ANTENAS YAGIS, DISEÑO, CÁLCULOS Y CONSTRUCCIÓN CASERA

DISEÑO, CÁLCULOS Y CONSTRUCCIÓN CASERA DE ANTENAS YAGIS PARA UHF, VHF y HF DE CORTA λ

Por: Ing. Ramón Miranda, YY5RM ( ramon.miranda811@hotmail.com )

Saludos Colegas. La Yagi es una antena direccional, la cual suele usarse para comunicaciones a largas distancias, fue inventada entre los años 1928 y 1932 por el japonés Hidetsugu Yagi de la Universidad Imperial de Tohoku y aportes por parte de su ayudante Shintaro Uda, los cuales inicialmente le llamaron “Proyector de Ondas”. En el año 1932 se patentó y fue bautizada como “Antena Yagi-Uda”, la misma está compuesta básicamente de tres tipos de elementos (reflector, elemento excitado y director-es), montados en un soporte lineal denominado “boom“. El número de elementos, longitud, diámetros y distribución geométrica en el boom (existen otros factores) determinan la ganancia, directividad, impedancia, patrón de radiación, etc. El  diseño a escoger dependerá del uso requerido.

En el presente artículo se describe la teoría básica requerida para diseñar antenas Yagis en frecuencias VHF, UHF o HF de corta λ, de diversos números de elementos, optimizadas mediante el programa MMANAGAL Basic, con fórmulas matemáticas para cálculos, patrones de radiación, corrientes inducidas en elementos, hojas Microsoft Excel para facilitar cálculos, técnicas para construcción casera, entre otros detalles.

Notas: En caso que desee realizar ensayos y simulaciones virtuales con las antenas presentadas en este artículo, el enlace siguiente contiene una carpeta que incluye 3 subcarpetas con un total de 151 archivos (ocupa 1.6 Mb) de estas y muchas otras antenas para HF, VHF y UHF, las cuales requieren el programa MMANAGAL Basic para su edición (enlace actualizado el 13/02/2022):

https://mega.nz/folder/SrxAmL4a#aR2oEmWEI4NcVRgafyte_w

Enlace sugerido para descargar el software MMANAGAL:

https://mmana-gal.software.informer.com/3.0/

  

TEMAS

·         Notas relacionadas con diagramas de radiación de antenas Yagis.

·         Requerimientos para diseñar una antena Yagi.

Procedimiento para calcular antenas Yagis de longitudes teóricas.

Procedimiento para incrementar la ganancia.

Ejemplo de cálculos personalizados para una Yagi de 7 elementos (Yagi YY5RM).

Optimización de la antena Yagi YY5RM, de 7 elementos.

Full optimización de la antena Yagi YY5RM, de 7 elementos.

Influencia de la altura sobre el suelo, en la ganancia y patrón de radiación.

Efectos del tubo mástil en el patrón de radiación e inducción de corrientes.

·         Diseños variados.

Antena direccional de 2 elementos.

Optimización de la antena direccional de 2 elementos.

Antena Yagi de 3 elementos.

Optimización de la antena Yagi de 3 elementos.

Antena Yagi de 4 elementos (optimizada).

Antena Yagi de 5 elementos (optimizada).

Antena Yagi de 6 elementos (optimizada).

·        Técnicas para construir antenas Yagis VHF.

Construcción de la base.

Elementos: Boom, reflector y directores.

Elemento excitado o irradiante.

Pie de amigo.

Otros detalles de la antena.

·         Comentarios finales.

NOTAS RELACIONADAS CON DIAGRAMAS DE RADIACIÓN DE ANTENAS YAGIS

El patrón de radiación de una antena 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, respecto a la cantidad que se irradia hacia atrás.

El patrón de radiación de una antena Yagi 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.

Las antenas presentadas a continuación, incluyen sencillas fórmulas matemáticas para calcular longitudes en cualquier frecuencia VHF o UHF, aunque en todos los casos se usó 146 MHz como frecuencia central del rango de la antena, basta con reemplazar por la frecuencia de su preferencia. En las imágenes se muestran resultados al ensayar en el espacio libre y a 5 metros de altura sobre el suelo (diferencias entre los dBd, dBi y F/B dB).

