EXPOSICION ANTENA YAGUI (26/10/21)

 ANTENA YAGI

Es una antena direccional inventada por el Dr. Hidetsugu Yagi de la Universidad Imperial de Tohoku y su ayudante, el Dr. Shintaro Uda. Esta invención de avanzada a las antenas convencionales produjo que mediante una estructura simple de dipolo, combinado con elementos parásitos, conocidos como reflector y director (es), se obtuviera una antena sencilla y de muy alto rendimiento.

El desarrollo de las antenas directoras se realiza en general basándose en los datos experimentales. El diagrama direccional requerido puede obtenerse con un número diferente de dipolos, diferentes distancias entre ellos, diferentes ajustes de los mismos. Sin embargo, es necesario tender a obtener el diagrama deseado a condición que las dimensiones de la antena sean mínimas.

Las longitudes de los elementos y su separación no son muy críticas, permitiéndose variaciones de longitud y de 1 a 5 % de separación. La longitud del reflector es aproximadamente 5 % mayor que el dipolo y este 5 % mayor que el director. En ocasiones se tiende aumentar el tamaño del reflector y se reduce el tamaño de los directores, aumenta así el ancho de banda de la antena. Si el reflector es menor que el dipolo y este menor que los directores el efecto será totalmente dañino y anula el comportamiento de la misma.

El dipolo no se cuenta como elemento, este es factor imprescindible y se da por entendido su existencia en el diagrama, una antena de un elemento se conforma de dipolo y reflector, la antena de dos elementos de reflector, dipolo y director.

FUNCION DE ELEMENTOS

Las antenas yagi presentan dos tipos de elementos:

1. Elementos de excitación. (Dipolo) Pueden ser activos o excitados, estos se conectan directamente a la línea de transmisión y reciben potencia de la fuente.
2. Elementos parásitos. No se conectan a la línea de transmisión y reciben la energía a través de la inducción mutua. Estos elementos se clasifican en Reflectores y Directores.

Reflector. Elemento parásito más largo que el elemento de excitación. Reduce la intensidad de la señal que está en su dirección e incrementa la que está en dirección del dipolo.

Director(es). Elemento(s) parásito(s) más corto(s) que su elemento de excitación. Incrementa(n) la intensidad del campo en su dirección y la reduce(n) a la dirección del reflector.

GANANCIA

En las antenas de 2 a 4 elementos, la separación aproximada es de 0.15 a 0.2 λ, en algunos casos se logra una ganancia mayor si el segundo director esta 0.25 λ del primero, y aun mayor, separando el tercero y cuarto elementos hasta un máximo de 0.4 λ.

Otro factor importante es la ganancia ya que esta aumenta rápidamente con pocos elementos y lentamente para un número mayor. Con un diagrama de 2 elementos (1 director, dipolo y un reflector) la ganancia es de 5 a 7 dB, con 5 es aproximadamente de 10 dB y de 8 elementos de unos 12 dB, por esta razón no se diseñan antenas Yagi de mas de 12 a 15 elementos. Ya que el aumento de la reactancia de los directores al ir creciendo su número lleva a la disminución de las amplitudes de corrientes entre ellos. Al mismo tiempo disminuye de forma brusca la amplitud de la corriente de los directores situados a gran distancia del dipolo activo.

FORMULAS Y DISEÑOS

Por lo general, las antenas se diseñan para una sola frecuencia, tomando por lo general la frecuencia central de la banda de frecuencia deseada.

El ejemplo muestra los cálculos para una antena de FM (88 – 108 MHz) de 2 elementos, para la frecuencia media 98 MHz.

Para obtener el largo del reflector se utiliza la formula 150 dividido entre la frecuencia (150 / 98 = 153 cm)

El dipolo 143/frecuencia (143 / 98 = 145 cm)
El director 138/frecuencia (138 / 98 = 140 cm)
Distancia entre reflector y dipolo 45 / frecuencia (45 / 98 = 48.9 cm)
Distancia entre dipolo y director 45 / frecuencia (45 / 98 = 48.9 cm)

Medidas para el diseño de antenas de 3 elementos

• Reflector (150/Frecuencia)
  

• Dipolo (143/Frecuencia)
  

• Director1 (138/Frecuencia)
  

• Director2 (134/Frecuencia)
  

• Separación entre Reflector y Dipolo (45/Frecuencia)
  

• Separación entre Dipolo y Director1 (45/Frecuencia)
  

• Separación entre Director1 y Director2 (45/Frecuencia)

Medidas para el diseño de antenas de 4 elementos

• Reflector (150/Frecuencia)

