas Tipo Lazo
La antena de lazo es un cable de radiación de una o más vueltas, arrolladas normalmente núcleos de ferrita, o de aire. Existe una ancha aplicación en rastreadores de señal, receptores en aviones y transmisores de UHF. Las antenas de lazo se pueden derivar de un número diferente de configuraciones. Son antenas diseñadas para espacios reducidos y trabajan bajo el principio de la diferencia de la tensión inducida por la corriente que circula alrededor de la antena. Estos valores pueden ser extremadamente pequeños en amplitud y cualquier antena de lazo requiere una ampliflicación de la señal; un valor típico es de 25 dB. Está hecha de una o más vueltas de alambre en un marco, el cual puede ser rectangular, triangular o circular. Esta antena es útil por dos razones: (1) es relativamente compacta y compatible con receptores portátiles y (2) es totalmente dirigible. La antena se diseña principalmente para las bandas VHF, y aquellas entre 10KHz y 8 MHz (VLF y HF). Con respecto a las antenas dipolo se tienen las siguientes ventajas:
Tamaño pequeño Fácil construcción Resultados comparables a un dipolo Acople directo a coaxial de 50 Ohm.
Y las siguientes desventajas:
Reducido ancho de banda (Q Alto) Alta tensión sobre el condensador de sintonía. Necesaria sintonización de precisión remota.
Los rangos de frecuencia en los que generalmente se aplican las antenas de lazos van desde 3Mhz (HF) en adelante y pueden ser de dos tipos; eléctricamente grandes para los cuales su longitud total (numero de vueltas por perímetro) es más o menos similar a la forma de onda, y eléctricamente pequeñas las cuales su longitud total es menor que la décima parte de la longitud de onda.
Las antenas de lazo por lo general son deficientes en modo emisor debido a que tienen muy baja resistencia de radiación, por esto son usadas comúnmente en modo receptor donde prima más la relación señal-ruido que la misma eficiencia de la antena y como es el caso para medidores de campo magnético
La antena consiste en un circuito LC (sintonizado). Los campos magnéticos de alta-frecuencia inducen corrientes en la espira, y éstos son (pasivamente) amplificados por el circuito resonante LC a la frecuencia de sintonización. La reacción es máxima si el flujo de líneas de campo a través del núcleo, que es, el eje del centro, es perpendicular a la dirección del transmisor, y mínimo si el eje apunta en la dirección del transmisor. Las antenas de Lazo hecho de varias vueltas de alambre alrededor de un marco rectangular fueron populares para los primeros modelos de radio con la antena montada en la parte de atrás de estos actualmente han sido remplazados por pequeñas antenas de núcleo de ferrita. Las antenas de lazo forman un tipo de antena que ofrece simplicidad, bajo costo y flexibilidad. Las antenas de lazo pueden tener una forma circular, cuadrada, rectangular, triangular, elíptica, hexagonal u octagonal.
Las antenas de forma cuadrada son relativamente fáciles de construir comparada con las otras formas (incluyendo la circular). El lazo cuadrado no es solamente mecánicamente más fácil de construir, sino que se desempeña casi completamente igual a las antenas de lazo circulares del mismo tamaño.
Una antena de lazo es una antena de circuito cerrado que es una en el cual un conductor forma dentro una o más vueltas así que sus dos extremos están cerca. Los lazos se pueden dividir en dos clases generales, uno en el que la longitud del conductor y la máxima dimensión lineal de una vuelta son muy pequeñas comparadas con la longitud de onda, y uno en el que la longitud del conductor y la dimensión del lazo comienzan a ser comparables con la longitud de onda.
La figura muestra la antena de lazo cuadrada básica, con las caras de longitud A, la profundidad B es la anchura de las bobinas, coplanarias o de planar paralelo con respecto a cada uno (se muestra el caso planar paralelo).