La longitud y geometría del adaptador ganma matching dificulta su construcción y ajustes en UHF con frecuencias superiores de 600 MHz. En estos casos se sugiere reemplazar el elemento driven por Dipolo abierto o plegado, acoplado hacia la línea de transmisión mediante un balun coaxial. Enlace sugerido:
http://yy5rm.blogspot.com/2019/01/construccion-de-antenas-wifi-movil.html

Se muestra imagen de 3 tipos de baluns coaxiales típicamente usados para acoplar Dipolos de antenas Yagis VHF y UHF, hacia la línea coaxial.

Se muestra una imagen donde se visualiza lo complicado que resulta construir un adaptador ganma-matching, para acoplar el elemento excitado de una antena Yagi en frecuencia GSM celular 850 MHz:

REQUERIMIENTOS PARA DISEÑAR UNA ANTENA YAGI

El principal factor a considerar es el patrón de radiación requerido. La Antena Yagi YY5RM construida para el presente artículo se usará sin rotor, razón por la que debe determinar un lóbulo principal suficientemente ancho como para establecer comunicación segura desde una población remota de la ciudad de Los Teques, en el Estado Miranda, hasta gran parte de la ciudad capital (Caracas) de Venezuela. La distancia ronda entre 15 y 25 kilómetros, pero con relieve montañoso lo cual obliga al uso de por lo menos 7 elementos en la antena. Dicho diseño debe determinar lóbulos secundarios que permitan la comunicación local.  

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 valores de constantes para cálculos de antenas Yagis VHF o UHF, con longitudes en centímetros y frecuencias en MHz:

PROCEDIMIENTO PARA CALCULAR ANTENAS YAGIS DE LONGITUDES TEÓRICAS

·      Inicialmente se calcula la longitud del elemento excitado, el cual pudiera ser un tubo driven de 1/2 λ en aluminio (varía dependiendo principalmente del diámetro del tubo, altura de antena respecto al suelo, número de elementos y geometría de la Yagi). En las fórmulas "F" es la frecuencia en Megaherz, ejemplos: 146 MHz para banda de radioaficionados 2 metros, 464.6 MHz para radios Talkabout, 850 MHz para telefonía GSM, 2400 MHz para Wifi, 96 MHz para emisoras FM comercial, 54 MHz para banda de radioaficionados 6 metros, 27 MHz para CB 11 metros, etc. (los resultados de las longitudes serán en centímetros):

Longitud del elemento driven: 14200 / F 

·   La longitud del elemento reflector generalmente se usa 5% a 10% superior que la longitud del elemento driven. Se pudiera usar +7.5%:

Longitud del reflector: 15265 / F

·      Para calcular la longitud del primer director, generalmente se usa 5% a 10% inferior que la longitud del elemento driven. Se pudiera usar – 5%:

Longitud del primer director: 13490 / F

·     
 Por cada elemento director adicionado, se resta de 1.5% a 2% respecto al director anterior, es decir, si el primer director mide la longitud del driven – 5%, entonces el segundo director pudiera medir la longitud del driven – 6.5%. El tercer director sería la longitud del driven – 8%. Cuarto director = longitud del driven – 9.5%. Quinto director = longitud del driven – 11%. Sexto director = longitud del driven – 12%  y así sucesivamente:

Longitud del segundo director: 13277 / F

Longitud del tercer director: 13064 / F

Longitud del cuarto director: 12851 / F

Longitud del quinto director: 12638 / F

Longitud del sexto director: 12425 / F

Longitud del séptimo director: 12283 / F

PROCEDIMIENTO PARA INCREMENTAR LA GANANCIA

Cuanto mayor sea la separación entre los elementos de la antena Yagi, mayor será la ganancia (lóbulo principal de ángulo más agudo o angosto = define el área apertura de la antena), pero el incremento de la corriente en el elemento driven, reduce considerablemente la impedancia de la antena.

·       Para una impedancia y ganancia aceptable, se pudiera usar la separación entre el elemento reflector y el driven, desde un 40% hasta 60% de la longitud del elemento driven. Es posible usar 50%:

Separación reflector ↔ driven: 7100 / F

·    La separación entre el elemento driven y el primer director para ganancia e impedancia aceptable pudiera estar entre 30% y 40% de la longitud del driven. Es posible usar 35%.

Separación driven ↔ primer director: 4979 / F

·         

     Cuanto mayor sea el incremento entre las separaciones de elementos directores, mayor será la ganancia de la antena, pero se debe considerar el aumento de la corriente e incremento de longitud del elemento boom. Para una ganancia e impedancia aceptable, se pudiera incrementar en pasos de 7% de separación, respecto al director anterior, es decir, si la separación entre el driven y primer director es 35%, entonces para el segundo director se usa 42%, 49% para el tercer director, 56% para el cuarto director, 63% el quinto, 70% sexto, 77% el séptimo y así sucesivamente.

