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• Nico Perez

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“Año de la universalización de la salud” Universidad Nacional del Callao Escuela Profesional de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Tarea N° 2 Trabajo de investigación “ ANTENA LOGARITMICA” 

Asignatura: Antenas

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Grupo Horario:01L

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Docente: ING. VALLEJOS LAOS JAIME ALBERTO

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Alumnos:    

Zuloaga Robles Romel Francisco Azáldegui Vegaso Luis Enrique Perez Pimentel Fredy Nicolson Yarasca Jara Cristian Cleder

1413220568 1613215185 1423225761 1523220939

Bellavista, Octubre del 2020 Objetivos generales: Explicar el funcionamiento de la antena logarítmica periódica en las comunicaciones inalámbricas. Objetivos específicos: Describir las características de una antena log-periódica Realizar los cálculos para la construcción de la antena log-periódica Poner en práctica los conocimientos obtenidos. Conocer las ventajas que tiene las antenas logarítmicas. Reseña Histórica: El desarrollo de la tecnología en especial de la electrónica orientada a las telecomunicaciones en las últimas décadas a llevado a los ingenieros a la vanguardia mundial de la ciencia permitiendo que cada día sea una labor más ligada a la solución de problemas que se presentan en cualquier situación. Dentro de los sistemas de telecomunicaciones las antenas han ocupado un lugar muy importante, pues sin ellas las estaciones radioeléctricas no podrían funcionar. Una clase de antenas independientes de la frecuencia llamadas logarítmicas periódicas evolucionaron el trabajo inicial de V.H.Rumsey, J.D.Dyson, R.H: DuHamel,yD.E.Isbell. Introducción: TIPOS DE ANTENAS MÁS USADOS PARA RECEPCIÓN DE TV TERRESTRE Existen numerosos modelos de antenas diferentes, sin embargo, resulta interesante conocer aquellas que se pueden encontrar con mayor frecuencia en instalaciones de televisión.

DIPOLO SIMPLE O DE HERTZ: La antena básica por excelencia la constituye el dipolo Hertz, utilizada directamente o como base de antenas de mayor complejidad. En el diagrama de radiación de esta antena se ve como genera campos electromagnéticos en todas las direcciones, excepto en la del eje que contiene la propia antena, y su dirección de máxima radiación es la perpendicular a este eje.

DIPOLO PLEGADO O DOBLADO Es una variante de la antena de media onda, sus características fundamentales se mantienen, excepto el ancho de banda, que es más elevado, y la impedancia, que se ve incrementada hasta 300 ohmios.

ANTENA LOGARÍTMICO-PERIÓDICA Es una asociación de dipolos de media onda de tamaño y separación progresivamente creciente. La alimentación se distribuye en contrafase entre dos dipolos adyacentes. El resultado es una antena selectiva en la dirección del dipolo de menor tamaño y con un gran ancho de banda. Se utilizaban mucho cuando la televisión era analógica y la señal llegaba en dos bandas de frecuencias distintas, la VHF y la UHF. Una antena de este tipo evitaba tener dos ant antenas distintas, una para cada banda.

ANTENA YAGI La antena más utilizada en la recepción de televisión es la antena Yagi. Está formada por un dipolo al cual se le añaden paralelamente una serie de varillas metálicas. Estas varillas son elementos pasivos, es decir, no están alimentados por la señal, que funcionara como reflector de ondas, por lo que se producirá una reducción del lóbulo de radiación en la dirección en la que se coloque incrementando, ademas, la ganancia del lóbulo contrario. Si utilizamos una varilla ligeramente mas corta, conseguiremos un elemento director, que alargar el diagrama de radiación, haciendo lo mas directivo y con mayor ganancia.

Los Directores dirigen el campo eléctrico.

Los reflectores reflejan el campo eléctrico sobre los directores, para que al dipolo le llegue la mayor cantidad posible de señal.

Los dipolos reciben las alteraciones de las ondas electromagnéticas.

Las antenas mas utilizadas por la TDT son las Yagi, como veras cuando estés dando un paseo por la calle gran parte de ellas serán Yagi y una pequeña proporción serán logarítmicas-periódica.

