INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA

Y ELECTRICO UNIDAD ZACATENCO

NOMBRE:
KARLA YULISSA HERRERA VARGAS

TEMA:

“CONDICIONES PARA UN ELEMNTO PARASITO Y UN

ELEMENTO DIRECTOR”

GRUPO:
5CM1

PROFESOR:
BOTELLO GARCIA JOSE CARMEN

MATERIA:
TEORIA DE RADIADORES
CONDICIONES PARA UN ELEMNTO PARASITO Y UN ELEMENTO
DIRECTOR.

ELEMENTOS PASIVOS.

Son elementos no activos, es decir que no se conectan directamente

a la línea de transmisión y reciben la energía a través de la
inductancia mutua. Estos elementos pueden ser:

• Reflectores: es el elemento más largo que el elemento de

excitación (dipolo). Reduce la intensidad de la señal que se
encuentra en su dirección e incrementa la que se dirige en la
dirección opuesta.

• Director: es el elemento parasito más corto que el elemento de

excitación. Incrementa la intensidad del campo en su dirección
y la reduce en la dirección opuesta.

ELEMENTO PARÁSITO.

Un elemento parásito es un conductor que se ubica en forma paralela

al dipolo de media onda o “irradiante”, a una distancia apropiada y
posee una longitud adecuada. Es decir, no es cualquier distancia, ni
cualquier medida. Por ejemplo, una ventana metálica no favorece
ningún rebote de señales para alcanzar una mejor recepción, ni
favorece la transmisión en el sentido en que las ondas de radio
puedan “rebotar” en la estructura de metal. No tiene nada que ver
con el ejemplo anterior.

Los elementos parásitos deben estar construidos de manera adecuada

para cumplir una misión funcional. De lo contrario, el efecto será
más frustrante que fructífero. Por supuesto, hay soluciones para
nada ortodoxas que entregan un desempeño maravilloso. En el campo de
la captura de señales Wi-Fi o Bluetooth, algunos elementos de cocina
son muy utilizados para mejorar el alcance de los enlaces. Sin
embargo, para el caso de las antenas Yagi (nombre popular), que es
la antena que utiliza estos elementos para su construcción, utiliza
las medidas de los elementos que la componen y su ubicación en el
espacio, respecto al irradiante, deben ser respetadas para lograr
los desempeños esperados.

Es un elemento conocido como reflector es también pasivo y

proporciona ganancia de potencia en el sentido dirigido desde el
irradiante hasta él. Siempre es más largo que el elemento activo.
Para el caso de la
construcción de la antena
(YAGI), se coloca en la
parte trasera del elemento
accionado (El dipolo). Su
frecuencia de resonancia es
menor, y su longitud es de
aproximadamente 5 % más
largo que el elemento
accionado. Su longitud puede
variar dependiendo de la
separación y el diámetro del
elemento. La separación del
reflector será de entre 0,1 y 0,25 de longitud de onda de longitud
de onda. Es el espaciamiento dependerá de la ganancia, ancho de
banda, la relación F / B, y requisitos del modelo de lóbulo lateral
de la antena de diseño final.

Con un diseño adecuado de los elementos parásitos pueden conseguir

diagramas de radiación de tipo longitudinal bastante directivos, el
caso más simple de agrupación con elementos parasito es el formado
por un dipolo activo y uno parasito. Si el dipolo activo es de media
onda (𝜆/2), puede obtenerse tres tipos de diagrama de la agrupación
según sea la longitud del dipolo parásito ligeramente superior, igual
o ligeramente inferior a la del activo. En la siguiente imagen se
observan los diagramas de radiación según du tipo de agrupación.
ELEMENTO DIRECTOR.

Se llama elemento director a un elemento pasivo que proporciona

ganancia en el sentido dirigido desde él hacia el elemento activo o
irradiante y por lo general, es más corto (en longitud) que éste.

Estos elementos hacen que la onda siga el camino correcto hasta

llegar al elemento conductor. También influyen sobre la impedancia
de la antena.

El director es resonante
ligeramente superior en
frecuencia que el elemento
accionado, y su longitud
será de aproximadamente 5 %
más corto, progresivamente
que el elemento accionado.
La longitud directora puede
variar, dependiendo de la
distancia entre el director,
el número de elementos
utilizados en la antena, el
patrón deseado, ancho de
banda patrón y el elemento
diámetro. El número de directores que se pueden utilizar están
determinadas por el tamaño físico (longitud) de la pluma de apoyo
que necesita su diseño. El director / s se utilizan para proporcionar
la antena con patrón direccional y la ganancia. La cantidad de
ganancia es directamente proporcional a la longitud de la red de
antenas y no por el número de directores utilizados. El espaciamiento
de los directores puede variar de 0,1 longitud de onda a longitud de
onda de 0,5 o más y dependerá en gran medida de las especificaciones
de diseño de la antena.