Separación entre el primero y segundo director: 5960 / F

Separación entre segundo y tercer director: 6958 / F

Separación entre tercer y cuarto director: 7952 / F

Separación entre cuarto y quinto director: 8946 / F

Separación entre quinto y sexto director: 9940 / F

Separación entre sexto y séptimo director: 10934 / F

Al realizar la simulación mediante el programa MMANAGAL Basic, para el caso de una antena Yagi de 7 elementos, según los cálculos teóricos anteriores se observa buena ganancia (15.01 dBi), un patrón de radiación aceptable, con regulares volúmenes en lóbulos secundarios y baja ganancia de la relación pecho – espalda (F/B):

 

Respecto a la impedancia compleja, el componente resistivo (R Ohm) se aproxima a 50 Ω, pero con presencia de reactancia inductiva (jX Ohm. Debería aproximar a 0,00 Ω), lo cual indica que para entrar en resonancia con 146 MHz, es necesario reducir las longitudes de la antena: 

Respecto a la distribución de corrientes en todos los elementos de la antena, se considera bueno y uniforme:

EJEMPLO DE CÁLCULOS PERSONALIZADOS PARA UNA YAGI DE 7 ELEMENTOS (YAGI YY5RM)

En el ejemplo siguiente se muestran cálculos personalizados para una antena Yagi VHF 2 metros (146 MHz) de 7 elementos, aproximadamente 15 dBi de ganancia e impedancia de 50 Ω:

·         Longitud del reflector: 148.92 / 146 MHz = 1.02 metros.

·         Longitud del driven: 140.16 / 146 MHz = 0.96 metros.

·         Longitud del 1er director: 129.94 / 146 MHz = 0.89 metros.

·         Longitud del 2do director: 127.02 / 146 MHz = 0.87 metros.

·         Longitud del 3er director: 125.56 / 146 MHz = 0.86 metros.

·         Longitud del 4to director: 124.8 / 146 MHz = 0.85 metros.

·         Longitud del 5to director: 124 / 146 MHz = 0.85 metros.

·         Separación reflector ↔ driven: 74.46 / 146 MHz = 0.51 metros.

·         Separación driven ↔ 1er director: 48.18 / 146 MHz = 0.33 metros.

·         Separación entre 1er y 2do director: 59.86 / 146 MHz = 0.41 metros.

·         Separación entre 2do y 3er director: 71.54 / 146 MHz = 0.49 metros.

·         Separación entre 3er y 4to director: 83.22 / 146 MHz = 0.57 metros.

·         Separación entre 4to y 5to director: 87.6 / 146 MHz = 0.6 metros.

Imagen de geometría de la Yagi YY5RM:

Hoja Microsoft Ecxel para calcular antena Yagi sin optimizar, de 7 elementos (solo se ingresa la frecuencia en MHz, en la casilla de color azul):
https://mega.nz/file/T7IHAKAC#BOfmB204VvlpsxmlzrdPlkRn4TB12dVlFDeSmFpt6Qk

Imagen de la hoja de cálculos

Además de los cálculos, si desea, es posible optimizar la antena mediante el programa MMANAGAL Basic. A continuación se muestran los datos de geometría (sin optimizar), cargados en tablas de dicho programa:

La simulación arrojó parámetros satisfactorios:

·      Respecto al ancho del lóbulo principal, superó las expectativas y los ángulos conformados por lóbulos secundarios se adaptan perfectamente a la comunicación local.

·        Respecto a la impedancia (ZL = 47.4 +j0.4 Ω ), se adapta perfectamente para sistemas de 50 Ω, determinando 1.08 de ROE, incluso al simular a 8 metros de altura sobre el suelo.

PROCESO DE OPTIMIZACIÓN DE LA ANTENA YAGI YY5RM, DE 7 ELEMENTOS, PARA VHF 2 METROS

Una antena Yagi optimizada concentra mayor parte del volumen de energía irradiada hacia el lóbulo principal, reduciendo el volumen que ocupan los lóbulos secundarios, esto favorece los comunicados en una sola dirección. Se muestran resultados arrojados en la optimización mediante el programa MMANAGAL Basic:

Geometría:

Ejemplo de longitudes para VHF 2 metros (146 MHz)

Fórmulas para calcular la antena Yagi (optimizada) de 7 elementos, en otras frecuencia VHF o UHF:

·         Reflector: 146.876 / 146 MHz = 1.006 metros.

