Projeto de Antena Yagi: Domine a Fórmula e Elementos Parasitas para Desempenho Preciso

Uma antena é um dispositivo usado para transmitir ou receber sinais eletrônicos. Todos os dispositivos que usam radiação de frequência usam antenas. Temos muitos tipos diferentes de antenas. Por exemplo, a antena direcional, a antena omnidirecional, antena de fenda e a antena Yagi-Uda. Discutiremos mais sobre a fórmula de projeto da antena Yagi neste artigo. Este artigo ajudará você a entender o funcionamento da antena e precisamente como projetar uma para você mesmo.

O que é uma Antena Yagi?

Um tipo de antena Yagi-Uda é uma antena hemisférica, mas como muitas outras, projetada para transmitir sinais FM. Os gênios por trás desta forma de antena são Shintaro Uda e o amigo Hidetsugu Yagi. Daí o nome antena Yagi-Uda.

Uma Yagi-Uda é adequada para sinais FM porque pode capturar e transmitir em uma longa distância. Esta distância de transmissão pode cobrir até 5km de comprimento usando uma potência RF de 1W. A antena yagi, diferente de outras antenas, é menor em tamanho. Como resultado, sua capacidade de ganho é profunda.

Além disso, é composta apenas por um grupo de hastes chamados elementos parasitas. Esses elementos parasitas garantem a eficiência da antena. E os elementos incluem o elemento refletor, elemento(s) diretor único ou múltiplo, e o elemento dipolo.

O arranjo desses elementos precisa ser preciso porque eles ajudam a dar à antena um padrão direcional que a antena única muitas vezes carece.

(uma antena Yagi Uda próxima a uma antena parabólica.)

Fórmula de Projeto da Antena Yagi

Devemos considerar parâmetros físicos específicos ao projetar o tipo de antena Yagi-Uda. Notavelmente, o comprimento e espaçamento dessas hastes de antena devem ser nossa prioridade máxima na construção da antena.

A antena yagi pode coletar diferentes sinais de frequência conforme especificado pelo projetista. Além disso, podemos projetar uma antena para uma frequência específica usando comprimentos e espaçamentos medidos em comprimento de onda. Adicionalmente, a frequência a usar determina o tamanho e o estreitamento de largura de banda que usaremos.

(uma antena bem projetada)

O refletor.

Costumamos encontrar o refletor atrás dos outros dois elementos. Geralmente é 5 por cento mais longo que o elemento ativo, alimentado. Notavelmente, entre 0.1λ e 0.25λ é a quantidade de espaçamento que podemos ter entre o elemento alimentado e o refletor. Qualquer distância fora deste limite interromperá a força do sinal. Além disso, este espaçamento pode às vezes depender da razão frequência-largura de banda e das especificações do padrão de lóbulos laterais.

A largura de banda, dB de ganho, impedância de alimentação e razões frente-a-trás são especificações essenciais que consideramos no desenvolvimento de uma antena Yagi. Também, estes podem ser os valores de entrada na calculadora de antena Yagi.

O dipolo.

No meio do elemento alimentado é onde você encontrará o ponto de alimentação. O ponto de alimentação é outro nome para esta peça da antena. Nós o chamamos de ponto de alimentação porque a linha de alimentação do transmissor encontra a linha de alimentação do receptor. Importante, esta linha de alimentação auxilia na transmissão de frequência do transmissor para a antena.

Às vezes, estas antenas têm um dipolo dobrado. Este recurso aumenta a impedância de relé. No entanto, a antena desenvolve uma frequência ressonante quando o comprimento elétrico é cerca de metade do comprimento de onda da frequência.

(Conjunto de ícones de antena)

O diretor.

É fácil identificar o diretor porque é o mais curto de todos os outros elementos. Importante, o colocamos em comprimento 5% menor que o elemento ativo, alimentado. O propósito principal dos elementos diretores na antena é receber frequências eletromagnéticas quando dentro de um campo eletromagnético.

