CONSTRUYENDO UNA
ANTENA YAGI-UDA PARA VHF
Por Sergio Zuniga, CE2CG, antes CE2JNZ
La Serena, Chile
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La antena de Yagi es una
antena direccional, inventada por el japonés Hidetsugu Yagi y su ayudante
Shintaro Uda, y patentada en 1926. Posee una estructura
simple de dipolo, combinado con elementos parásitos, conocidos como reflector
y directores, con muy alto rendimiento direccional. |
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Se piensa que esta
antenita forma parte fundamental del repertorio de antenas de un
radioaficionado, pero esto no es del todo cierto: - La alta
direccionalidad de la antena, hace que su uso se limite solo a proyectos muy
específicos, como por ejemplo cuando se quiere llegar a un repetidor lejano,
o un satélite. - Otra desventaja de la
antena es su fragilidad mecánica, ya que los elementos de la antena se pueden
doblar o romper, lo que dificulta su transporte. La figura de la
derecha ilustra el lóbulo de irradiación de la antena, vista superior.
Nótese como se concentra la señal hacia un punto, y como se pierde
irradiación hacia los demás puntos. A pesar de lo anterior,
ningún argumento debe impedir que un radioaficionado disfrute la construcción
y experimentación con este tipo de antenitas, a lo menos por dos motivos: 1.- La construcción de
la misma es muy sencilla y barata. 2.- En pruebas podrá
notarse como mejoran los reportes de las estaciones a las cuales la antena
está apuntada, y como se empeoran los reportes de las estaciones que se
encuentran detrás o a los lados de la antena (en comparación con una antena
omnidireccional). |
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COMPONENTES DE LA ANTENA
La antenita tiene 4
componentes:
1.- Un dipolo de media
onda, lo que constituye el elemento irradiante o exitado. En el caso de los
radioaficionados, este elemento es un dipolo no doblado, debido a que de esa
manera la impedancia es de 73 ohm, relativamente cercana del objetivo de 50
ohms con que trabajan los equipos de radioafición. En comparación, el dipolo
doblado (el que se usa para recibir las estaciones de TV), tiene una impedancia
de 300 ohm.
2.- Un elemento reflector
(agregar más de 1 o 2 reflectores no mejora significativamente el desempeño).
3.- Ninguno, uno, o varios
directores. Mientras más directores o elementos, mayor direccionalidad y
ganancia de la antena. Sin embargo, agregando elementos aumenta la ganancia
pero a tasas decrecientes.
4.- El boom, o soporte de
los elementos. Este no juega ningún papel eléctrico importante en la antena,
excepto el de soportar los elementos.
CONSTRUCCION
Paso 1: Obtener las dimensiones de la antena para la
frecuencia deseada.
- En el cálculo las
posiciones y dimensiones de la antena Yagi se busca que las fases de las
corrientes resultantes sean tales que la adición de los campos sea mínima hacia
atrás, y máxima hacia adelante.
- Puesto que se debe
combinar las posiciones de los elementos con dimensiones de los elementos,
existe siempre más una forma de hacerlo, y no existe “el” plano, o plano único.
- Existen muchos
programas, tablas, planillas, dibujos, fotocopias, manuales, etc que
proporcionan las medidas, con algunas diferencias entre ellas.
- Puesto que nuestro
objetivo es una antenita Yagi corta (con pocos elementos), elegimos en
programita QY4.
Este programa se puede bajar AQUÍ.
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1.- Para evitar errores
en la instalación, extraer los archivos en la raíz del disco duro, es decir
en C: , y no en subcarpetas de subcarpetas. 2.- El archivo
ejecutable es QY4.EXE. Al hacer doble click a ese archivo, debe aparecer la
siguiente pantalla:
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3.- Al presionar la
barra espaciadora, por ejemplo, aparecerá:
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4.- Para automatizar el
proceso, presione la secuencia de teclas: A A O. Con esto se habrá
seleccionado el menú de Modo Automático, el Autodiseño, y la Optimización del
espacio en la antena. Entonces saldrá la siguiente pantalla.
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5.- Se debe escribir
entonces la frecuencia de trabajo en Mhz, por ejemplo 146. Luego el programa
pregunta si los elementos son todos del mismo diámetro. En nuestro caso esto
es verdadero, de modo que presionamos “Y”. Luego consulta por el número de
directores: en nuestro caso usaremos solo 1, con lo que resultará una Yagi
compuesta por tres elementos. Luego consulta el diámetro,
en mm. En nuestro caso usaremos tubo de aluminio de 10mm. Con esto se obtiene la
siguiente pantalla de resultados:
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Como resultado se
obtiene: Frecuencia de
operación=146 mhz Longitud del elemento
reflector=1.03 metros Longitud del irradiante
= 0.98 metros Distancia del reflector
al irradiante = 41.1 cm Hay un elemento con un
diámetro de 10mm Este elemento tiene un
espaciamiento (SP) de 30.8 cm respecto al irradiante, y mide 92.8 cm La ganancia de la antena
será de 8,52dBi La impedancia de entrada
será de 22.6 + j 2.6 ohm (un número complejo) El largo total de la
antena es de 72 cm. |
Pueden obtenerse
resultados adicionales como sigue: - Con la tecla F6, la
ganancia, impedancia y ROE para diferentes frecuencias alrededor de la
frecuencia objetivo central. - Con F2 y luego V,
obtenemos una vista superior de la antenita. - La antena puede ser
vista de 4 modos: log, lineal, elevación and azimuth. - La tecla L cambia entre
los gráficos log y lineal, y [Enter] cambia entre los gráficos de elevación y
de azimuth. El gráfico por defecto
es log. La escala de los
gráficos es de 0 a -50db. El gráfico log muestra
el mejor patrón, y el gráfico lineal muestra el mayor detalle. |
Paso 2: Conseguir los tubos y perfiles de aluminio.
