Simulando um Yagi de 5 elementos de 2 m com NEC2 antes de cortar qualquer alumínio

Por que simular antes de cortar?

Cortar tubos de alumínio para um Yagi é barato. Falando mal, descobrindo que o ganho está 1,5 dB abaixo do que os livros didáticos afirmam, e a reconstrução não. Mais importante ainda, para trabalhos com sinais fracos a 144 MHz — EME (Earth-Moon-Earth moonbounce) ou tropo scatter — um erro de 1 dB no ganho não é um problema de arredondamento. Com uma perda de caminho EME de aproximadamente 252 dB, cada dB é significativo.

O NEC2 (Numerical Electromagnetics Code) é o simulador de antena de fio de referência há 40 anos. Ele resolve a equação integral do Método dos Momentos (MoM) para distribuição de corrente em estruturas de arame, fornecendo padrões de campo distante, ganho, relação frente-verso e impedância do ponto de alimentação em segundos. A [ferramenta Antenna Sim] (/tools/antenna-sim) coloca o NEC2 em seu navegador — não é necessário instalar Linux.

O design: Yagi de 5 elementos a 145 MHz

Por que 5 elementos? Um Yagi de 3 elementos em 2m oferece ganho de cerca de 7,5—8 dBd com uma relação frente-verso de 20—22 dB. Isso é adequado para SSB local, mas não para EME, onde você deseja cada dB que pode obter de uma única lança, e o F/B é importante porque o ruído do solo do lóbulo traseiro aumenta diretamente a temperatura do ruído do sistema.

Um design de 5 elementos bem otimizado atinge um ganho de aproximadamente 10 dBd com F/B de 26—28 dB, representando uma melhoria significativa de mais de 2 dB em relação ao 3-el — equivalente a mais do que dobrar sua potência de transmissão na recepção.

Entradas de simulação

Para uma corrida em campo real:

Resultados em espaço livre

Com a antena no espaço livre, o NEC2 retorna:

A impedância de ponto de alimentação de 47 + j3 Ω é essencialmente ideal para uma alimentação coaxial direta de 50 Ω — sem necessidade de rede correspondente. O dipolo dobrado transforma naturalmente a baixa resistência à radiação de um elemento acionado com carga parasitária até a faixa de impedância coaxial.

O ganho de espaço livre obedece à fórmula aproximada do ganho de Yagi em função do comprimento da lança:

“BLOCO MATEMÁTICO_0"

Com “MATHINLINE_1” e “MATHINLINE_2” a 145 MHz, isso dá “MATHINLINE_3” — uma estimativa aproximada; o resultado NEC2 de 10,1 dBd reflete a otimização mais precisa do espaçamento e comprimentos dos elementos.

Espaço real versus espaço livre: a surpresa

Mude a simulação para Terra real (σ = 0,005, θr = 13) com a antena a 6 m de altura (2,9λ) e a imagem muda:

A reflexão do solo adiciona aproximadamente 3 dB de ganho em ângulos de elevação baixos — exatamente o que os caminhos de dispersão de tropos e EME precisam (a elevação da lua normalmente é de 5 a 30° quando acessível de latitudes médias). Esse ganho de solo é gratuito; você o obtém apenas posicionando a antena na altura certa. O F/B reduzido no caso real ocorre porque os reflexos do solo do lóbulo traseiro preenchem parcialmente o nulo — ainda mais do que aceitável.

Para operadores de EME, isso significa que o ganho efetivo do sistema é de 13,4 dBd a 12° de elevação, não o espaço livre de 10,1 dBd. Essa diferença de 3,3 dB altera significativamente o cálculo da margem do link. Use a [calculadora de orçamento do RF Link] (/calculators/rf/rf-link-budget) com o EIRP com base no ganho de pico real para calcular o orçamento total do caminho do EME.

Comparando 3-El versus 5-El nesta altura

Executar a versão de 3 elementos na mesma configuração NEC2 (lança de 1,0 m, mesmo diâmetro do elemento) fornece:

Os 5 elementos ganham 2,5 dB de ganho de caminho real e 6 dB de F/B. Para uma única estação YAGI que tenta EME, o 5-el é a escolha mínima sensata; os operadores EME mais sérios empilham quatro ou mais deles.

Notas práticas de construção sobre as superfícies de simulação

O isolamento elemento a lança é importante. O NEC2 modela elementos como fios contínuos. Se você montar elementos de alumínio diretamente em uma lança condutora de alumínio, você encurta o ponto médio do elemento até a lança e desajusta a matriz. Isole cada elemento da lança ou use um tubo de fibra de vidro não condutor — a simulação pressupõe o último. Folga do elemento acionado. O dipolo dobrado precisa de cerca de 15 mm de folga ao redor da abertura de alimentação. O modelo NEC2 usa aproximação de fio fino; os efeitos reais do diâmetro do elemento são controlados pela relação segmento-diâmetro. Mantenha a relação comprimento/diâmetro do segmento acima de 4:1 em seu modelo (a ferramenta avisa se você violar isso). Protegendo o ponto de alimentação contra intempéries. A simulação fornece 47 Ω na alimentação. Na prática, 5 a 10 mm de entrada de umidade no ponto de alimentação podem adicionar 2 a 5 Ω de perda resistiva — invisível na simulação, mas muito visível na degradação F/B durante o inverno. Sele-o adequadamente.

Simule primeiro, corte em segundo. A [ferramenta Antenna Sim] (/tools/antenna-sim) fornece o resultado completo do NEC2 — ganho, padrão, impedância, gráfico de elevação — em menos de um minuto. Isso é muito mais barato do que um boom mal cortado.

[Simule seu Yagi com o NEC2] (/tools/antenna-sim)