IMPEDANCIA MUTUA ENTRE ELEMENTOS LINEALES

La presencia de un obstáculo, que podría ser otro elemento, alteraría

la distribución de la corriente, el campo radiante y, a su vez, la
impedancia de entrada de la antena. Por lo tanto, el rendimiento de
la antena depende no solo de su propia corriente sino también de la
corriente de los elementos vecinos. Para elementos resonantes sin
excitación de corriente propia, podría haber una corriente
sustancial inducida por radiación de otra fuente. Estos se conocen
como elementos parásitos, como en el caso de una antena Yagi-Uda y
juegan un papel importante en el rendimiento general de todo el
sistema de antena. El diseñador de antena, por lo tanto, debe
considerar la interacción y los efectos mutuos entre los elementos.
La impedancia de entrada de la antena en presencia de otros elementos
u obstáculos, que se denominará impedancia del punto de conducción,
depende de la auto impedancia (impedancia de entrada en ausencia de
cualquier obstáculo u otro elemento) y la impedancia mutua entre el
elemento impulsado y los otros obstáculos o elementos.
Para simplificar el análisis, se supone que el sistema de antena
consta de dos elementos. El sistema puede representarse mediante una
red de dos puertos (cuatro terminales), como se muestra en la figura
8.18, y mediante las relaciones voltaje-corriente:

Donde

Red de dos puertos y su T -equivalente.

Las impedancias Z11 y Z22 son las impedancias de

entrada de las antenas 1 y 2, respectivamente,
cuando cada una está radiando en un medio sin
límites. La presencia de otro elemento modifica la
impedancia de entrada y la extensión y naturaleza
de los efectos (1) el tipo de antena, (2) la
ubicación relativa de los elementos, y (3) el tipo
de alimentación utilizada para excitar los elementos.
Z1d y Z2d representan las impedancias del punto de conducción de las
antenas 1 y 2, respectivamente. Cada impedancia del punto de
conducción depende de la relación actual I1 / I2, la relación mutua
impedancia, y la impedancia de auto-entrada (cuando se irradia a un
medio sin límites). Al intentar hacer coincidir cualquier antena, es
la impedancia del punto de conducción lo que debe ser emparejado Es,
por lo tanto, evidente que la impedancia mutua juega un papel
importante en el funcionamiento de una antena y debe ser investigado.
Sin embargo, el análisis asociado a ella suele ser bastante complejo
y solo se pueden examinar modelos simplificados con el método de fem
inducido. Las técnicas de Método Integral de Ecuación-Momento pueden
ser utilizado para geometrías más complejas, incluyendo arreglos
sesgados de elementos. Con referencia a la figura 8.19, el voltaje
inducido de circuito abierto en la antena 2, referido a su corriente
en los terminales de entrada, debido a la radiación de la antena 1
viene dada por:

Donde
Ez21 (z ') = componente del campo E irradiado por la antena 1,
que es paralelo a la antena 2
I2 (z ') = distribución de corriente a lo largo de la antena 2

Posicionamiento de dipolo para acoplamiento mutuo.