·         Driven: 140.598 / 146 MHz = 0.963 metros.

·         1er director: 135.05 / 146 MHz = 0.925 metros.

·         2do director: 129.502 / 146 MHz = 0.887 metros.

·         3er director: 126.582 / 146 MHz = 0.867 metros.

·         4to director: 124.1 / 146 MHz = 0.85 metros.

·         5to director: 123.954 / 146 MHz = 0.849 metros.

·         Distancia reflector ↔ driven: 74.46 / 146 MHz = 0.51 metros.

·         Distancia driven ↔ 1er director: 47.742 / 146 MHz = 0.327 metros.

·         Distancia entre 1er y 2do director: 25.404 / 146 MHz = 0.174 metros.

·         Distancia entre 2do y 3er director: 73.876 / 146 MHz = 0.506 metros.

·         Distancia entre 3er y 4to director: 83.22 / 146 MHz = 0.57 metros.

·         Distancia entre 4to y 5to director: 87.6 / 146 MHz = 0.6 metros.

Como se aprecia en la imagen anterior, la alta corriente en el elemento excitado determinó una baja impedancia (ZL = 14.8 +j0.3 Ω ) con una desadaptación de 3.37 ROE en sistemas de 50 Ω, lo cual requiere mayor cuidado en el ajuste del adaptador ganma-matchig, afecta ligeramente la estabilidad en del patrón de radiación y el ancho de banda de la antena, al alejar de la frecuencia de resonancia (de poca importancia, comparado con los beneficios en comunicaciones a largas distancias).

FULL OPTIMIZACIÓN DE LA ANTENA YAGI YY5RM, DE 7 ELEMENTOS

Incrementando la longitud del Boom se hace posible mejorar el proceso de optimización, pero es importante considerar el incremento de la corriente en el elemento excitado, lo cual representa mayores retos para el ajuste del adaptador ganma matching (impedancia = 3.887 –jX0.58 Ω):

Ejemplo de longitudes para VHF 2 metros (146 MHz)

Hoja Microsoft Ecxel para calcular antena Yagi optimizada, de 7 elementos (solo se ingresa la frecuencia en MHz, en la casilla de color azul):

https://mega.nz/file/KygXHZSB#fHWRmYUy2uuGK7-HKK647fF3DHJTqeSmMA9d9WzsjHc

Imagen de la la hoja de cálculos

INFLUENCIA DE LA ALTURA SOBRE EL SUELO, EN LA GANANCIA Y PATRÓN DE RADIACIÓN

Se muestra el efecto de la ganancia (Ga dBi) y patrón de radiación vertical, al variar la altura de la antena (Add H.). Notas: 1) El patrón de radiación horizontal no varía. 2) El análisis se realiza con alturas desde 1 λ hasta 6 λ, lo cual en VHF 146 MHz equivale desde 2 metros hasta 12 metros de altura sobre el suelo.

EFECTOS DEL TUBO MÁSTIL O TORRE, EN EL PATRÓN DE RADIACIÓN E INDUCCIÓN DE CORRIENTES

Para verificar posibles alteraciones en el patrón de radiación de una Yagi o cualquier otra antena, es posible ensayarla virtualmente mediante programas simuladores de antenas (MMANAGAL Basic), los cuales hacen posible visualizar los efectos en todo su entorno, con el propósito de tomar las acciones correctivas.

DISEÑOS VARIADOS

ANTENA DIRECCIONAL DE 2 ELEMENTOS

Ejemplo de longitudes para VHF 2 metros (146MHz)

Fórmulas para calcular la antena semidireccional de 2 elementos, en cualquier frecuencia VHF o UHF:

·         Reflector: 148.92 / 146 MHz = 1.02 metros.

·         Driven: 136.802 / 146 MHz = 0.937 metros.

·         Distancia reflector ↔ driven: 51.1 / 146 MHz = 0.35 metros.

