Autor: Reynaldo Javier Alonso Granados / reynaldo@mtz.jovenclub.cu

La antena Yagi es de fácil construcción, rigidez y excelente ganancia, permite recibir las señales de la Televisión Digital Terrestre (TVDT) con una eficiencia muy superior a la de otras antenas de este tipo.

Para garantizar una adecuada recepción de las señales de la TVDT es imprescindible contar con un sistema receptor eficiente, el cual se logra utilizando una antena direccional de alta ganancia, un bajante que cause la menor pérdida posible y un adecuado acoplamiento Antena-Bajante-Receptor.

La mayoría de las antenas construidas de varios directores y reflectores, de “hilo fino”, es decir de varillas o barras relativamente finas, dispuestas de forma paralela entre ellas y transversal con relación al soporte central o boom, son conocidas como Antenas Yagi.

En el caso que nos ocupa, se trata de una antena en la cual se procura lograr un máximo de “Ganancia de Antena Direccional” (GAD) (garantiza 12,5 dB, respecto al dipolo isotrópico, el diseño de cinco elementos) con el formato de mayor rigidez y que soporte las condiciones ambientales más adversas posibles, ya que Cuba es azotada frecuentemente por ciclones tropicales y la humedad relativa se mantiene elevada durante casi todo el año.

Esta antena está construida de varios dipolos rígidos que son fijados directamente en su centro a una barra metálica o boom, como se observa en la figura 1, la cual no se excita, puesto que las líneas de fuerza del vector E (campo eléctrico) la interceptan en ángulo recto, y soportada por el extremo posterior al reflector. El dipolo activo, al cual se conecta el bajante, puede diseñarse en forma de lazo (bucle) para ser utilizado con línea bifilar (cinta) o de forma lineal para la utilización de cable coaxial. Por consiguiente, la antena se monta sin aisladores, lo que la hace muy compacta y de construcción rígida.

La distancia entre el dipolo activo y el reflector se toma entre los límites de 0,15 y 0,25 de la longitud de onda de la frecuencia de resonancia a la que se pretende diseñar la antena, y entre el elemento activo y el primer director, así como entre los directores continuos, en los límites entre 0,10 y 0,35 de la longitud de onda.

 

Figura 1. Patrón de cálculo. Antena Yagi
Figura 1. Patrón de cálculo. Antena Yagi
Figura 2. Dipolos de media onda. a) Dipolo abierto, b) Dipolo con Shunt y c) Dipolo plegado (esquema de Pistolkors)
Figura 2. Dipolos de media onda. a) Dipolo abierto, b) Dipolo con Shunt y c) Dipolo plegado (esquema de Pistolkors)

En la figura 2 se muestra el diseño detallado de los dipolos activos, tanto para bajante de cinta como para bajante de cable coaxial:

  1. Dipolo abierto (bajante: cable coaxial).
  2. Dipolo unido en el centro al Boom, con shunt (bajante: cable coaxial).
  3. Dipolo plegado (esquema de Pistolkors, bajante: cinta bifilar).

Nota técnica: La impedancia característica de un dipolo abierto y de un dipolo plegado es 72 y 270 Ω, respectivamente.

Ejemplo para el cálculo de una antena.

Problema: “Calcular una antena Yagi, con dipolo plegado, para el canal 45 de la TVDT.”

Solución: El canal 45 de la TVDT, teniendo un ancho de banda de 6 MHz, le corresponde el intervalo de frecuencias 656 – 662 MHz, según se especifica en la Web de LACETEL. Este dato es el punto de partida para realizar los cálculos, pues permite determinar la longitud de onda (λ) de la señal portadora para la cual será diseñada la antena. Se toma la frecuencia central del intervalo siendo en este caso 659 MHz. La longitud de onda (λ) y la frecuencia (f) de una onda electromagnética están relacionadas por la siguiente fórmula:

λ.f = C

Donde C = 300000 km/s, la velocidad de las ondas electromagnéticas en el vacío, pero en materiales como el cobre o el aluminio, esta velocidad resulta algo menor y entonces se multiplica por el llamado factor de velocidad de propagación que a los efectos prácticos, para dichos materiales, se toma como 0,95. Despejando λ, y teniendo en cuenta este factor, la longitud de onda queda determinada por la siguiente fórmula:

