martes, 19 de julio de 2011

ANTENA YAGI DE 5 ELEMENTOS MODELADA CON EZNEC

En un artículo anterior explicaba las funciones básicas del programa EZNEC para el análisis y modelado de antenas (consultar “MANEJO BÁSICO DE EZNEC” en este mismo blog).

Vamos a ver ahora cómo quedaría una antena Yagi de 5 elementos para la banda de 145 MHz. Como requisitos para el diseño podemos establecer los siguientes:

1. Elemento excitado y parásitos de 8 mm de diámetro
2. Impedancia de entrada de la antena Zo = 50 + j0 ohm
3. Máxima ganancia isotrópica posible con ángulo de elevación 0º
4. Mínima ROE posible para f=145 MHz
5. Gráfico de ROE lo más “plano” posible en el intervalo [144, 146] MHz


La antena se puede construir con tubo de aluminio, de manera que sea lo más liviana posible. Un diámetro de 8 mm puede ser adecuado, obteniendo algo más de ganancia que si se utiliza un diámetro inferior.

Respecto a la impedancia de la antena, está escogida para tener adaptación cuando la alimentemos con cable coaxial de 50 ohm/m. Existen otros diseños en los que se busca mayor ganancia en la antena, pero aquí ocurre lo mismo que con los medicamentos: el que es bueno para una cosa es malo para otra; o dicho de otra manera, todos tienen efectos secundarios. En nuestro caso hay que valorar si queremos una impedancia de 50 ohm con una ganancia algo menor y no tener que intercalar adaptador, o si queremos mayor ganancia, a costa de subir la ROE y tener que incluir el adaptador. También ocurre que con esa mayor ganancia aumenta la longitud del boom de la antena. Cada cual que valore qué es lo que menos le gusta, si las pérdidas de inserción del adaptador, el aumento de la ROE, las mayores dimensiones de la antena, la pérdida de ganancia… En este ejemplo he escogido una antena con boom más corto, con menos ROE y sin sistema de adaptación.

En cuanto a la máxima ganancia y la mínima ROE, decir que es habitual al modificar los parámetros de la antena el incrementar la ganancia en detrimento de la ROE. Para una ROE mínima he buscado el mejor valor de ganancia posible.

Por último, el gráfico “plano” nos garantiza unos valores de ROE mínimos en toda la banda de radioaficionado. Como veremos, los valores que se obtienen en este diseño no superan una ROE de 1,073:1, que está bastante bien. Se puede afinar más y bajar el valor de ROE en 145 MHz, pero lo normal es que el gráfico quede en forma de V, con el vértice centrado en esa frecuencia y empeorando los valores en los extremos de la banda, por lo que es preferible, o a mí me lo parece, un gráfico “plano” de la ROE.

Una vez justificado el porqué de los requisitos, pasamos a describir cómo ha quedado el diseño de la antena. Para familiarizarse con la terminología básica utilizada por Roy Lewallen (W7EL) en su programa EZNEC se recomienda leer el otro artículo al que hacía mención en el primer párrafo.

Las coordenadas de los 5 hilos de que consta la antena en el sistema de coordenadas OXYZ (expresadas en metros) serían las siguientes:








Vemos que la altura de la antena es de 0 m, ya que la he modelado en condiciones de espacio libre. Puede observarse también que el diámetro de los elementos es de 8 mm. Además, se utilizan 3 segmentos para todos los hilos, excepto para el dipolo, que son 7 segmentos. Esto es así porque estamos limitados a 20 segmentos con el programa EZNEC-demo, que es el que he utilizado, de modo que el mayor número (7) lo he dejado para el dipolo, que es el que necesita un mayor nivel de precisión, quedando en total 19 segmentos para la antena.

Para el que prefiera visualizar estos datos de otra manera, en la siguiente figura indico la disposición de los elementos con sus longitudes asociadas y la separación entre los mismos. El dibujo no está a escala.





La visualización de la antena con EZNEC, junto con su diagrama de radiación 3D son los siguientes:














Estos son los cortes 2D en Azimut y Elevación del diagrama de radiación. Tenemos una ganancia isotrópica de 9,7 dBi para un ángulo de elevación de 0º.














Por último, veamos cómo queda el gráfico “plano” para la ROE.







Vemos que la ROE es bastante baja en toda la banda. Respecto a la impedancia de la antena, la parte resistiva se aproxima a los 50 ohm, mientras que la reactiva es despreciable.

Como ya vimos en el otro artículo, una forma de modelar los dipolos con EZNEC es crear un hilo y colocar la fuente en el centro del mismo. A la hora de construir la antena debemos cortar los dos ramales del dipolo y ajustar el diseño final con la separación entre ambos y su longitud definitiva.



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Alberto - EB4HRA


19-7-2011

1 comentario:

Anónimo dijo...

hola donde pongo el mastil gracias.