PROCESO DE OPTIMIZACIÓN DE LA ANTENA DIRECCIONAL DE 2 ELEMENTOS

Ejemplo de longitudes para VHF 2 metros ( 146 MHz )

Hoja Microsoft Ecxel para calcular antena direccional de 2 elementos (solo se ingresa la frecuencia en MHz, en la casilla de color azul):

https://mega.nz/file/G6IVVKSJ#Nd0qVuiK6WdgJ_f7VVX7JVOMB5kF4mQ-zkWjlyF8SM0

Imagen de la hoja de cálculos

Fórmulas para calcular la antena semidireccional (optimizada) de 2 elementos, en cualquier frecuencia VHF o UHF:

·         Reflector: 141.168 / 146 MHz = 1.008 metros.

·         Driven: 137.824 / 146 MHz = 0.944 metros.

·         Distancia reflector ↔ driven: 38.836 / 146 MHz = 0.266 metros.

ANTENA YAGI DE 3 ELEMENTOS

Ejemplo de longitudes para VHF 2 metros (146 MHz)

Fórmulas para calcular la antena Yagi de 3 elementos, en cualquier frecuencia VHF o UHF:

·         Reflector: 160.6 / 146 MHz = 1.1 metros.

·         Driven: 139.576 / 146 MHz = 0.956 metros.

·         1er director: 129.94 / 146 MHz = 0.89 metros.

·         Distancia reflector ↔ driven: 87.6 / 146 MHz = 0.60 metros.

·         Distancia driven ↔ 1er director: 67.16 / 146 MHz = 0.46 metros.

PROCESO DE OPTIMIZACIÓN DE LA ANTENA YAGI DE 3 ELEMENTOS

Ejemplo de longitudes para VHF 2 metros (146 MHz)

Hoja Microsoft Ecxel para calcular antena Yagi de 3 elementos (solo se ingresa la frecuencia en MHz, en la casilla de color azul):

https://mega.nz/file/7nxXAC4Z#RhoSc7Sw083rWXrBW3WaxLznyy3aC0s-L95CgAfGPRc

Imagen de la hoja de cálculos

Fórmulas para calcular la antena Yagi de 3 elementos, en cualquier frecuencia VHF o UHF:

·         Reflector: 148.92 / 146 MHz = 1.02 metros.

·         Driven: 139.167 / 146 MHz = 0.9532 metros.

·         1er director: 135.634 / 146 MHz = 0.929 metros.

·         Distancia reflector ↔ driven: 54.2 / 146 MHz = 0.37 metros.

·         Distancia driven ↔ 1er director: 63.07 / 146 MHz = 0.432 metros.

ANTENA YAGI DE 4 ELEMENTOS (OPTIMIZADA)

Ejemplo de longitudes para VHF 2 metros (146 MHz)

Hoja Microsoft Ecxel para calcular antena Yagi de 4 elementos (solo se ingresa la frecuencia en MHz, en la casilla de color azul):

https://mega.nz/file/juRnUKZQ#HGhB5B-rjAeNCVg6OmNBdDqAuq0lcvUoYD7x4UAayQM

Imagen de la hoja de cálculos

Fórmulas para calcular la antena Yagi de 4 elementos, en cualquier frecuencia VHF o UHF:

·         Reflector: 146.876 / 146 MHz = 1.006 metros.

·         Driven: 141.912 / 146 MHz = 0.972 metros.

·         1er director: 138.846 / 146 MHz = 0.951 metros.

·         2do director: 130.378 / 146 MHz = 0.893 metros.

·         Distancia reflector ↔ driven: 68.036 / 146 MHz = 0.466 metros.

·         Distancia driven ↔ 1er director: 47.158 / 146 MHz = 0.323 metros.

·         Distancia entre 1er y 2do director: 90.52 / 146 MHz = 0.62 metros.

ANTENA YAGI DE 5 ELEMENTOS (OPTIMIZADA)

Ejemplo de longitudes para VHF 2 metros (146 MHz)

Hoja Microsoft Ecxel para calcular antena Yagi de 5 elementos (solo se ingresa la frecuencia en MHz, en la casilla de color azul):

https://mega.nz/file/u6IFhIJY#2rGQsjrUg51NCBzG58sqCYgOzYIONZQEsurYu_aGZ-Q

Imagen de la hoja de cálculos

Fórmulas para calcular la antena Yagi (optimizada) de 5 elementos, en cualquier frecuencia VHF o UHF:

·         Reflector: 147.752 / 146 MHz = 1.012 metros.

·         Driven: 140.744 / 146 MHz = 0.964 metros.

·         1er director: 135.78 / 146 MHz = 0.93 metros.

·         2do director: 133.444 / 146 MHz = 0.914 metros.