λ = 0,95 (C / f)

Si expresamos C en mm/s y f en MHz, λ quedará expresada en mm y así, las longitudes calculadas, para los diferentes elementos de la antena, tendrán la mayor precisión. Haciendo las conversiones necesarias, la fórmula anterior adopta la forma que sigue:

λ = (285000 / f) mm

Como la frecuencia central del canal 45 es 659 MHz:

λ = (285000 / 659) = 432 mm

A partir de este cálculo, se realizan los demás, siguiendo las relaciones que se dan en la figura 1.

Longitud del reflector (R)

R = 0,525 λ = 227 mm

Longitud del dipolo (D)

D = 0,5 λ = 216 mm

Longitud de los directores (d)

d = 0,48 λ = 207 mm

Distancia reflector-dipolo (RD)

RD = 0,15 λ = 65 mm

Distancia dipolo-primer reflector (Dd)

Dd = 0,1 λ = 43 mm

Distancia director-director (dd)

dd = 0,1 λ = 43 mm

 

Figura 3. Esquema de la antena Yagi, diseñada para el canal 45 (f0 = 659 MHz)
Figura 3. Esquema de la antena Yagi, diseñada para el canal 45 (f0 = 659 MHz)

El ancho del dipolo se tomó como 27 mm, lo cual representa 1/16 de la longitud de onda, es decir, (432 /16) mm, mientras que la separación entre las puntas, se tomó como 1/24 de la longitud de onda, o sea, 18 mm, resultado de dividir (432 mm / 24)

Figura 4. Diseño del Dipolo Plegado
Figura 4. Diseño del Dipolo Plegado

Es importante señalar que cualquier antena que se diseñe estará sujeta al entorno en el lugar de su colocación definitiva, lo cual podría variar sensiblemente su eficiencia, por lo que se recomienda su emplazamiento en un mástil a una altura nunca menor a 3 m con relación a la superficie donde se coloque, es decir a partir del suelo físico ya sea en tierra o en un techo y separada a más de 10 m del obstáculo más próximo, además de lograr, en lo posible, que exista línea de vista entre la antena transmisora de la señal a recibir y la antena receptora que se utilice. Se recomienda emplear, como altura máxima, los 12 m a partir de los 3 m mínimos recomendados (es decir, no más de 15 m) ya que con una altura superior comienzan a ser significativas las pérdidas en el bajante así como estar más expuesto a las fuerzas del viento. Se aconseja, luego de ser construida y comprobado su funcionamiento y eficiencia, cubrir la antena totalmente y hasta el acoplamiento con el bajante, con barniz para enrollado eléctrico o con pintura de esmalte resistente a la intemperie. Es muy IMPORTANTE lograr el máximo de conductividad eléctrica entre la antena y el mástil para asegurar una buena protección contra las descargas eléctricas atmosféricas.

Listado de componentes

Boom: Tubería de Aluminio de 24 mm de diámetro y 2 mm de espesor o biga tipo U de 20 x 20 mm.

Varillas cilíndricas de aluminio de 10 mm de diámetro.

Grapas de acero galvanizado con rosca para tuercas M10, galvanizadas.

Referencia

LACETEL Instituto de investigación y desarrollo de Telecomunicaciones. Disponible en http://www.lacetel.cu/television-digital/informaciones-utiles.html

Márkov, G. T. & Sazónov, D. M. (1978). ANTENAS: Editorial MIR.

