Antena Yagi para la Televisión Digital Terrestre

Figura 1. Patrón de cálculo. Antena Yagi

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.

 

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Sobre Bernardo Herrera Pérez 10 Artículos
Licenciado en Educación, especialidad Física. Integrante del 4to Contingente del Destacamento Pedagógico Manuel Ascunce Domenech. Me apasiona el trabajo con microcontroladores PIC.

8 Comentarios

    • 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.

    • 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.

  1. 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

    • 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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