Cortar el boom y los elementos a la longitud deseada. Perforar el boom y fijar
los elementos al boom.
Una de las construcciones
más simples de esta antena en VHF requiere de tubos de aluminio de 10mm para
los elementos, y un perfil cuadrado de 20mm por cada cara, para el boom.
Los elementos cortados y
el boom perforado se muestran en la siguiente foto de abajo.
Es fundamental que las
perforaciones se hagan con un taladro de pedestal con la broca pasada por las
dos caras, y no con uno de mano, ya que si los hoyos quedan corridos un
milímetro, al poner los elementos en el boom, éstos quedarán feamente chuecos,
afectando el desempeño de la antena.
Paso 3: Construir el gama match, y adosarlo a la
antena.
El gama es simplemente un
condensador para ajustar la impedancia de la antena a los 50 ohms deseados.
La forma más común de este
gama, lleva a cortar un segmento del tubo de aluminio de 10mm de diámetro de
18.5cm de largo (para VHF), como se indica en la ilustración de abajo. Luego
cortar un segmento de coaxial RG-8 de la misma longitud, y quitarle la cubierta
negra externa. Este segmento de coaxial debe entrar ajustado en el tubo de
aluminio de 10mm de diámetro. Al variar el porcentaje del coaxial ingresado en
el tubo se logra variar la capacitancia de este condensador, es decir se tiene
un condensador variable.
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El vivo de este segmento
de coaxial se une al centro de un conector SO fijado al boom de la antena.
La ilustración de arriba
también muestra la distancia de separación entre el elemento irradiante de la
antena respecto del gama (4.2cm en el caso de VHF). Esto implica que el
conector SO hay que separarlo del boom, lo que presenta el único desafío
mecánico importante de esta antena. Aquí se abre el espacio a la creatividad
del radioaficionado para usar los elementos que tenga más a mano y que
considere más eficientes.
Las siguientes fotos
muestran opciones que cada uno puede evaluar:
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En este caso se usan dos perfiles de aluminio,
unidos con un perno al centro. |
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En este caso se usa un segmento de tubo de aluminio
de mayor tamaño, y con un perno central se forma una especie de abrazadera. |
La estrategia del segmento
de coaxial dentro del tubo es la más común, pero no es la única. También se
puede soldar un condensador con capacitancia fija, o para hacer pruebas, un
condensador variable de esos que tenían las radios antiguas para cambiar la
frecuencia. También se puede doblar un pedazo de alambre en forma de U, etc.
En nuestro caso,
construimos el siguiente gamma y soporte para el conector SO.
Tengo una plancha de aluminio
de 1 cm de grosor, del cual voy cortando segmentos para hacer el soporte.
En la foto se muestran los
componentes, las gomas y unos tornillos autoperforantes.
Puesto que nuestro
objetivo no es mantener esta antenita operativa en el exterior, sino solamente
hacer algunas pruebas, y también que esté disponible para transportarla, lo que
hemos hecho es cortar unos segmentos de cámara de bicicleta para mantener
circunstancialmente los elementos fijos en el boom, y luego desmantelarla para
guardarla.
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El programa QuickYagi
contiene un archivo con nombre QYUTIL.EXE, que permite obtener las
estimaciones del gama. Por ejemplo, para 146
MHZ, dicho programa reporta que el largo del segmento de aluminio del gama
debe ser de 5,5 pulgadas, y que la distancia del gama al elemento excitado es
de 1,5 pulgadas. |
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Paso 5: Calibrar la antena con medidor de ROE o un analizador
de antenas.
En las siguientes fotos
aparece la antenita en el “banco de pruebas”, lista para efectuar las
mediciones.
Importante: Si bien las pruebas las hice con los elementos en
posición horizontal (polarización horizontal), en el caso de los
radioaficionados las antenitas Yagi deben operarse en posición vertical
(polarización vertical), ya que esta es la polarización de las antenas
verticales, el tipo más frecuente. Gracias a Jose (CE2RTF) por esta acotación.
Los resultados en el
analizador de antena MFJ son muy buenos.
La antena resuena en 144
mhz (ROE 1:1), y con un ROE de 1.1 en
146 MHZ.
Seguramente variando con
más precisión el gama se llegaría a la frecuencia deseada originalmente
(146MHZ).
El ancho de banda es
sorprendente: entre 133 MHZ y 150 MHZ con un ROE inferior a 1:1,3
(ojo, no es un ROE de 1:3,
sino de 1:1,3).
Si a alguien le interesa
unir varias antenas Yagi (“parrillas”), puede buscar en internet: Stacking Yagi
Antennas.
That’s all folks.
Espero que esta experiencia
les resulte motivadora (especialmente a los amigos Charly Delta).
Gracias por la
retroalimentación que me han enviado por email.
Cualquier aporte se
agradece.
Saludos cordiales desde el
Cerro Grande de La Serena – Chile, y nos copiamos en otro experimento.
Sergio Zuniga – CE2CG
Agosto de 2010.