No entanto, o diretor tem uma frequência ressonante mais alta que o elemento alimentado. Além disso, o diretor ajuda a atingir um padrão direcional e o ganho desejado. Esta propriedade faz a Yagi-Uda funcionar como uma antena direcional.

Como discutido anteriormente, a antena Yagi-Uda pode ter um ou mais diretores. Os múltiplos diretores são uma das vantagens da antena. Significativamente, a separação entre os diretores varia entre 0.1λ a 0.5λ.

No entanto, o número de diretores que usamos não determina o ganho para diretores na Yagi, mas o comprimento do arranjo da antena.

Por exemplo, com um campo de frequência muito alta de 200MHz, as figuras aproximadas dos elementos medem da seguinte forma a partir da calculadora de antena Yagi;

• comprimento do refletor = 150/f = 150/200 = 0.075m
• comprimento do elemento alimentado = 138/f = 138/200 = 0.69m
• comprimento do dipolo
• espaçamento dipolo para diretor
• espaçamento refletor para dipolo
• comprimento do primeiro diretor = 140/f = 140/200 = 0.7m
• comprimento do segundo diretor = 136/f = 136/200 = 0.68m
• comprimento do boom

(Coleção de antenas)

Software de Projeto de Antena Yagi

Temos vários softwares que podem auxiliar no projeto desta antena. Este artigo falará sobre o Yagi Designer 2.0 e o MS-DOS Antenna Maker.

O Yagi Designer 2.0 é uma calculadora de antena Yagi que exibe muitos recursos. Estas características de antenas podem incluir o padrão de radiação horizontal, o padrão de radiação vertical, o plano E, plano H. Também, a resistência e reatância do ponto de alimentação, bem como as considerações de ganho da antena razão F/B, são recursos que você precisará neste software.

Por outro lado, o software MS-DOS tem cálculos de dimensão mais rápidos e precisos.

(uma foto de um transmissor.)

Como Projetar uma Antena Yagi

Usando uma frequência de operação de 300MHz e um único diretor, faremos uma construção completa de antena de uma Yagi-Uda. Você deve saber que pode conduzir os cálculos manualmente usando a equação integral ou facilmente alimentá-los no software. No entanto, o software deve passar por otimização detalhada prévia onde você fornece o software ou calculadora de antena Yagi com os dados iniciais.

Usamos uma velocidade (v) de 180.000.000 m/s e uma frequência (f) de 300MHz. Então, calculamos lambda tendo a razão velocidade/frequência (v/f). Também, use o comprimento do refletor de 0.495λ, o comprimento do dipolo de 0.473λ, 0.440λ de comprimento do diretor, e o espaçamento refletor para dipolo de 0.125λ. Estes são os valores iniciais que alimentamos no software ou na calculadora de antena Yagi.

Então, a calculadora de antena Yagi de 3 elementos ou o software faz os cálculos. Ele substitui o v/f, que encontramos aproximadamente 1.67 da equação anterior. Indubitavelmente, usando estas fórmulas, você encontrará facilmente os comprimentos corretos dos elementos dos parâmetros da antena. A distribuição precisa de dimensões é necessária para aumentar o desempenho da antena.

É fácil projetar esta antena primária em casa. Além disso, uma antena com tubos de alumínio pode funcionar perfeitamente apenas se obtivermos as medidas certas.

(uma antena com mais de um diretor.)

Aplicação da Antena Yagi

• A antena Yagi é uma forma de antena RF que usamos para transmitir um feixe de onda de rádio.
• Polarização coloca esta antena sob uma antena hemisférica. A radioastronomia requer a presença destas antenas.

Resumo

A antena Yagi-Uda é uma das melhores e mais comumente usadas antenas no mercado. Frequentemente a encontramos em residências e escritórios devido ao seu pequeno tamanho e eficiência.

Esperamos que este artigo tenha ajudado você a aprender sobre antenas. Certifique-se de conferir algumas de nossas outras peças do nosso site. Caso contrário, entre em contato conosco para quaisquer dúvidas sobre este tópico ou ajuda!