·         3er director: 127.312 / 146 MHz = 0.872 metros.

·         Distancia reflector ↔ driven: 44.53 / 146 MHz = 0.305 metros.

·         Distancia driven ↔ 1er director: 54.75 / 146 MHz = 0.375 metros.

·         Distancia entre 1er y 2do director: 74.46 / 14 6MHz = 0.51 metros.

·         Distancia entre 2do y 3er director: 74.46 / 146 MHz = 0.51 metros.

ANTENA YAGI DE 6 ELEMENTOS (OPTIMIZADA)

Ejemplo de longitudes para VHF 2 metros (146 MHz)

Hoja Microsoft Ecxel para calcular antena Yagi de 6 elementos (solo se ingresa la frecuencia en MHz, en la casilla de color azul):

https://mega.nz/file/G7IDzCBL#TImK56GeGx5u_eyKCkOLMnI1ZmjDq9krjHeKBs7olIo

Imagen de la hoja de cálculos

Fórmulas para calcular la antena Yagi (optimizada) de 6 elementos, en cualquier frecuencia VHF o UHF:

·         Reflector: 146.876 / 146 MHz = 1.006 metros.

·         Driven: 140.89 / 146 MHz = 0.965 metros.

·         1er director: 137.386 / 146 MHz = 0.941 metros.

·         2do director: 126.582 / 146 MHz = 0.867 metros.

·         3er director: 125.706 / 146 MHz = 0.861 metros.

·         4to director: 124.1 / 146 MHz = 0.85 metros.

·         Distancia reflector ↔ driven: 63.51 / 146 MHz = 0.435 metros.

·         Distancia driven ↔ 1er director: 49.056 / 146 MHz = 0.336 metros.

·         Distancia entre 1er y 2do director: 69.788 / 146 MHz = 0.478 metros.

·         Distancia entre 2do y 3er director: 85.41 / 146 MHz = 0.585 metros.

·         Distancia entre 3er y 4to director: 99.28 / 146 MHz = 0.68 metros.

Esta antena Yagi de 6 elementos es ideal para usar en arreglos staking, para esto se sugiere distanciar ambas Yagis a 0.99 λ (297 / F) y conectarlas mediante un manufold coaxial tradicional, aunque es posible previamente haber ajustado ambos ganma-matching de forma individual para 2.0 ROE  (25 +j0.0 Ω), respecto a la línea coaxial de 50 Ω de longitud resonante (múltiplo de 1/2 λ = 150 / F * VP), con el propósito que en múltiplos impares de 1/4 λ en dicha línea, se vean 100 +j0.0 Ω. Para lograr el perfecto equilibrio de impedancias (1.0 ROE), en estos casos conviene construir el manifold divisor de potencia con cable coaxial de 50 Ω, no con cable coaxial de 75 Ω como se suele diseñar.

 

TÉCNICAS PARA CONSTRUIR ANTENAS YAGIS VHF

CONSTRUCCIÓN D E LA BASE:

La base sugerida en el presente artículo, permite fijar antenas Yagis, desde el centro de masa o extremo trasero del boom, tanto en polarización vertical como en horizontal. Se construye en aluminio y requiere 6 perforaciones para introducir abrazaderas tipo “U”. Para antenas Yagis VHF de mucha longitud, se sugiere reforzar el boom insertando un segundo tubo.  

Para Yagis UHF o VHF de poca longitud y peso, es posible fijar la abrazadera directamente en el boom, la fotografía siguiente muestra un ejemplo de boom construido con tubería conduit de aluminio de 1/2 pulgada en diámetro, con orificios para cambiar a polarización horizontal.

ELEMENTOS; BOOM, REFELCTOR Y DIRECTORES

1)     Marcar, cortar los tubos de aluminio y taladrar con mechas adecuadas. En este caso se usaron tubos para cortinas (directores y reflector = 3/8 de pulgada. Driven = 1/2 pulgada. Boom = 1 pulgada). Para el boom se sugiere usar tubería conduit de aluminio para instalaciones eléctricas, de 1” en diámetro. Los tubos de sección cuadrada son más vulnerables al viento de alta velocidad.

1)  Marcar el boom, fijar el reflector y directores con tornillos prisioneros. Preferiblemente usar instrumentos nivelados y herramientas adecuadas (prensa y taladro de mesa, cortadoras, etc.). En caso de usar herramientas manuales, resulta inevitable que los elementos queden exactamente paralelos, por lo tanto es necesario enderezarlos después de fijar.

