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Antenna

Calculadora de Antena Yagi-Uda

Diseña antenas Yagi-Uda: calcula longitudes de directores, reflector y dipolo activo para la frecuencia deseada.

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Fórmula

λ=c/f;G≈10⋅log10(0.8⋅N)+2.15dBi(c=299792458m/s)λ = c/f; G ≈ 10·log₁₀(0.8·N) + 2.15 dBi (c = 299 792 458 m/s)
λ— Longitud de onda (m)
f— Frecuencia (MHz)
N— Cantidad de elementos
G— Ganancia (dBi)

Cómo Funciona

La calculadora de antenas Yagi calcula las longitudes, el espaciado y la ganancia de los elementos para matrices direccionales: los operadores de radio aficionados, los ingenieros de transmisión de televisión y los diseñadores inalámbricos punto a punto utilizan Yagis por su excelente relación ganancia/tamaño. El diseño utiliza un elemento impulsado (alimentado directamente), un reflector (un 5% más largo, espaciado entre 0,15 y 0,25 lambda por detrás) y varios directores (entre un 3 y un 5% más cortos, espaciados entre 0,1 y 0,35 lambda por delante), según la «Teoría de la antena» de Balanis (cuarta edición) y las tablas de diseño clásicas del DL6WU.

La ganancia se escala aproximadamente como G = 10*log10 (n) + 7 dBi para n elementos con un espaciado optimizado, logrando 6 dBd (8,15 dBi) para 3 elementos, 9 dBd (11,15 dBi) para 6 elementos y 12 dBd (14,15 dBi) para más de 10 elementos. El elemento accionado es normalmente un dipolo plegado (300 ohmios) transformado en 50 ohmios mediante un balún 4:1, o un dipolo dividido con alimentación directa. La relación entre la parte delantera y la trasera de 15 a 25 dB reduce las interferencias de la parte trasera.

El ancho de banda está inversamente relacionado con el número de elementos: un Yagi de 3 elementos cubre aproximadamente el 5% del ancho de banda con un VSWR < 2:1, mientras que un diseño de 12 elementos puede tener solo un 2% de ancho de banda. La matriz de dipolos logarítmicos periódicos (LPDA) proporciona un ancho de banda de 3:1 o más a costa de una ganancia de 3 a 6 dB inferior a la de un Yagi con una longitud de brazo similar. El diseño de Yagi requiere una optimización cuidadosa de las longitudes y los espaciamientos de los elementos; los diseños publicados (DL6WU, NBS, VK3AUU) proporcionan puntos de partida comprobados.

Ejemplo Resuelto

Problema: Diseñe un Yagi de 5 elementos para 145 MHz (banda amateur de 2 metros) con alimentación coaxial directa de 50 ohmios.

Diseñe utilizando las dimensiones optimizadas para el DL6WU:

  1. Longitud de onda a 145 MHz: lambda = 300/145 = 2,069 m

Longitudes de los elementos (diseño DL6WU):

  1. Reflector: 0.495 * lambda = 1.024 m
  2. Elemento impulsado: 0.473 * lambda = 0.978 m (dipolo dividido)
  3. Director 1:0,440 * lambda = 0,910 m
  4. Director 2:0.435 * lambda = 0.900 m
  5. Director 3:0.430 * lambda = 0.890 m

Distancia entre los elementos y el reflector:

  1. Reflector a accionar: 0.20 * lambda = 414 mm
  2. Conducido hasta D1:0.20 * lambda = 414 mm (acumulado: 828 mm)
  3. D1 a D2:0,25 * lambda = 517 mm (acumulado: 1345 mm)
  4. D2 a D3:0.25 * lambda = 517 mm (acumulado: 1862 mm)
  5. Longitud total del brazo: 1,86 m (0,9 lambda)

Disposición de alimentación para 50 ohmios:

  1. Impedancia de dipolo dividido en resonancia: aproximadamente 20-25 ohmios (reducida por acoplamiento parásito)
  2. Utilice T-match o gamma match para transformarse a 50 ohmios
  3. Alternativa: elemento accionado por dipolo plegado (300 ohmios) con balun 4:1

Rendimiento esperado (según la simulación de NEC):

  1. Ganancia: 10,5 dBi (8,35 dBd)
  2. Relación de adelante hacia atrás: 20 dB
  3. Ancho de haz de 3 dB: 52 grados en el plano E, 62 grados en el plano H
  4. Ancho de banda (VSWR < 1.5): 143-147 MHz (2,8%)

Notas de construcción:

  1. Utilice tubos de aluminio de 10 a 12 mm para los elementos
  2. Monte los elementos mediante una barra aislante o utilice la corrección de elemento a brazo (reste entre un 1 y un 2% de la longitud del elemento para obtener una barra conductora)
  3. Sella todas las juntas contra la humedad para una mayor durabilidad en exteriores

Consejos Prácticos

  • ✓Comience con diseños comprobados (DL6WU, NBS, VK3AUU) en lugar de calcularlos desde cero; estos se han optimizado mediante simulaciones y pruebas de campo durante décadas
  • ✓Para aplicaciones de recepción (SDR, señal débil), los Yagis más largos con más directores proporcionan una mejor relación señal/ruido a pesar de un ancho de banda más reducido; para la transmisión, garantizan una cobertura total del ancho de banda del VSWR
  • ✓Utilice el software de modelado 4NEC2 o EZNEC para optimizar las dimensiones de los elementos para sus materiales específicos (diámetro del tubo, estilo de brazo) antes de la construcción