ACOPLAMIENTO EN EL MODO DE TRANSMISIÓN
Para simplificar la discusión, supongamos que dos antenas m y n de
una matriz están posicionadas una respecto de la otra como se muestra
en la figura 8.25 (a). El procedimiento puede extenderse a una
cantidad de elementos. Si se conecta una fuente a la antena n, la
energía generada que viaja hacia la antena etiquetada como (0) se
irradiará al espacio (1) y hacia la m-ésima antena (2). El incidente
de energía en la antena número establece corrientes que tienden a
repoblar parte de la energía (3) y permite que el resto viaje hacia
el generador de m (4). Parte de la energía retro dispersada (3) puede
redirigirse hacia la antena n (5). Este proceso puede continuar
indefinidamente. El mismo proceso tendría lugar si la antena m se
excita y la antena n es el elemento parásito. Si ambas antenas, m y
n, se excitan simultáneamente, los campos irradiados y retro
dispersados por y desde cada uno deben agregarse vectorialmente para
llegar al campo total en cualquier punto de observación. Por lo
tanto, "la contribución total al patrón de campo lejano de un
elemento particular en la matriz depende no solo de la excitación
proporcionada por su propio generador (la excitación directa) sino
también de la excitación parásita total, que depende de los
acoplamientos de y la excitación de los otros generadores".
La onda dirigida desde la antena n a la m y finalmente hacia su
generador (4) se agrega vectorialmente a las ondas incidente y
reflejada de la antena m, mejorando así el patrón de ondas
estacionarias existente dentro de m. Para excitaciones coherentes,
la onda acoplada (4) debida a la fuente n difiere de la reflejada en
m solo en fase y amplitud. La manera en que estas dos ondas
interactúan depende del acoplamiento entre ellas y la excitación de
cada una. Es evidente entonces que la suma de vectores de estas dos
ondas influirá en la impedancia de entrada que mira en los terminales
de la antena m y será una función de la posición y excitación de la
antena n. Este efecto de acoplamiento se modela comúnmente como un
cambio en la impedancia de excitación aparente de los elementos y
generalmente se denomina variación de impedancia mutua.
Para demostrar la utilidad de la variación de la impedancia de
manejo, supongamos que un conjunto de elementos en el sistema está
excitado. Para un elemento dado en la matriz, la impedancia del
generador que es óptima en el sentido de maximizar la potencia
radiada para ese elemento es la que sería una coincidencia de
impedancia conjugada en los terminales del elemento. Esto se logra
al establecer una onda reflejada que es igual en amplitud y fase a
las ondas de viaje hacia atrás inducidas debido al acoplamiento.
Aunque esta no es la impedancia del generador que coincide con un
elemento dado cuando todos los demás elementos no están excitados,
sí logra la máxima transferencia de potencia.

Rutas de acoplamiento del modo de transmisión y recepción entre las antenas m y n.

ANTENA YAGI-UDA
El array Yagi-Uda se puede resumir diciendo que su rendimiento se
puede considerar en tres partes:
1. La disposición del alimentador reflector
2. El alimentador
3. Las filas de directores
Se ha concluido, numérica y experimentalmente, que el espaciado y el
tamaño del reflector tienen (1) efectos insignificantes en la
ganancia directa y (2) efectos grandes en la ganancia hacia atrás
(relación adelante-atrás) y la impedancia de entrada, y pueden se
utilizará para controlar u optimizar los parámetros de la antena sin
afectar significativamente la ganancia. La longitud y el radio del
alimentador tienen un efecto pequeño en la ganancia directa pero un
gran efecto en la ganancia hacia atrás y la impedancia de entrada.
Su geometría generalmente se elige para controlar la impedancia de
entrada que más comúnmente se hace real (elemento resonante). El
tamaño y el espaciado de los directores tienen un gran efecto en la
ganancia directa, la ganancia hacia atrás y la impedancia de entrada,
y se consideran los elementos más críticos de la matriz.
Los arreglos Yagi-Uda son bastante comunes en la práctica porque son
livianos, fáciles de construir, de bajo costo y ofrecen
características moderadamente deseables (incluido un haz
unidireccional) para muchas aplicaciones. El diseño para una pequeña
cantidad de elementos (típicamente cinco o seis) es simple, pero el
diseño se vuelve bastante crítico si se usa una gran cantidad de
elementos para lograr una alta directividad. Para aumentar la
directividad de una matriz Yagi-Uda o para reducir el ancho del haz
en el plano E, se pueden usar varias filas de matrices Yagi-Uda para
formar una antena de cortina. Para neutralizar los efectos de la
línea de transmisión de alimentación, generalmente se usa un número
impar de filas.
➢ OPTIMIZACIÓN:
Las características de radiación de la matriz se pueden ajustar
controlando los parámetros geométricos de la matriz. Esto se
demostró en las Figuras 10.23 y 10.24 para la matriz de 15
elementos que usaba longitudes uniformes y producía variaciones
uniformes en los espaciamientos. Sin embargo, estas y otras
características de la matriz pueden optimizarse mediante el
uso de longitudes y espaciamientos de directores no uniformes
entre los directores. Por ejemplo, el espacio entre los
directores se puede variar manteniendo el espacio entre el
reflector y el excitador y las longitudes de todos los elementos
constantes. Tal procedimiento fue utilizado por Cheng y Chen
para optimizar la directividad de una matriz de seis elementos
(cuatro directores, reflector, excitador) utilizando una
técnica de perturbación. Los resultados de la matriz inicial y
la optimizada (perturbada) se muestran en la Tabla 10.1. Para
la misma matriz, permitieron que todas las separaciones varíen
mientras se mantienen constantes todos los demás parámetros.
Los resultados se muestran en la Tabla 10.2. Otro procedimiento
de optimización es mantener las distancias entre todos los
elementos constantes y variar las longitudes para optimizar la
directividad. Los resultados de una matriz de seis elementos
se muestran en la Tabla 10.3. La última optimización es variar
tanto los espaciamientos como las longitudes. Esto fue logrado
por Chen y Cheng por lo que primero optimizaron la matriz
variando el espaciado, manteniendo las longitudes constantes.
Esto fue seguido, en el mismo conjunto, con perturbaciones en
las longitudes, manteniendo constante la separación optimizada.
Los resultados de este procedimiento se muestran en la Tabla
10.4 con los correspondientes patrones de campo lejano del
plano H (θ = π / 2, φ) que se muestran en la figura 10.25. En
general, se observan mejoras en la directividad y la proporción
de frente a frente. La optimización ideal será permitir que
las longitudes y espaciamientos varíen simultáneamente.
 Patrones de antena de amplitud normalizada de matrices Yagi-Uda de seis
elementos iniciales, perturbadas y óptimas.