 

35 comentarios en «Antena Yagi para la Televisión Digital Terrestre»
  1. Es Genial

    Como lograr una antena única para los canales 39 y 50,?
    Para el canal 39… la tengo hasta el 48… No veo con ella los de HD del canal 50

  2. Hola Bernardo:
    ¿El ancho del dipolo igual a 1/16 de la longitud de onda y la separación de sus puntas igual a 1/24 de la longitud de onda, son criterios de diseño que pudieran tener ciertas tolerancias? Es que quisiera aprovechar las curvas de los dipolos de las antenas Yagi que se comercializaban con los Pandas para canales del 2-13 …
    Gracias anticipadas

    1. Amigo, yo no soy el autor de este artículo y desconozco el criterio de diseño seguido para tomar esas fracciones de la longitud de onda, pero te puedo asegurar que construí una antena similar a la del artículo, usando recortes de alambre de aluminio, de los bajantes que entran al metro-contador, y el resultado ha sido excelente, aún empleando una cinta bifilar como bajante. Sería muy interesante que usted experimente siguiendo su idea y después comente sobre el resultado. Tengo la máxima de que «la práctica es el criterio valorativo de la verdad». ¿Ha visto usted, cuántas variantes de antena existen en los tejados, desde bandejas y percheros, hasta sofisticadas antenas piramidales? ¡Adelante!
      Saludos,
      Bernardo

      1. Muy bien detallado, pero quisiera me ayudara en el cálculo para una antena de señal analógica para todos los canales. Se que es la misma fórmula, pero necesito saber en que rango de frecuencia transmiten en la Habana.

    1. Según el autor del artículo, las fórmulas empleadas para hacer los cálculos, fueron tomadas del libro referenciado. Yo confeccioné una para el canal 45, según lo explicado y trabaja de maravillas. Quizás los resultados se vean afectados por factores ajenos a la geometría de la antena como es la altura, los obstáculos, la orientación, etc. Sé que hay muchos «libritos» para calcular antenas y que las fórmulas pueden ser muy complejas, las cuales se simplifican para casos prácticos asumiendo aproximaciones numéricas, lo que incide en la diversidad de resultados. Tengo testimonios de otras personas que la han construído para otros canales y han obtenido buenos resultados. Puede ser que haya otros métodos que den resultados más óptimos. Sería bueno para los lectores que usted expusiera el suyo. Saludos,
      Bernardo

  3. Hola… En si la velocidad de la RF no es 300milkX segundo, sino 298mil y pico, luego se calcula la velocidad de material aluminio, cobre, plata u oro, la antena más sensible a las señales es dándole un baño de nitrógeno líquido, y enseguida exponerla a recibir, ….claro solo dura la eficiencia 1 minuto, espero que sepa porqué.. saludos 73

    1. Quizás estés confundiendo los canales de programa (Cubavisión, Tele rebelde,…) con los canales de las frecuencias portadora (45, 50, 20 …). En la TV digital, todos esos canales de programa, más otros servicios de información, se codifican (empaquetan) y se «montan» en un canal de frecuencia de los reservados para la TVD, entonces la cajita decodificadora se encarga de decodificar el paquete, separando los diferentes canales de programa y mediante un software, te permite selecionar el programa de tu preferencia. Por eso, la antena propuesta se diseña para el canal de frecuencia de TVD, de tu localidad. Las medidas calculadas para los elementos, son las óptimas para que la antena tenga la mayor ganancia de señal en el canal seleccionado. Esto quiere decir que también captará los canales vecinos (por encima y por debajo del que seleccionaste para hacer los cálculos), pero con menor ganancia.
      Saludos,
      Bernardo

      1. quisiera saber de donde se obtiene el numero 285000 en la formula. por ejemplo si la localidad en que me encuentro usa el canal 16 y 21 que usa como frequencia central 485 y 515 respectivamente, como se calcularia.
        Gracias

        1. Amigo, en el artículo se explica de dónde proviene el número 285000, pero se obvian los cálculos aritméticos por que son muy simples. Multiplica 300000 x 0.95 (= 285000), eso es el valor de C (velocidad de la luz y en general, para las ondas electromagnéticas) en medios distinto al vacío, expresada en km/s. Teniendo en cuenta que 1 km = 10^6 mm, C = 285000 x 10^6 mm/s. Ahora, para que la longitud de onda quede expresada en mm, debes poner la frecuencia en MHz. Como 1 MHz = 10^6 Hz (Hz = 1/s), el 1/s se cancela con Hz y 10^6, con 10^6, quedando la fórmula como λ = (285000 / f) mm, para que la uses con frecuencias expresadas en MHz. Para resolver el ejemplo de tu localidad, tienes dos opciones: hacer dos antenas, una para cada canal y de forma cruzada, unir sus dipolos por una cinta bifilar; la otra opción es hacer una antena para la frecuencia de 500 MHz, que es la frecuencia promedio entre 485 y 515 MHz y así recepcionas las dos señales, no con la mayor ganancia, pero sí iguales para ambas.
          Saludos,
          Bernardo

