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Antenna

Calculadora de design de antena Yagi-Uda

Calcule as dimensões, o ganho e a impedância do elemento da antena Yagi-Uda para uma determinada frequência e número de elementos

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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— Comprimento de onda (m)
f— Frequência (MHz)
N— Número de elementos
G— Ganho (dBi)

Como Funciona

A calculadora de antenas Yagi calcula comprimentos, espaçamento e ganho de elementos para matrizes direcionais — operadores de rádio amador, engenheiros de transmissão de TV e designers sem fio ponto a ponto usam o Yagis por sua excelente relação ganho/tamanho. O design usa um elemento acionado (alimentado diretamente), um refletor (5% mais longo, espaçado 0,15-0,25 lambda atrás) e vários diretores (3-5% mais curtos, espaçados 0,1-0,35 lambda à frente), de acordo com a “Teoria da Antena” de Balanis (4ª ed.) e as tabelas de design clássicas do DL6WU.

O ganho é dimensionado aproximadamente como G = 10*log10 (n) + 7 dBi para n elementos com espaçamento otimizado, atingindo 6 dBd (8,15 dBi) para 3 elementos, 9 dBd (11,15 dBi) para 6 elementos e 12 dBd (14,15 dBi) para mais de 10 elementos. O elemento acionado é normalmente um dipolo dobrado (300 ohms) transformado em 50 ohms por meio de balun 4:1, ou um dipolo dividido com alimentação direta. A relação frente-verso de 15 a 25 dB reduz a interferência da parte traseira.

A largura de banda está inversamente relacionada à contagem de elementos: um Yagi de 3 elementos cobre aproximadamente 5% da largura de banda com VSWR < 2:1, enquanto um design de 12 elementos pode ter apenas 2% de largura de banda. A matriz dipolar log-periódica (LPDA) fornece largura de banda de 3:1 ou maior ao custo de ganho de 3 a 6 dB a menos do que um Yagi de comprimento de lança similar. O design Yagi exige uma otimização cuidadosa dos comprimentos e espaçamentos dos elementos — os designs publicados (DL6WU, NBS, VK3AUU) fornecem pontos de partida comprovados.

Exemplo Resolvido

Problema: projete um Yagi de 5 elementos para 145 MHz (banda amadora de 2 metros) com alimentação coaxial direta de 50 ohms.

Design usando dimensões otimizadas do DL6WU:

  1. Comprimento de onda a 145 MHz: lambda = 300/145 = 2,069 m
Comprimentos dos elementos (design DL6WU):
  1. Refletor: 0,495 * lambda = 1,024 m
  2. Elemento acionado: 0,473 * lambda = 0,978 m (dipolo dividido)
  3. Diretor 1:0,440 * lambda = 0,910 m
  4. Diretor 2:0,435 * lambda = 0,900 m
  5. Diretor 3:0,430 * lambda = 0,890 m
Espaçamento entre elementos do refletor:
  1. Refletor a ser acionado: 0,20 * lambda = 414 mm
  2. Conduzido até D1:0,20 * lambda = 414 mm (cumulativo: 828 mm)
  3. D1 a D2:0,25 * lambda = 517 mm (cumulativo: 1345 mm)
  4. D2 a D3:0,25 * lambda = 517 mm (cumulativo: 1862 mm)
  5. Comprimento total da lança: 1,86 m (0,9 lambda)
Arranjo de alimentação para 50 ohms:
  1. Impedância dipolar dividida em ressonância: aproximadamente 20-25 ohms (reduzida pelo acoplamento parasitário)
  2. Use T-match ou gamma match para transformar em 50 ohms
  3. Alternativa: elemento acionado por dipolo dobrado (300 ohms) com balun 4:1
Desempenho esperado (por simulação NEC):
  1. Ganho: 10,5 dBi (8,35 dBd)
  2. Relação frente-verso: 20 dB
  3. Largura de feixe de 3 dB: plano E de 52 graus, plano H de 62 graus
  4. Largura de banda (VSWR < 1,5): 143-147 MHz (2,8%)
Notas de construção:
  1. Use tubos de alumínio de 10-12 mm para elementos
  2. Monte os elementos por meio da lança isolada ou use a correção elemento a lança (subtraia 1-2% do comprimento do elemento para a lança condutora)
  3. Vede todas as juntas contra umidade para maior durabilidade em ambientes externos

Dicas Práticas

  • ✓Comece com projetos comprovados (DL6WU, NBS, VK3AUU) em vez de calcular do zero — eles foram otimizados por meio de simulação e testes de campo ao longo de décadas
  • ✓Para aplicativos de recepção (SDR, sinal fraco), Yagis mais longos com mais diretores fornecem melhor relação sinal-ruído, apesar da largura de banda mais estreita; para transmissão, garanta cobertura total de largura de banda VSWR
  • ✓Use o software de modelagem 4NEC2 ou EZNEC para otimizar as dimensões dos elementos para seus materiais específicos (diâmetro do tubo, estilo de lança) antes da construção