DEFINICION DE UNA ANTENA LOGARITMICA Una antena log-periódica ( LP ), también conocido como un array-log periódica o logperiódica aérea , es una multi-elemento, direccional de la antena , diseñado para funcionar sobre una amplia banda de frecuencias . La forma más común de la antena log-periódica es la matriz dipolo-log periódica o LPDA , The LPDA se compone de un número de media onda dipolo elementos accionados de aumentar gradualmente longitud, cada uno con sistente en un par de varillas de metal. El LPDA normalmente consiste en una serie de dipolo de media onda "elementos" cada uno compuesto de un par de varillas de metal, posicionados a lo largo un auge de soporte situadas a lo largo del eje de la antena. Los elementos están espaciados a intervalos después de una función logarítmica de la frecuencia, conocido como d o sigma. Los elementos sucesivos disminuyen gradualmente en longitud a lo largo de la pluma. La relación entre las longitudes es una función conocida como tau. Sigma y tau son los elementos clave del diseño del diseño LPDA. El patrón de radiación de la antena es unidireccional, con el lóbulo principal a lo largo del eje de la pluma, el extremo con los elementos más cortos. Cada elemento dipolo es resonante a una longitud de onda

aproximadamente igual al doble de su longitud. El ancho de banda de la antena, la frecuencia de rango sobre el cual se tiene la máxima ganancia, es de aproximadamente entre las frecuencias de resonancia del elemento más largo y más corto.

Cada elemento de la antena LPDA es un elemento accionado, es decir, conectado eléctricamente a la línea de alimentación. Un alambre paralelo la línea de transmisión normalmente se ejecuta a lo largo del brazo central, y cada elemento sucesivo se conecta en frente de fase a la misma. La línea de alimentación a menudo se puede ver en zig-zag a través del auge de soporte de sujeción de los elementos. Otro método de construcción común es utilizar dos brazos de apoyo central de paralelas que también actúa como la línea de transmisión, el montaje de los dipolos sobre los brazos alternos. Otras formas del diseño-log periódica reemplazan los dipolos con la línea de transmisión en sí, formando la antena zig-zag-log periódica. También existen muchas otras formas utilizando el cable de transmisión como el elemento activo.

El Yagi y los diseños LPDA se ven muy similares a primera vista, ya que ambos consisten en una serie de elementos dipolo montados a lo largo de un brazo de soporte. El Yagi, sin embargo, tiene sólo un único elemento accionado conectado a la línea de transmisión, por lo general el segundo de la parte posterior de la matriz, los elementos restantes se parasitaria. La antena Yagi se diferencia de la LPDA en tener un ancho de banda muy estrecha. Diagrama de radiación de una Antena Logarítmica El diagrama de radiación de la antena logarítmica periódica puede ser unidireccional o bidireccional, dependiendo de las estructuras periódicas logarítmicas. Para la antena unidireccional Log-periódica, la radiación hacia el elemento más corto es de una cantidad considerable, mientras que en la dirección hacia adelante, es pequeña o cero.

El patrón de radiación para la antena logarítmica unidireccional se da arriba. Para la antena bidireccional logarítmica periódica, la radiación máxima está en el lado ancho, que es normal a la superficie de la antena.

La figura anterior muestra el patrón de radiación para una antena bidireccional logarítmica periódica. Polarización de una antena logarítmica La antena esta linealmente polarizada, con un patrón bidireccional orientado su lóbulo principal perpendicular al plano de la Antena. La máxima radiación ocurre en la dirección que apunte su vértice. Esto es en las antenas más largos por detrás de la región activa actúan como reflectores y los más cortos como directores. Conforme la frecuencia de operación cambia, la región activa se desplaza a una posición diferente de la antena. La banda de operación la determina las frecuencias a las cuales los más largos y más cortos son resonantes. Las antenas logarítmicas pueden ser unidireccionales o bidireccionales y pueden tener una ganancia directiva de bajo a moderado. Pueden obtenerse también ganancias mayores utilizándolas como un elemento en una arreglo más complicado.