  4. El párrafo que sigue y se encuentra en el muy importante artículo, me produce ciertas preguntas, pues las distancias se encuentran «entre los límites», pero observo en los cálculos el valor inferior ?De que dependen estos para poder calcular otra antena?, en nuestra opinión es el mejor artículo publicado…
    La distancia entre el dipolo activo y el reflector se toma entre los límites de 0,15 y 0,25 de la longitud de onda de la frecuencia de resonancia a la que se pretende diseñar la antena, y entre el elemento activo y el primer director, así como entre los directores continuos, en los límites entre 0,10 y 0,35 de la longitud de onda

    1. Amigo, a nombre del colectivo de la revista Tino, le agradezco su criterio positivo sobre este artículo, cuyo autor, por razones personales, ya no trabaja en Joven Club y no tenemos formas de hacerle llegar su duda. Yo, como actual editor de esta sección, trataré de responder su pregunta. Efectivamante, el cálculo referido por usted, debe estar entre los límites especificado, según el autor del libro Antenas, de la editora MIR, mencionado en la bibliografía consultada. Las razones por las que se escoge el límite inferior no las tengo. Lamentablemente no tengo en mi poder ese libro, pero si se ecogiera una opción incluída entre los límites, pienso que el resultado sería bueno también. Esas fórmulas tan sencillas salen de otras muy complejas desde el punto de vista matemático, pero al asumir determinadas condiciones prácticas, se reducen a fórmulas como las que se dan en el artículo, que a los efectos prácticos, satisfacen nuestras espectativas.
      Saludos.

  5. Bernardo una pregunta,si hago dos antenas una para HD y otra para SD segun la metodica de cálculo expuesta (ya la probe y quedo buena en una frecuencia mixta). pero si quisiera hacer las antenas separadas me surge la pregunta: ¿Como conectarlas a un mismo coaxial?, lleva algún elemento o requisito?, pudieras aclara eso.

    1. Colega, entiendo que quieres hacer una antena para el canal cuya frecuencia portadora lleva la señal HD y otra para el que trasporta la señal SD. Aclaro que la antena está determinada por la portadora, no por el tipo de información que transporta. En ese caso, haces las dos antenas siguiendo el procedimiento descrito en el artículo, una para cada canal. Las fijas al mástil una encima de la otra, dejando un espacio prudencial (30 – 50) cm. Mediante un pedazo de cinta bifilar, unes los dipolos de forma cruzada. Colocas el adapador de impedancia y bajas con un solo cable coaxial.
      Saludos.

  6. Saludos. Vivo en Sagua la Grande VILLA CLARA. Que antena me recomienda para fabricar y como con cable coaxial para todos los canales incluidos HD en esta provincia. Y cuantos canales son transmitidos aca. Gracias

    1. Esa información la puedes obtener en RadioCuba, de Sagua la Grande. En dependencia de los canales, usa las fórmulas del artículo para que diseñes la antena más adecuada. El resto de la pregunta no se entiende bien.
      Saludos.

  7. Quisiera saber si una antena que diseñe para la TVDT definición estñandar sirve también para la HD, o cómo diseñar una que sirva para las dos

    1. Amigo, la dimensiones de la antena no tienen nada que ver si es HD o SD, sino con el canal de la radiofrecuencia portadora. Se usan canales diferentes para HD y SD. Lo ideal es una antena diseñada para cada canal, pero resulta poco práctico. Si está diseñada para el canal 45, significa que su mayor ganancia es para este canal pero no quiere decir que los canales contiguos, superiores e inferiores, sean rechazados, lo que ocurre es que para estos, la ganancia disminuye en la medida que sus frecuencias se alejen de la frecuencia central, es decir, de la correspondiente al canal 45. Si fuera a diseñar una antena para los canales 20 (HD) y 45 (SD) escogería la portadora central correspondiente al canal 33 (promedio entre 20 y 45). De esta forma, la antena tendría aproximadamente la misma ganancia para ambos canales, aunque no sería la máxima, que evidentemente, correspondería al canal 33.
      Saludos.

