Simulación de un Yagi de 5 elementos y 2 m con NEC2 antes de cortar cualquier aluminio

¿Por qué simular antes de cortar?

Cortar tubos de aluminio para un Yagi es barato. Cortándolo mal, descubriendo que la ganancia está 1,5 dB por debajo de lo que se afirma en los libros de texto, y reconstruir no lo es. Y lo que es más importante, cuando se trabaja con señales débiles a 144 MHz (EME (Tierra-Luna-Tierra-Luna) o tropodispersión, un error de 1 dB en la ganancia no es una cuestión de redondeo. Con una pérdida de ruta EME de aproximadamente 252 dB, cada dB es significativo.

El NEC2 (Código Electromagnético Numérico) ha sido el simulador de antena por cable de referencia durante 40 años. Resuelve la ecuación integral del método de momentos (MoM) para la distribución de corriente en estructuras de cables, lo que permite obtener patrones de campo lejano, ganancia, relación de adelante hacia atrás e impedancia del punto de alimentación en segundos. La [herramienta Antenna Sim] (/tools/antenna-sim) coloca NEC2 en tu navegador, sin necesidad de instalar Linux.

El diseño: Yagi de 5 elementos a 145 MHz

¿Por qué 5 elementos? Un Yagi de 3 elementos sobre 2 m ofrece una ganancia de entre 7,5 y 8 dBd con una relación entre la parte delantera y la trasera de 20 a 22 dB. Esto es adecuado para los SSB locales, pero no para los EME, en los que se buscan todos los dB que se puedan obtener de un solo boom, y el F/B es importante porque el ruido del suelo procedente del lóbulo posterior eleva directamente la temperatura del sistema.

Un diseño de 5 elementos bien optimizado ofrece una ganancia de aproximadamente 10 dBd con un F/B de 26 a 28 dB, lo que representa una mejora significativa de 2 dB con respecto al modelo de 3 elementos, lo que equivale a más del doble de la potencia de transmisión en la recepción.

Entradas de simulación

Para correr en tierra real:

Resultados en espacio libre

Con la antena en el espacio libre, NEC2 devuelve:

La impedancia del punto de alimentación de 47 + j3 Ω es esencialmente ideal para una alimentación coaxial directa de 50 Ω, sin necesidad de una red adecuada. El dipolo plegado transforma de forma natural la baja resistencia a la radiación de un elemento propulsado por parásitos hasta alcanzar el rango de impedancia coaxial.

La ganancia de espacio libre obedece a la fórmula aproximada de la ganancia de Yagi en función de la longitud del brazo:

Con$L_\text{boom} = 2.3\,\text{m}$y$\lambda = 2.07\,\text{m}$a 145 MHz, se obtiene$G \approx 10 \log_{10}(8.56) \approx 9.3\,\text{dBd}$, una estimación aproximada; el resultado de NEC2 de 10,1 dBd refleja una optimización más precisa del espaciado y la longitud de los elementos.

El terreno real contra el espacio libre: la sorpresa

Cambie la simulación a Tierra real (σ=0.005, μr = 13) con la antena a 6 m de altura (2,9λ) y la imagen cambiará:

La reflexión del suelo añade aproximadamente 3 dB de ganancia en ángulos de elevación bajos, exactamente lo que necesitan las trayectorias electromagnéticas y de tropodispersión (la elevación de la Luna suele ser de 5 a 30° cuando se puede acceder a ellas desde latitudes medias). Esta ganancia de superficie es gratuita; se obtiene simplemente colocando la antena a la altura correcta. La reducción del F/B en el caso real se debe a que las reflexiones del suelo en el lóbulo posterior rellenan parcialmente el nulo, lo que sigue siendo más que aceptable.

Para los operadores de EME, esto significa que la ganancia efectiva del sistema es de 13,4 dBd a una elevación de 12°, no de 10,1 dBd en el espacio libre. Esa diferencia de 3,3 dB cambia significativamente el cálculo del margen de enlace. Utilice la [calculadora de presupuesto de enlace RF] (/calculators/rf/rf-link-budget) con un EIRP basado en la ganancia máxima real para calcular el presupuesto total de rutas EME.

Comparando el 3-El con el 5-El a esta altura

Al utilizar la versión de 3 elementos con la misma configuración NEC2 (brazo de 1,0 m, mismo diámetro del elemento) se obtiene:

La de 5 elementos gana con 2,5 dB de ganancia de ruta real y 6 dB de F/B. Para una sola emisora Yagi que intente realizar una EME, la opción de 5 el es la opción menos sensata; los operadores EME más serios utilizan cuatro o más de ellas.

La construcción práctica toma nota de las superficies de simulación

El aislamiento de elemento a brazo es importante. NEC2 modela los elementos como cables continuos. Si se montan elementos de aluminio directamente sobre un brazo de aluminio conductor, se acorta el punto medio del elemento con respecto al brazo y se desafina el conjunto. Aísle cada elemento del brazo o utilice un tubo de fibra de vidrio no conductor; la simulación asume lo último. Espacio libre entre los elementos accionados. El dipolo plegado necesita aproximadamente 15 mm de espacio libre alrededor del espacio de alimentación. El modelo NEC2 utiliza una aproximación de alambre delgado; los efectos del diámetro de los elementos en el mundo real se controlan mediante la relación entre el diámetro del segmento y el diámetro. Mantén la relación entre la longitud y el diámetro del segmento por encima de 4:1 en tu modelo (la herramienta te avisa si no lo haces). Impermeabilice el punto de alimentación. La simulación muestra 47 Ω en la alimentación. En la práctica, una entrada de humedad de 5 a 10 mm en el punto de alimentación puede añadir entre 2 y 5 Ω de pérdida resistiva, algo invisible en la simulación, pero muy visible en caso de degradación F/B durante un invierno. Séllelo correctamente.

Simula primero, corta después. La [herramienta Antenna Sim] (/tools/antenna-sim) muestra el resultado completo del NEC2 (ganancia, patrón, impedancia y gráfico de elevación) en menos de un minuto. Eso es mucho más barato que un boom mal cortado.

[Simula tu Yagi con NEC2] (/tools/antenna-sim)