Antena Yagi

La antena Yagi o Yagi-Uda es una antena direccional inventada por el Dr. Hidetsugu

Yagi de la Universidad Imperial de Tohoku y su ayudante, el Dr. Shintaro Uda (de ahí al

nombre). Esta invención de avanzada a las antenas convencionales, produjo que mediante

una estructura simple de dipolo, combinado con elementos parásitos, conocidos como

reflector y directores, logró construir una antena de muy alto rendimiento.

La invención del Dr. Yagi (patentada en 1926) no fue usado en Japón en un

principio, ya que el diseño original de la antena tenía como objetivo la transmisión

inalámbrica de energía. Sin embargo fue aceptada en Europa y Norteamérica, en donde se

incorporó a la producción comercial, de los sistemas de difusión, TV y otros.

Características

- Presenta alta ganancia, aproximadamente 32 veces la señal original

- Es una antena direccional. Esto quiere decir que transmite o recibe información en

una sola dirección

- Mejora altamente su calidad si se incrementa el numero de elementos pasivos

- Su ancho de banda no es tan amplio

- Es una antena de tipo resonante por lo tanto, la dimensión de la misma es ½ de la

longitud de onda.

- Es muy utilizada en las bandas MF, HF, VHF y UHF

Funcionamiento.

Las propiedades (impedancia, ganancia, etc.) de una antena cualquiera son las

mismas tanto en emisión como en recepción.

- Antenas de Emisión:

Como ya se ha mencionado, una antena Yagi-Uda está formada por un elemento

alimentado (conectado al emisor o al receptor) formado por un simple dipolo o un dipolo

doblado llamado también "radiador". Además de ese elemento, la antena tiene uno o

varios elementos aislados llamados, elementos parásitos. La corriente que circula en el

elemento alimentado irradia un campo electromagnético, el cual induce corrientes en los

"elementos parásitos" de la antena. Las corrientes inducidas en esos elementos irradian

también campos electromagnéticos que a su vez inducen corrientes en los demás.

Finalmente la corriente que circula en cada uno de los elementos es el resultado de la

interacción entre todos los elementos.

La amplitud y la fase de esa corriente dependen de la posición y de las dimensiones

de cada elemento. El campo electromagnético irradiado por la antena en cada dirección

será la suma de los campos irradiados por cada uno de los elementos. Esta suma es

complicada porque la amplitud y la fase de la corriente que circulan en cada elemento son

diferentes. Además, como la distancia a cada elemento depende de la dirección del punto

de medida del campo, la suma dependerá de la dirección.

- Antena en recepción:

Para las antenas receptoras la fase y la amplitud de las corrientes inducidas en

los elementos por el campo incidente y los demás elementos hace que la corriente

inducida en el elemento alimentado (ahora conectado al receptor) sea máxima para los

campos que vienen de delante y mínima para los campos que vienen de detrás.

Elementos.

En la imagen se muestra como está formada esta antena:

- Un conductor que actúa como radiador.

- Un elemento que actúa como captador (Balun).

Los elementos que componen una antena Yagi son:

- Elementos de excitación: pueden ser activos o excitados, estos se conectan

directamente a la línea de transmisión y reciben potencia de la fuente.

(DIPOLO)

o Dipolo: es el elemento principal de la antena ya que es el encargado de

captar la energía.

- Elementos parásitos: no se conectan a la línea de transmisión y reciben la

energía a través de la inducción mutua, estos elementos se clasifican en

reflectores y directores.

o Reflector: es una barra recta de aluminio aproximadamente un 5% más

larga que el dipolo, la función de este elemento es impedir que el

dipolo capte energía por la parte posterior (con esto se evitan imágenes

fantasmas), de tal manera que el dipolo recibe señal en una sola

dirección.

o Director: es aproximadamente un 5% más corto que el dipolo, este

elemento hace que la antena tenga más direccionalidad y mas ganancia

aumentando así la captación hacia delante de la antena, se podría

agregar más elementos para tener más directividad en la antena sin

embargo lo recomendable son 10. Esto debido al espacio físico que

llegaría a tener la antena, por lo que llega a perder mas dB, la siguiente

tabla nos ayuda a verificar la perdida de dB

Elementos de la Antena Yagi

Propiedades.

- Tensión y corriente: Siendo una evolución del dipolo, el punto medio del

elemento conductor es un nodo de tensión y un vientre de corriente. Los

reflectores y directores, pese a no estar directamente alimentados, también

tienen tensiones y corrientes.

- Polarización: cuando la antena yagi es paralelo al plano de la tierra, la

componente eléctrica de la onda electromagnética es paralelo al plano de la

tierra y se dice que tiene polarización horizontal; Cuando la antena es

perpendicular al plano de la tierra, la componente eléctrica de la onda es

perpendicular al plano de la tierra se dice que tiene polarización vertical.

- Impedancia : depende de la configuración de los reflectores y directores

(dimensiones de cada elemento, espacio entre elementos). Habitualmente las

antenas se diseñan para que la impedancia sea de 50 o 75 Ohms, o sea, la

impedancia requerida por los equipos conectados a la antena:

o Antenas de recepción de televisión: 75 Ω

o Antenas de emisión / recepción (por ejemplo, radioaficionados): 50 Ω

o Antenas de Wifi: 50 Ω

- Resonancia: la Yagi es una antena resonante, es decir, existe una frecuencia en

la cual presenta una resistencia óhmica pura (ésta vibra a esa frecuencia). Esto

se presenta cuando la reactancia inductiva del circuito que conforma la antena

tiene igual valor que la reactancia capacitiva.

- Directividad: la directividad de la antena es una medida de sus propiedades

direccionales o de su capacidad de concentrar la potencia radiada en una o

varias direcciones, por lo general la directividad se especifica respecto a un

radiador isotrópico que es una antena hipotética que radia uniformemente en

todas direcciones.

- Diagrama de Radiación: Otro parámetro muy importante es el diagrama de radiación,

que viene determinado por la ganancia de la antena, en la figura puede verse el

diagrama de una antena yagi de 5 elementos. Cuanto más puro sea el diagrama sin

lóbulos mejor, esto nos ayudara a que solo recibamos la señal procedente del centro

del lóbulo principal, atenuando las señales que procedan de otro punto del espacio.

Además, ganaremos efectividad si la antena la ponemos con una inclinación de unos

30º respecto a la horizontal.

Ganancia: Se define como la ganancia de potencia en la dirección de máxima

radiación. La Ganancia (G) se produce por el efecto de la directividad al concentrarse la

potencia en las zonas indicadas en el diagrama de radiación. La señal se incrementa hasta

32 veces.

Alimentación de una antena Yagi-Uda

Para respetar la adecuación entre la impedancia de la antena y la impedancia de la

línea de transmisión se utilizan distintos tipo de alimentación.

- Alimentación asimétrica por cable coaxial: adaptación gamma.

- Alimentación simétrica por cable de dos hilos: adaptación delta.

Diseño y construcción

Existe un estándar para construir antenas yagi (para cualquier banda o frecuencia).

En la figura se muestra la construcción básica de una antena Yagi, que consta de

un elemento director, un elemento reflector y un elemento activo.

- La longitud del elemento activo es de λ/2, es decir, la mitad de la longitud de onda.

- El elemento reflector es ligeramente más grande ya que mide 0.55λ (es decir, un

5% más que media longitud de onda o λ/2)

- A su vez, el elemento director es 5% más corto que el elemento activo.

- Para el elemento excitador es λ/2*0,95.

Aplicaciones.

Televisión.

Recepción señales de RF.

Wifi.

Radar.