  8. Yo quiero saber si este prototipo de antena Yagi se puede utilizar para ver actualmente la TV digital sin la utilizacion de la cajita decodificadora o hay que utilizar la misma ademas saludos Juank espero respuestas

    1. Colega, para el ejemplo del cálculo se tomó el canal 45. Con otros canales, las dimensiones de los elementos serán diferentes. La cajita decodificadora se pone a los TV que no están preparados para sintonizar los canales digitales y a los que sí captan dichos canales pero siguen normas distintas a la diseñada para Cuba. Los TVs digitales, comprados en otros países, por lo general son incompatibles con la norma cubana para la televisión digital y por eso hay que ponerles la cajita. Al TV digital, ensamblado en Cuba, NO hay que ponerle la cajita. Basta con ponerle la antena directamente, pero que esté diseñada para el canal reservado a tu localidad. En mi localidad, Colón, Mtz, se captan dos canales digitales: el 45, para SD (standard definition) y el 20, para HD (high definition). En el 45 vienen empaquetados todos los canales (CubaVisión, Telerrebelde, etc y varios canales de radio) y la cajita decodificadora hace el trabajo de separarlos y tú puedas ver los programas de tu preferencia.
      Saludos.

    1. Hola Yuriaski. Yo no soy el autor de este artículo pero te puedo reponder la pregunta. Generalmente el dipolo se fija al boom, como se hace con los directores y el reflector, pero si lo prefieres, lo puedes poner aislado, colocándolo en la posición correcta, según las medidas calculadas. De hecho, el boom se escoge de un material resistente y ligero en forma de tubo circular o cuadrado para garantizar buena resistencia mecánica a la fuerza del viento. Saludos.

    2. El dipolo si lo pones aislado del boom ,a igual que los otros elementos (reflectores y directores) mejoras la ganancia de tu antena .

      1. Habría que construir dos antenas iguales, con la única diferencia en la fijación de los elementos al boom, y valorar los resultados. Algunos diseñadores consideran que los resultados serían los mismos, puesto que la tensión eléctrica, originada por las ondas incidentes, es nula en el centro de los elementos, y por eso se pueden fijar al boom sin modificar su comportamiento eléctrico, y así ganar en resitencia mecánica.

  9. hola ,buenas tardes ,por favor como seria la fijacion al Boom del los dipolos a y b referidos en la figura 2,pues necesito fabricar una antena Yagi pero conectado a cable coaxial.saludos

    1. Hola Abdel. Los dipolos referidos por usted son abiertos cuyas impedancias características andan por los 72 Ohm, por lo que puedes usar un cable coaxial (75 Ohm) como bajante y conectarlo directamente al equipo receptor si la entrada de este es de 75 Ohm de impedancia, como ocurre en la mayoría de los casos, es decir. Para fijar el dipolo -a- al boom, debes unir las dos varillas con un elemeto plástico, baquelita u otro material aislante, y entonces este se fija centrado al boom. En el caso -b- se fija centrado a boom, pero la conexión del cable coaxial tiene que hacerce rigurosamente como indica la figura, haciendo los cálculos según la fórmula mostrada. Te sugiero el dipolo plegado (300 Ohm), pero en ese caso, debes usar un balum o transformador de impedancia (300 – 75 Ohm) para conectarle el cable coaxial. Saludos.

  10. Hola, quisiera fabricar esta antena para acople con bajante cable coaxial; Me puede explicar como acoplar el dipolo activo a dicho cable? Gracias de antemano

    1. No soy el autor del artículo pero puedo responder tu pregunta. Obviamente, si vas a usar un cable coaxial como bajante (supongo RG-59 de 75 Ohm de impedancia) tendrás que usar un adaptador de impedancia o balum de 300 a 75 Ohm para lograr un correcto acoplamiento de impedancias entre la antena y la cajita decodificadora y con ello garantizar la máxima transferencia de señal, lo que redunda en una mejor recepción. Es decir, (dipolo_300) (300_balum_75) (75_coaxial_75) (75_cajita)
      Saludos.