ELEMENTO DRIVEN

Tipicamente el tubo driven es de mayor diámetros que el resto de elementos fijados al boom y respecto al adaptador ganma-matching, la relación de diámetros es 1 a 3 (no necesariamente).

El ganma-matching está compuesto de dos elementos conductores cilíndricos y concéntricos, separados entre sí por un material aislante. Su longitud principalmente depende de la frecuencia y material aislante, seguido de su geometría, separación al tubo driven y entre elementos conductores del mismo ganma-matching.

Para mayor ancho de banda del ganma-matching y menores problemas con agua de lluvias, se sugiere usar aislante de aire (determina mayor longitud = Hasta un 25% de la longitud total del driven, lo que es equivalente a 1/8 λ). Igualmente se sugiere fijar el conector para línea coaxial en un costado del tubo soporte (boom).

Como conductor o elemento central del adaptador ganma-matching, se usó un tramo de 16 centímetros de conductor central de cable coaxial RG/8U con aislante de polietileno (el foam pueda retener humedad) y aunque no es crítica la exactitud, es posible emplear cable unifilar para instalaciones eléctricas o alambre de cobre esmaltado (en la WEB sugieren dimensiones específicas). En caso de requerir mayor información teórica y construcción casera del elemento driven, adaptador ganma matching, manifold coaxial para Yagis en staking, etc., se suguere el enlace:
http://yy5rm.blogspot.com/2011/10/dipolo-doble-monobanda.html

Configuración típica del manifold coaxial, para 2 antenas Yagis en Staking.

PIE DE AMIGO

Sugerido como soportes para reforzar el boom de la antena cuando se fija desde el extremo del lado reflector. Se construye con material no metálico. En este caso se usó tubo PVC para agua caliente:

OTROS DETALLES SOBRE LA ANTENA

En tres de las imágenes anteriores se observa un componente aislante de color blanco, se debe a que el elemento excitado de esta antena es convertible a Dipolo Plegado.

Todos los componentes y elementos de esta antena Yagi tienen contacto físico y eléctrico (coloquialmente “hacen tierra”), con excepción del elemento central de adaptador ganma-matching, siendo éste el único elemento debidamente aislado de todo el conjunto.

El tipo de línea coaxial sugerido para transmitir con estas antenas Yagis VHF, debe ser de 50 Ω (impedancia característica), ejemplos:  RG58/U,  RG/8U, RG213, etc.

Al igual que en cualquier antena para VHF, luego de calibrar en baja altura, después del montaje es posible observar un desplazamiento de la frecuencia de resonancia original de la antena (146.8 MHz). Para corregirlo no necesariamente se debe hacer en la antena, desde la comodidad del cuarto de radios es posible recortar la longitud del cable coaxial en tramos de aproximadamente 5 centímetros cada uno, hasta lograr mínima ROE en la frecuencia deseada (dependiendo de la velocidad de propagación del cable coaxial, aproximadamente en cada 60 u 85 centímetros de longitud de la línea coaxial, se repiten las mismas lecturas). Para mayor información relacionada con el fenómeno, se sugiere lectura del archivo “Longitud del Cable Coaxial y Nodos.pdf”.

COMENTARIOS FINALES

Las imágenes y artículos que he escrito, son de "uso libre", eventualmente son actualizados y las últimas versiones siempre estarán disponibles para descargar desde https://www.qrz.com/db/YY5RM . Si desea adicionar aportes técnicos, favor ponerse en contacto mediante los correos: ramon.miranda811@hotmail.com  y  ramon.miranda811@gmail.com 

Ing. Ramón Miranda (YY5RM)

Instructor de electrónica en el Radio Club Venezolano

Los Teques, 11 de Abril del 2020.

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(Actualizado el 10-05-2020):

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(Actualizado el 29-03-2020):

https://mega.nz/file/SjwAGQiY#sOIq2iAf4eHIdXULVp0WR1L34EwDSfHSbBYA_b5uPwg

(Actualizado el 10-05-2020):

https://www.dropbox.com/s/fhuuxg01uhn3try/ANTENA%20YAGI%202%20METROS.pdf?dl=0

(English version. Date, 04-04-2020):

https://documentcloud.adobe.com/link/review?uri=urn:aaid:scds:US:3f8d7e81-ffd1-48cb-a05c-7477491b14fe

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