CLASIFICACIÓN Y MODELOS DE ESTE TIPO DE ATENAS La antena logarítmica está formada por una serie de dipolos activos, cada uno sintonizado a una frecuencia distinta, por tanto, es una antena de banda ancha o multibanda. Clasificación: Antena de banda ancha: Con dipolos resonando en diferentes frecuencias estrechas, en una misma antena conseguimos abrir el ancho de banda de la antena. Antena multibanda: Con dipolos resonando en diferentes bandas, podemos obtener una antena capaz de ser multibanda. Modelos

Brazos abiertos  Banda más ancha menos direccional

En “V” cortada invertida  Más direccional  Más ganancia

ANCHOS DE BANDA DE LA ANTENA LOGARÍTMICA La antena logarítmica periódica es una antena de Banda Ancha, ocupada en la recepción de señales de TV y señales de radio FM (capta señales omnidireccionales). Es capaz de recepcionar imágenes instantáneas como fotos o escenas, fijas o en movimiento que ya han sido radiadas por un Tx. El ancho de banda varía dependiendo del uso que se le dé, pero generalmente va en HF, VHF y UHF. Sigla

Ancho de Banda

Descripción

HF

3-30 MHz

Alta Frecuencia

VHF

30-300 MHz

Muy alta Frecuencia

300 MHz – UHF

Ultra alta Frecuencia 3 GHz

Factores que intervienen en el diseño de una antena logarítmica De acuerdo con lo descrito en el capítulo 2, las características que distinguen a las antenas logarítmicas periódicas es que son teóricamente independientes de la frecuencia y son capaces de cubrir grandes intervalos de frecuencia. En esta sección se presenta una descripción detallada del arte de diseño de este tipo de antenas.  La frecuencia máxima de operación  La frecuencia más baja de operación  el ángulo α  Tau: factor de escala τ  Sigma: factor de forma σ  El diámetro de los dipolos  La impedancia del cable o de entrada

Ecuaciones de la antena logarítmica

Hay 9 ecuaciones principales de las cuales determinan o modelan la antena logarítmica El ángulo α puede calcularse aplicando la siguiente ecuación, que es una función de los valores de la constante de espaciamiento relativo σ y de la constante de escalamiento τ.

Frecuencia máxima y mínima del ancho banda deseado. B:es el ancho de banda deseado Fh(fmax),Fl(fmin).

Mientras que el ancho de banda del sistema determina las longitudes del elemento más corto y el elemento más largo de la estructura. El ancho de la región activa depende del diseño específico. Ancho de banda de la región activa se define: Bar: es el ancho de banda de la región activa.

La máxima longitud de onda λmax, se determina mediante la expresión:

C : velocidad de la luz en el vacio(3*108m/s) Fmin: frecuencia mínima. En la práctica, un ancho de banda ligeramente mayor “Bs” es usualmente diseñado con relación al requerido. Los dos están relacionados por:

El número de elementos está determinado por la expresión:

La longitud total de la estructura “L” a partir de la longitud del elemento más corto y de la longitud del elemento más largo viene expresada por:

Para determinar la impedancia característica promedio de los dipolos se dara a partir de la siguiente figura y para la relación L/2a

Esta puede lograrse especificando la impedancia de entrada. Para llevar a cabo esto, definimos una impedancia característica promedio dada por la expresión:

Donde: lmsx/dmsx es la razón longitud a diámetro del elemento n-simo del conjunto PARAMETROS DE LA ANTENA Las características de las antenas dependen de la relación entre sus dimensiones y la longitud de onda de la señal de radiofrecuencia transmitida o recibida. Una antena de tipo logarítmica es una antena cuyos parámetros de impedancia o de radiación son una función periódica del logaritmo de la frecuencia de operación. El diseño de estas antenas se realiza a partir de unas ciertas dimensiones como las dimensiones de un dipolo o la separación que se van multiplicando por una constante. Antena Log Periódica Una antena de tipo logarítmica periódica es una antena cuyos parámetros de impedancia o de radiación son una función periódica del logaritmo de la frecuencia de operación. Con una construcción similar a la de la antena Yagi, solo que las diferencias de longitudes entre los elementos y sus separaciones siguen una variación logarítmica en vez de lineal.