➢ PROCEDIMIENTO DE DISEÑO:
Se ha publicado un documento gubernamental [31] que proporciona
datos exhaustivos de investigaciones experimentales llevadas a
cabo por la Oficina Nacional de Normas para determinar cómo el
diámetro del elemento parásito, la longitud del elemento, las
separaciones entre elementos, las barras de soporte de
diferentes áreas transversales, diversos reflectores, y la
longitud total afecta la ganancia medida. Numerosos datos
gráficos se incluyen para facilitar el diseño de diferentes
antenas de longitud para obtener la ganancia máxima. Además,
se presentan los criterios de diseño para apilar matrices Yagi-
Uda, ya sea una encima de la otra o una al lado de la otra. Se
ha establecido un procedimiento de diseño paso a paso para
determinar los parámetros geométricos de una matriz Yagi-Uda
para una directividad deseada (sobre la de un dipolo λ / 2
montado a la misma altura sobre el suelo). Los gráficos
incluidos solo se pueden usar para diseñar matrices con
longitudes globales (desde el elemento reflector hasta el
último director) de 0.4, 0.8, 1.2, 2.2, 3.2 y 4.2λ con las
directividades correspondientes de 7.1, 9.2, 10.2, 12.25, 13.4
y 14.2 dB, respectivamente, y con una relación de diámetro a
longitud de onda de 0.001 ≤ d / λ ≤ 0.04. Aunque los gráficos
no cubren todos los diseños posibles, sí aceptan la mayoría de
las solicitudes prácticas. El elemento conducido utilizado para
derivar los datos era un dipolo doblado λ / 2, y las mediciones
se llevaron a cabo a f = 400 MHz. Para que el lector esté al
tanto del procedimiento, se describirá mediante el uso de un
ejemplo. El procedimiento es idéntico para todos los demás
diseños en frecuencias donde los datos incluidos pueden
acomodarse a las especificaciones.
La base del diseño son los datos incluidos en:
1. Tabla 10.6 que representa parámetros de antena
optimizados para seis longitudes diferentes y para un d
/ λ = 0.0085
2. Figura 10.27 que representa el director no compensado y
las longitudes del reflector para 0.001 ≤ d / λ ≤ 0.04
3. La figura 10.28 que proporciona el aumento de la longitud
de compensación para todos los elementos parásitos
(directores y reflectores) en función de la relación de
amplitud de onda a onda 0.001 ≤ D / λ ≤ 0.04
La información especificada suele ser la frecuencia central,
la directividad de la antena, las relaciones d / λ y D / λ, y
es necesario para encontrar las longitudes óptimas del elemento
parasitario (directores y reflectores). El espacio entre los
directores es uniforme, pero no el mismo para todos los diseños.
Sin embargo, solo hay un reflector y su espaciado es s = 0.2λ
para todos los diseños.
Curvas de diseño para determinar las longitudes de los elementos de las matrices Yagi-Uda.

Aumento de la longitud óptima de los elementos parásitos en función del diámetro del brazo metálico.
REFERENCIAS:

ANTENNA THEORY
ANALYSIS AND DESIGN
THIRD EDITION
CONSTANTINE A. BALANIS
A JOHN WILEY & SONS, INC., PUBLICATION
CAPÍTULO 10

➢ https://es.slideshare.net/antenared/estudio-de-la-
influencia-de-elementos-parsitos-en-el-valor-del-roe-de-
una-antena-yagui-uda-en-la-banda-de-vhf
➢ https://www.neoteo.com/antena-yagi/
➢ http://10sd156.blogspot.com/2014/04/descripcion-general-
de-la-antena-yagi.html
➢ https://es.slideshare.net/Arkso/antenas-yagi-uda-8639115
➢ https://es.calameo.com/books/001292451cc7130063b75
• https://es.calameo.com/read/001292451cc7130063b75