• Dipolo (143/Frecuencia)

• Director1 (138/Frecuencia)

• Director2 (130/Frecuencia)

• Director3 (120/Frecuencia)
  Separación entre Reflector y Dipolo (48/Frecuencia)

• Separación entre Dipolo y Director1 (45/Frecuencia)

• Separación entre Director1 y Director2 (45/Frecuencia)
  

• Separación entre Dipolo y Director1 (60/Frecuencia)

Medidas para el diseño de antenas de 5 elementos

• Reflector (150/Frecuencia)

• Dipolo (143/Frecuencia)

• Director1 (138/Frecuencia)

• Director2 (130/Frecuencia)

• Director3 (125/Frecuencia)
  

• Director4 (120/Frecuencia)
  Separación entre Reflector y Dipolo (48/Frecuencia)

• Separación entre Dipolo y Director1 (30/Frecuencia)

• Separación entre Director1 y Director2 (30/Frecuencia)

• Separación entre Director2 y Director3 (45/Frecuencia)
  

• Separación entre Director3 y Director4 (60/Frecuencia)
  

Tabla de canales de TV, FM y sus frecuencias

Canales Frecuencia en MHz

VHF	desde	hasta
2	54	60
3	60	66
4	66	72
5	76	82
6	82	88
FM	88	108
7	174	180
8	180	186
9	186	192
10	192	198
11	198	204
12	204	210
13	210	216

UHF	desde	hasta	UHF	desde	hasta	UHF	desde	hasta
14	470	476	37	608	614	60	746	752
15	476	482	38	614	620	61	752	758
16	482	488	39	620	626	62	758	764
17	488	494	40	626	632	63	764	770
18	494	500	41	632	638	64	770	776
19	500	506	42	638	644	65	776	782
20.	506	512	43	644	650	66	782	788
21	512	518	44	650	656	67	788	794
22	518	524	45	656	662	68	794	800
23	524	530	46	662	668	69	800	806
24	530	536	47	668	674	70	806	812
25	536	542	48	674	680	71	812	818
26	542	548	49	680	686	72	818	824
27	548	554	50	686	692	73	824	830
28	554	560	51	692	698	74	830	836
29	560	566	52	698	704	75	836	842
30	566	572	53	704	710	76	842	848
31	572	578	54	710	716	77	848	854
32	578	584	55	716	722	78	854	860
33	584	590	56	722	728	79	860	866
34	590	596	57	728	734	80	866	872
35	596	602	58	734	740	81	872	878
36	602	608	59	740	746	82	878	884
83	884	890

PATRON DE RADIACION

El patrón de radiación de una antena Yagi es un diagrama polar que define las direcciones en las cuales se emiten o reciben señales, ocupa un volumen constante y dependiendo de la geometría de dicha antena (y su entorno) es posible orientarlo con el propósito de incrementar la ganancia en una o varias direcciones.

Relacionado con el presente artículo, el diagrama de radiación representa gráficamente la densidad de potencia radiada, en función de la dirección y demás características que lo definen (coordenadas de azimut y de elevación).  La altura de la antena con respecto al suelo, alteran el diagrama de radiación.

Los parámetros de ganancia de una antena definen la cantidad de potencia en la dirección de máxima radiación, tomando como referencia una antena isotrópica ( ganancia en dBi ) o referente a un Dipolo (ganancia en dBd).  La relación pecho-espalda (F/B = Front to back) se expresa en dB y se refiere a la cantidad de potencia que se irradia hacia adelante, respecta a la cantidad que se irradia hacia atrás.

El patrón de radiación está conformado por un lóbulo principal, más los lóbulos secundarios. El ancho del lóbulo principal determina que tan direccional es la antena, cuanto menor sea dicho ángulo (estrecho), mayor será la ganancia en esa dirección.  Los primeros 3dB definen el ancho del lóbulo principal.   Los lóbulos secundarios permiten la comunicación local y definen la cantidad de potencia que se irradia en otras direcciones, donde cada una conforma un ángulo respecto al lóbulo principal.

REQUERIMIENTOS PARA DISEÑAR UNA ANTENA YAGI

El principal factor a considerar es el patrón de radiación requerido. Para determinar longitudes de antenas Yagis, generalmente se emplean cálculos teóricos o personalizados, los cuales garantizan funcionamiento básico, con un patrón de radiación estándar, pero no óptimo. En el ejemplo siguiente se usan constantes para cálculos de antenas Yagis VHF o UHF, con longitudes en centímetros y frecuencias en MHz.