Errores Comunes

  • ✗Uso de la longitud teórica del dipolo (lambda/2) para el elemento impulsado: el acoplamiento parásito del reflector y los directores reduce la longitud de resonancia entre un 5 y un 10%; utilice siempre diseños optimizados publicados o simulaciones NEC
  • ✗Espaciado incorrecto entre elementos: el espaciado es más importante que la longitud para obtener ganancia; un error de 0,1 lambda en el espaciado de directores puede reducir la ganancia entre 1 y 2 dB y cambiar la frecuencia de resonancia en un 5%
  • ✗Sin tener en cuenta la corrección entre la pluma y el elemento: la barra conductora que pasa a través de los elementos actúa como una inductancia paralela, lo que requiere una reducción de longitud del 1 al 3% según el diámetro de la barra; el montaje aislado elimina este efecto
  • ✗Suponiendo longitudes de director iguales: los diseños óptimos utilizan longitudes de director cónicas, cada una progresivamente más corta; los directores de igual longitud reducen la ganancia entre 1 y 2 dB en comparación con la inclinación optimizada

Preguntas Frecuentes

Escalas de ganancia con recuento de elementos según el análisis de Balanis: 2 elementos: 5-6 dBi (solo impulsado por reflector +). 3 elementos: 7-8 dBi. 5 elementos: 10-11 dBi. 8 elementos: 12-13 dBi. 12 elementos: 14-15 dBi. Más de 20 elementos: 16-17 dBi (límite práctico debido a las pérdidas). La ganancia aumenta aproximadamente 1 dB por cada director añadido hasta que, al disminuir, se obtienen entre 10 y 12 elementos. La longitud del boom (sin contar únicamente el número de elementos) determina la ganancia: un boom lambda equivale aproximadamente a 11 dBi; un boom de 2 lambda equivale aproximadamente a 14 dBi.
Un Yagi fijo funciona con un ancho de banda estrecho (normalmente del 2 al 5%). Para diferentes bandas: (1) Construya Yagis separados para cada banda. (2) Utilice Yagis entrelazados en un boom común (elementos para diferentes bandas intercalados, con cuidado de evitar la interacción). (3) Utilice una matriz de dipolos log-periódicos (LPDA) para un ancho de banda amplio (relación 3:1) con un coste de 3 a 6 dB menos de ganancia. (4) Selección activa de antenas mediante relé. Los elementos Yagi escalan inversamente con la frecuencia: un Yagi de 144 MHz escalado a 432 MHz utiliza 1/3 de dimensiones pero el mismo diseño eléctrico.
Sí, los Yagis se destacan en el trabajo punto a punto y con señales débiles debido a su alta ganancia y directividad. Aplicaciones: radioaficionados EME (Tierra-Luna-Tierra): Yagis apilados de más de 12 elementos que proporcionan más de 20 dBi. Satélite para aficionados: Yagis de 8 a 12 elementos a 145/435 MHz con rotador Az-El. Puentes WiFi punto a punto: Yagis de 2,4/5,8 GHz que alcanzan más de 10 km. Recepción de TV: Yagis UHF de 10 a 15 elementos para estaciones distantes. La ganancia se traduce en alcance: un Yagi de 10 dBi en comparación con un dipolo proporciona una mejora del enlace de 10 dB, lo que equivale a un aumento del rango de 3,2 veces mayor en el espacio libre.
Longitudes de los elementos como fracción de la longitud de onda (lambda = c/f): Reflector: 0,495*lambda (un poco más largo que la resonancia). Elemento impulsado: 0,473*lambda (resonante a una frecuencia ligeramente superior). Directores: 0.440-0.430*lambda (con un ángulo más corto hacia la parte delantera). Espaciamientos: del reflector al accionado: 0.15-0.25*lambda. Conducido a D1:0.10-0.20*lambda. De D_n a D_ (n+1): 0.20-0.35*lambda, con frecuencia aumentando hacia el frente. Estas proporciones son puntos de partida: utilice diseños optimizados publicados (DL6WU, NBS) o modelos NEC para obtener mejores resultados. El diámetro del elemento afecta a la longitud: los elementos más gruesos son más cortos.
Yagi: Todos los elementos se acoplan parasitariamente a un solo elemento impulsado; ancho de banda estrecho (2-5%); mayor ganancia por longitud de boom; requiere reajuste para diferentes frecuencias. LPDA: todos los elementos están activos (conectados a la línea de alimentación mediante una línea de transmisión por fases); ancho de banda amplio (3:1 a 10:1); ganancia de 3 a 6 dB inferior a la de un Yagi de la misma longitud; no es necesario volver a ajustarlos. Elija Yagi para obtener la máxima ganancia en una sola frecuencia (aficionado, punto a punto). Elija LPDA para un ancho de banda amplio con una ganancia moderada (recepción de TV en la banda UHF, monitoreo de banda ancha, pruebas de EMC).

Metodología y referencias

Referencias

  • Antenna Theory: Analysis and Design, 4th ed. — Constantine A. Balanis (2016), Chapter 10 — Yagi-Uda array design
  • Antenna Theory and Design, 3rd ed. — Warren L. Stutzman & Gary A. Thiele (2012), Chapter 5 — Yagi-Uda element spacing and gain

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