Erros Comuns

  • ✗Usando o comprimento teórico do dipolo (lambda/2) para elemento acionado — o acoplamento parasitário do refletor e dos diretores reduz o comprimento ressonante em 5 a 10%; sempre use projetos otimizados publicados ou simulação NEC
  • ✗Espaçamento incorreto do elemento — o espaçamento é mais importante do que o comprimento para obter ganho; o erro lambda de 0,1 no espaçamento do diretor pode reduzir o ganho em 1-2 dB e mudar a frequência de ressonância em 5%
  • ✗Negligenciando a correção de lança a elemento — a lança condutora que passa pelos elementos atua como uma indutância paralela, exigindo uma redução de comprimento de 1 a 3%, dependendo do diâmetro da lança; a montagem isolada elimina esse efeito
  • ✗Supondo comprimentos de diretor iguais — projetos ideais usam comprimentos de diretor cônicos, cada um progressivamente mais curto; diretores de comprimento igual reduzem o ganho em 1-2 dB em comparação com o afunilamento otimizado

Perguntas Frequentes

Escalas de ganho com contagem de elementos por análise de Balanis: 2 elementos: 5-6 dBi (somente refletor + acionado). 3 elementos: 7-8 dBi. 5 elementos: 10-11 dBi. 8 elementos: 12-13 dBi. 12 elementos: 14-15 dBi. Mais de 20 elementos: 16-17 dBi (limite prático devido a perdas). O ganho aumenta aproximadamente 1 dB por diretor adicionado até que a diminuição retorne em torno de 10 a 12 elementos. O comprimento da lança (não apenas a contagem de elementos) determina o ganho: 1 lança lambda é aproximadamente igual a 11 dBi; 2 lanças lambda equivalem aproximadamente a 14 dBi.
Um Yagi fixo opera em uma largura de banda estreita (2-5% típica). Para bandas diferentes: (1) Construa Yagis separados para cada banda. (2) Use Yagis entrelaçados em uma lança comum (elementos para diferentes bandas entrelaçados, com cuidado para evitar interação). (3) Use matriz dipolar log-periódica (LPDA) para ampla largura de banda (proporção 3:1) a um custo de ganho de 3-6 dB a menos. (4) Seleção ativa de antena via relé. Os elementos Yagi escalam inversamente com a frequência: um Yagi de 144 MHz escalado para 432 MHz usa 1/3 de dimensões, mas o mesmo design elétrico.
Sim — os Yagis se destacam no trabalho ponto a ponto e com sinais fracos devido ao alto ganho e diretividade. Aplicações: Rádio amador EME (Terra-Lua-Terra): Yagis empilhados de mais de 12 elementos fornecendo mais de 20 dBi. Satélite amador: Yagis de 8-12 elementos a 145/435 MHz com rotador Az-El. Pontes WiFi ponto a ponto: Yagis de 2,4/5,8 GHz atingindo mais de 10 km. Recepção de TV: Yagis UHF de 10 a 15 elementos para estações distantes. O ganho se traduz em alcance: 10 dBi Yagi versus dipolo fornece uma melhoria de link de 10 dB, equivalente a um aumento de alcance de 3,2x no espaço livre.
Comprimentos de elementos como fração do comprimento de onda (lambda = c/f): Refletor: 0,495* lambda (um pouco mais longo que a ressonância). Elemento acionado: 0,473* lambda (ressonante em frequência ligeiramente maior). Diretores: 0,440-0,430* lambda (afunilado mais curto em direção à frente). Espaçamentos: Refletor para acionar: 0,15-0,25* lambda. Conduzido para D1:0,10-0,20* lambda. D_n a D_ (n+1): 0,20-0,35*lambda, geralmente aumentando em direção à frente. Essas proporções são pontos de partida — use projetos otimizados publicados (DL6WU, NBS) ou modelagem NEC para obter melhores resultados. O diâmetro do elemento afeta o comprimento: os elementos mais espessos são mais curtos.
Yagi: Todos os elementos acoplados parasitariamente a um único elemento acionado; largura de banda estreita (2-5%); maior ganho por comprimento de lança; requer reajuste para diferentes frequências. LPDA: Todos os elementos ativos (conectados à linha de alimentação por meio de linha de transmissão em fases); ampla largura de banda (3:1 a 10:1); ganho de 3 a 6 dB a menos que o Yagi de mesmo comprimento; sem necessidade de reajuste. Escolha Yagi para obter o máximo ganho em uma única frequência (amadora, ponto a ponto). Escolha o LPDA para obter ampla largura de banda com ganho moderado (recepção de TV em banda UHF, monitoramento de banda larga, teste de EMC).

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