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.

 

Impactos: 12975

Share
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.

12 Comentarios

  1. 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

    • 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.

    • 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.

  2. 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

    • 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.

    • 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.

      • 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.

  3. 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

    • 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.

Dejar una contestacion

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.


*