    1. Amigo, la antena Yagi pudiera ser una buena opción, pero para realizar el cálculo de la misma, debes conocer primero cuál es el canal asignado a su región. Eso lo puedes consultar el sitio Web de LACETEL.
      Saludos.

  11. Perdone que vuelva con lo mismo,p ero en mi correo anterior me olvidé de un detalle y es el referido a la medida de longitud. Disculpe mi desonocimiento pero no conozco el símbolo. ¿Cómo convertirlo o cómo sería en centímetros? Una vez más gracias

  12. Muy amable su gesto de facilitar la construcción de una antena. Me parece excelente. Yo he intentado hacerlas para uso familiar y de algunos amigos, pero no tenía datos serios para ello. Así que muchas gracias. Intentaré hacer una con esos parámetros técnicos. Aprovecho para hacerle algunas preguntas que quizá usted pueda aclararme. Para lograr una recepción correcta de la HD (Alta Definición) qué requisitos son indispensables en cuanto a:
    1-Caja decodificadora (imagino que una de HD)
    2-Bajante (El bifilar también o es solo el coaxial)
    3-Qué tipo de antena es la más adecuada.¿ Las que muestra aquí sirven o son otras?
    También quisiera saber si el diplo tiene que ser ovalado o si sirve recto (una varilla) y si esta sirve para las cajas decodificadoras que no son de HD.
    Si puede dedicarme un tiempo para responder dichas preguntas le pido lo haga al siguiente e-mail: freinaldo2016@gmail.com

    1. Colega, le puedo asegurar que la antena descrita en este artículo y calculada según el ejemplo, funciona satisfactoriamente para el canal 45 de TDT. Le puedo informar que la recepción de la señal TDT (Televisión Digital Terrestre) tiene que ver con la portadora correspondiente al canal, independientemente del formato de la información que la modula, sea HD o STD, por lo que este tipo de antena se calcula partiendo de la longitud de onda de la portadora (RF, radiofrecuencia), como se describe en el el artículo, para que la recepción sea lo mejor posible. Respondiendo a sus preguntas:
      1 – Por supuesto, para disfrutar de la calidad de la Alta Definición (HD, por sus siglas en inglés) se necesita una caja decodificadora HD, pero también un TV que tenga la posibilidad de la visualización del HD, aunque en un TV que no tenga esa prestación, también se puede recepcionar pero con una calidad inferior.
      2 – Para el bajante se puede usar cualquiera de los dos medios, respetando el acoplamiento de impedancias, aunque es recomendable emplear coaxial, para garantizar el máximo nivel de señal.
      3 – Cualquier antena que garantice una buena recepción es adecuada. Como la TDT en nuestro país se lleva a cabo mediante un canal portador (no confundir con los canales de la TV) asignado para cada región, las antenas tipo Yagi son muy recomendadas porque se pueden calcular, según el ejemplo, para que el máximo de recepción esté centrado en dicho canal.
      El tipo de dipolo cambia la impedancia de la antena. En este caso se ha optado por el dipolo plegado, cuya impedancia característica es aproximadamente 300 Ω. Como le expliqué más arriba, el cálculo de la antena no tiene nada que ver con el tipo de caja decodificadora, si es HD o STD, sino con la portadora del canal.
      Respondiendo a su otra pregunta (del otro comentario) le puedo decir que la unidad empleada en la medición de la longitud ha sido el milímetro (mm), para lograr una mayor exactitud en las dimensiones de las diferentes partes de la antena, pues así se garantiza la máxima recepción para el canal escogido.
      Espero haber respondido a sus preguntas, y aprovecho para, en nombre del colectivo editorial de la Revista Tino, agradecerle por su interés en uno de nuestros artículos. Esperamos que le dé seguimiento a nuestra revista y decirle que no dude en hacernos sugerencias, para que nuestro trabajo sea mejor.
      Saludos.

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