Antenas Yagi. Investigación.

Primeramente, vamos a mencionar unos datos importantes a destacar de esta muy conocida antena. Fue creada y patentada en 1926 por el doctor Hidetsugu Yagi, de la Universidad de Tokio. Esta antena presenta una configuración muy particular y que se puede reconocer a simple vista. 

La configuración mínima de este modelo de antena utiliza sólo dos “elementos”, sin embargo, el agregado de más “elementos” provee a la antena una característica muy deseada por todos los usuarios de equipos de radio, no referimos a la ganancia. Un ejemplo que podemos mencionar de lo anterior es que si tomamos una antena Yagi de 6 elementos dicha antena puede lograr cifras de ganancia ubicadas en el orden de los 12dB. En términos prácticos, esto equivaldría a que un transmisor de 50Watts pueda ser escuchado como si emitiera con 1KW (1000Watts) (o vatios).

Una vez que el dipolo de media onda se había popularizado entre los usuarios de equipos de radio y en la búsqueda de lograr mejores rendimientos en las instalaciones de antenas, los investigadores Hidetsugu Yagi y Shintaro Uda observaron que colocando elementos parásitos (o pasivos, “sin conexión eléctrica con el irradiante”) en cercanías de un dipolo de media onda, éste alteraba su comportamiento y se obtenían resultados muy interesantes, dignos de ser analizados y estudiados. Un elemento parásito es un conductor que se ubica en forma paralela al dipolo de media onda o “irradiante”, a una distancia apropiada y posee una longitud adecuada. Es decir, no es cualquier distancia, ni cualquier medida. Para el caso de las antenas Yagi, las medidas de los elementos que la componen y su ubicación en el espacio, respecto al irradiante, deben ser respetadas para lograr los desempeños esperados.

Una configuración Yagi minima esta compuesta por: Director, Irradiante y Reflector.

• El Director es un elemento pasivo que proporciona ganancia en el sentido dirigido desde él hacia el elemento activo o irradiante y por lo general, es más corto (en longitud) que éste.
• El Irradiante son aquellos elemntos que son capaces de excitar los circuitos o de realizar ganancias o control del mismo.
• El Reflector es un elemnto pasivo y proporciona ganancia de potencia en el sentido dirigido desde el irradiante hasta él. Siempre es más largo que el elemento activo.

La separación entre elementos juega un papel importante al momento de definir determinados aspectos de la antena, por ejemplo: a menor separación obtendremos un haz más estrecho y menor ancho de banda con mayor ganancia. Por el contrario, con una separación mayor, el haz de emisión/recepción será más ancho, con un ancho de banda mayor y una menor ganancia.  Por otra parte, a medida que los elementos se aproximan entre sí, el componente resistivo puro de la antena varía. Debemos tener presente que el director suma reactancia capacitiva y el reflector agrega reactancia inductiva al sistema. De este modo, con una separación apropiada, la componente final (deseada e ideal) debe ser, como resultado, resistiva pura.

Cada elemento pasivo que agreguemos como director (delante del irradiante) podemos sumar 1dB más de ganancia al conjunto. Esto provocará como resultado un haz más estrecho y un ancho de banda más reducido, junto al incremento de ganancia. Más allá de los 5 elementos (se cuentan todos, pasivos + activo), el agregado de directores sólo suma medio dB de ganancia, por lo tanto, según la frecuencia de trabajo de nuestra antena, en ciertas ocasiones no es redituable sumar elementos en forma indefinida ya que perderemos practicidad con la antena. Dicho de otro modo sería: tendremos una antena que será el doble de larga y sólo habremos incrementado pocos dB. Por supuesto, las aplicaciones siempre definen el diseño de una antena y se pueden encontrar antenas Yagi de más de 20 elementos. Respecto a los reflectores (detrás del irradiante), más de dos no brindan una mayor ganancia a la antena, sino que sólo aportan una mejor relación “frente – espalda”.

Un punto importante a destacar es la construcción física de la antena y su alimentación mediante la línea de transmisión. En uno de los puntos (cercanos al centro) encontraremos el mejor lugar para alcanzar un valor de impedancia que coincida con la línea de transmisión utilizada (el cable coaxial) y que a su vez, sea el mismo que presenta la salida del transmisor / entrada del receptor. Lo que más se ha popularizado (por múltiples motivos) para conectar una antena a un equipo de radio es el cable coaxial, por lo tanto, por tratarse de una línea de transmisión “des-balanceada” (unbalanced), utilizaremos para entregar toda la energía de RF al irradiante lo que se conoce como Adaptador Gamma (Gamma Match), de acoplamiento capacitivo. El adaptador gamma es ideal para trabajar con líneas de alimentación des-balanceadas y además, es muy simple de implementar en forma mecánica; es decir, es fácil de construir. 

Los elementos pasivos, que también resonarán a la frecuencia de corte que posean, funcionarán en forma análoga y de esta manera podemos tener todos los elementos montados sobre un “boom”. Nada nos impide utilizar un boom de material aislante, como el plástico o la madera, ya que el funcionamiento de la antena no se basa en la interconexión entre elementos, sino en la resonancia de los mismos. Usar un boom metálico es aprovechar una ventaja eléctrica que otorga el sistema, al presentar un potencial nulo en el centro de cada elemento que interviene en la formación.