La ventaja de la antena logarítmica sobre la Yagi es que aquella no tiene un elemento excitado, sino que recibe alimentación en todos sus elementos. Con esto se consigue un ancho de banda mayor (mayor cantidad de frecuencias) y una impedancia pareja dentro de todas las frecuencias de trabajo de esta antena. Funcionamiento: La receptora de la señal o su región activa cambia continuamente dependiendo de la frecuencia, donde en la frecuencia más baja de operación, el elemento largo es el resonante y el resto de elementos actúan como directores. En la frecuencia más alta, el elemento más corto resuena y los otros elementos (más largos) actúan como reflectores en el centro de la banda de frecuencia. Antena banda ancha: con dipolos resonando en diferentes frecuencias estrechas, en una misma antena, conseguimos abrir el ancho de banda de la antena. Antena multibanda: con dipolos resonando en diferentes bandas, podemos obtener una antena capaz de ser multibanda. Ventajas: Estas antenas pueden proveer hasta 10 dB más de ganancia que una antena de 1/4 de onda, a la vez que pueden atenuar hasta 30 dB fuentes de interferencia provenientes de otras direcciones. La longitud del elemento horizontal y el número de elementos transversales determinan el ancho de banda y la direccionalidad de la antena. Se utilizan principalmente para transmitir señales de TV, FM y para comunicaciones militares. DISEÑO DE UNA ANTENA LOGARITMICA Diseño y Fabricación de una Antena Log- Periódica 200-1000 MHz por tomar como ejemplo

Fig. Antena Log-Periódica LPDA básica

La Antena Arreglo Logarítmico Periódico de Dipolos (Log-Periodic Dipole Arrays – LDPA) es un grupo de antenas dipolos unidas y alimentadas alternativamente a través de una

línea de transmisión común. Es una antena en banda ancha que mantiene una ganancia e impedancia constante. La antena trabaja en su región activa, que es la porción en la cual está emitiendo o recibiendo radiación eficientemente. La región cambia con la frecuencia.

Fig. 2. Antena LPDA mostrando los parámetros de diseño

Se definen los siguientes parámetros de diseño:     

El ángulo α. Las longitudes de los dipolos Ln. La ubicación de los elementos con respecto al vértice del triángulo, Rn. El espaciamiento entre dipolos σ. La constante de diseño τ, que es la relación entre la longitud de un dipolo o su ubicación con respecto al vértice y la longitud o ubicación del siguiente dipolo.

La figura 2 muestra una LPDA de 5 elementos, cuya operación se realiza de la siguiente manera : Asumiendo que se está operando en una frecuencia en la cual el tercer elemento es resonante, entonces los elementos 2 y 4 son ligeramente más largos y cortos respectivamente que el tercer elemento. Su espaciamiento combinado con el hecho de que la línea de transmisión cambia 180 grados en fase entre elementos permite que estos dos elementos estén en fase y cercanamente (pero no mucho) en resonancia con el tercer elemento. El elemento 4 siendo ligeramente más corto que el elemento 3 actúa como ‘’director’’ cambiando el patrón de radiación ligeramente hacia delante. El elemento 2 siendo ligeramente más corto actúa como ‘’reflector’’ cambiando aún más el patrón de radiación hacia delante.

Fig. 3. Los parámetros τ y σ que en función de la ganancia deseada Los dos factores, tau (τ) y sigma (σ) son los únicos factores que consideramos para el diseño de la LDPA. τ 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. Luego se formulan La Longitud de los Dipolos y La Distancia entre cada uno de ellos, como se muestran en la tabla:

 ZA, resistencia de entrada deseada de la antena.

   

Zo, impedancia característica de la línea de transmisión central. Ro, resistencia de entrada deseada S, espacio de centro a centro de los conductores. D, diámetro promedio de los dipolos.

