Antena Yagi Uda

Antena Yagi Uda

La antena Yagi Uda. 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.

Generalidades

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.

Función de los 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 diseño

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

Perdida de señal

Otro factor que hay que tener en cuenta al seleccionar e instalar una antena es el de la pérdida de la señal. Una antena debe instalarse tan lejos como sea posible de los objetos metálicos, chimeneas, paredes, y de la rama de los árboles que absorben las ondas de radio reduciendo, la intensidad de la señal que llegar a la antena. Una antena floja o que se balance puede causar desvanecimiento de la señal.
Las torres de comunicación como telefónicas, transmisores y repetidores de radios, televisión u otras que se encuentren intermedias entre la antena y el transmisor o repetidor deseado.
Las estructuras metálicas que actuaran como un "escudo" frente a las señales como puentes o edificios cuya estructura contiene un alto contenido de metales
También aumentará la pérdida de señal si hay mucha resistencia en el circuito de antena, para reducir la resistencia, todas las uniones y conexiones deben soldarse cuidadosamente y siempre que sea posible, la antena y la línea de transmisión debe de estar formado por ambos conductores sin uniones. Al igual que el aislamiento de la antena del mástil proporciona una protección para las señales de modo que no escapen a tierra.

Relación Señal – Ruido

Una consideración importante relativa a la instalación de una antena es el ruido. El ruido consiste en ondas de radio de muchas frecuencias que pueden ser producidas por aparatos electrónicos o por perturbaciones eléctricas naturales. Los aparatos que frecuentemente producen ruidos son ascensores, heladeras, los sistemas de ignición de los automóviles, equipos electrodomésticos como aspiradoras, lavadoras, ventiladores, computadoras, luces fluorescentes, Televisores, hornos microondas, termostatos. Etc.
Las Industrias como las centrales eléctricas, azucareras u otras que empleen equipos eléctricos de gran taño, alto consumo eléctrico y que generen ruidos. Las líneas de conducción de energía eléctrica. Otros equipos son los de electromedicinas tales como rayos X. y de diatermia.

Reducir al máximo las interferencias

Colocar la antena en ángulo recto con las líneas de distribución de energía eléctrica.
Aumentar la altura de la antena tanto como las consideraciones de orden práctico lo permitan, elevando así la intensidad de la señal.
Usar una buena conexión a tierra si el receptor no requiere, una toma de tierra en malas condiciones puede captar ruido, esta deberá ser tan corta como sea posible y alejada de dispositivos productores de ruido. Una buena conducción a tierra debe estar hecha de cable con aislamiento de goma, con el mayor diámetro posible.

Línea de alimentación

Para la selección de la línea de alimentación, se debe tener en cuenta el tipo de dipolo utilizado por la antena, para el caso de un dipolos no simétrico se utiliza una línea no simétrica (cable Coaxial), donde el revestimiento del coaxial se une a la superficie conductora tierra y el conductor interno al dipolo.
El tipo de línea de alimentación de una antena simétrica se escoge según su gama de trabajo. La alimentación más natural del dipolo simétrico se realiza por línea simétrica.
En caso del régimen de trabajo, las corrientes (tensiones) en los puntos correspondientes de los conductores de la línea son iguales en amplitud y contrarias en fase. Un dipolo simétrico con línea simétrica de igual impedancia trae como resultado que los brazos del dipolo se exciten cofásicamente y las amplitudes de las corrientes en ellos sean iguales, brindando una buena recepción de la señal.
Sin embargo se recomienda el uso del cable coaxial ya que el cable simétrico no presenta blindaje siendo susceptible a las interferencias. Otra desventaja del cable simétrico esta relacionada con el largo del conductor este debe estar lo mas tensa posible entre la antena y el receptor de lo contrario afectara la calidad de la señal.
Al conectar directamente el cable coaxial a un dipolo simétrico, el coaxial que no es simétrico tiende a excitar los brazos del dipolo con corrientes que son desiguales en amplitud y fase, lo que distorsiona el diagrama direccional, además una de estas corrientes produce las perdidas en el revestimiento del cable, perdiéndose también la energía del campo originado.
La unión del cable coaxial al dipolo simétrico deberá realizarse solo por igualadores (ecualizadores) conocidos comúnmente como Balun ya sea creado utilizando una pequeña sección del cable coaxial “Codo U” determinada por la formula (0.5 ∙ velocidad del cable coaxial / frecuencia) o empleando los acopladores de impedancia de los televisores, estos últimos encontrándose para el caso de los TV analógicos en el interior siguiendo la entrada de antena, por lo general, una pequeña placa con un bobina con núcleo de ferrita, mostrando el valor de entrada 300Ω y salida 75Ω. Para el caso de televisores modernos aparece dentro del conector macho que se conecta a la entrada de antena.

Fuentes

Antenas y Alimentadores G. N. KOCHERZHEVSKI

Joven Club Bayamo I