Fig. 4. Diseño de la Antena LPDA

Fig. 5. Obtención del Patrón de Radiación de la antena LPDA diseñada

Fig. 6. Ejemplo de Una Presentación final de la antena LPDA

Aplicaciones

La aplicación fundamental de las antenas es la transmisión y recepción de información empleando para ello radiación electromagnética. 

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Para codificar la información se emplea una señal base denominada portadora. Esta es una señal de gran potencia y frecuencia capaz de ser emitida por la antena. Sobre la portadora se aplica otra señal, la modulante, que se encarga de transmitir la información propiamente dicha a la portadora. Recepción de canales analogicos y digitales. Se utilizan principalmente para transmitir señales de TV, FM y para comunicaciones militares. Además, también de recepción de TV en VHF, y radiofusiones FM.

EJEMPLO: HyperLink HG2458.08LP, una antena logarítmica periódica de banda ancha que ha sido diseñada para operar entre 2.3 y 6.5 GHz. Este diseño Ultra-WideBand elimina la necesidad de adquirir diversas antenas para cada frecuencia y simplifica la instalación. Observación: Este tipo de antena es recomendado por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) para las estaciones de comprobación técnica de las emisiones. Además, sirven para las personas que necesitan operar en un amplio margen de bandas HF, VHF, UHF dado su propósito.

Conclusiones: 

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La antena logarítmica consiste en una red de dipolos que tienen dimensiones y espaciados que varían en progresión geométrica. En lugares en donde el campo es relativamente elevado o también en servicio móvil, la antena logarítmica puede proporcionar una elección de señal que ningún otro tipo de antena será capaz de conseguir. Queremos dejar en claro que esta antena no solo sirve para recibir sino también para emitir señales, inclusive se puede utilizar en comunicaciones militares y/o civiles. Las antenas logarítmicas periódicas pueden ser unidireccional o bidireccional y pueden tener una ganancia directiva de bajo a moderado.

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Las ventajas del empleo de estas estructuras en diferentes aplicaciones en las telecomunicaciones, son de gran interés por sus potencialidades; lo cual se debe

tener en cuenta en las nuevas técnicas para la optimización de dispositivos emergentes. Referencias Bibliográfica books/sistemas-de-comunicaciones-electronicas-tomasi-4ta-edicion.pdf [1] https://es.scribd.com/document/386307808/ANTENAS-LOGARITMICA-PERIODICA-docx [2] TOMASI-SISTEMAS DE COMUNICACIONES ELECTRONICAS- 4ta edicion Disponible en (http://fernandoarciniega.com/books/sistemas-de-comunicaciones-electronicastomasi-4ta-edicion.pdf) [3] Tuan Ernesto Cordoví Rodríguez , Maikel Pérez Suarez , David Beltrán Casanova, ANTENA ADM-010 PARA LA TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE: ALTERNATIVAS TECNOLÓGICAS PARA SU FABRICACIÓN Disponible en(https://dspace.uclv.edu.cu/bitstream/handle/123456789/9620/4.1-%20Antena %20ADM-010%20para%20la%20TDT.pdf?sequence=1&isAllowed=y&fbclid=IwAR2ZO-78K47ZMAYO3nj789Cczd7CSHh_kAATP47FSqfaoI80UmMaBrg0kk)

[4]

Universidad Nacional de Ingeniería , Antena Logarítmica, David Josué Gaitán Rugama, Luis Alfredo Lezama Moreira, Eduardo Javier Flores, 2007 Disponible en(https://es.slideshare.net/lez06/antena-logaritmica?fbclid=IwAR3uBqy-MyPmDE_V2juODH8ZwtzBtnnbiSODX9fwsTSXGsMhBW3ntTqah8 )

 [5] Universidad distrital Francisco Jose Caldas, Eduardo rojas paya , Carlos Sanchez betiz, TEORÍA DE MODELOS Y DISEÑO DE UNA ATENA LOG-PERIODICA Disponible en (https://red.uao.edu.co/bitstream/10614/3108/1/T0001183.pdf? fbclid=IwAR2X1e9IwkZelWV0U5c6lH40RVRkkluCX9xFRTyaH8JgMaqrN55O4zxiaYw )