Antena yagi

Universidade de São Paulo
Escola de Engenharia de São Carlos
Departamento de Engenharia Elétrica

SEL 0344 – Antenas
Relatório – Antena Yagi-Uda

Professor José Carlos Sartori

Aluno:
Stenio M. Ranzini nº USP- 5971201
Gustavo Silva Oliveira nº USP- 5911332
José Arildo Gobbo Júnior nº USP- 5911270
João Carlos Soriano nº USP- 5971222São Carlos
Junho / 2010
Resumo:
O trabalho procura explicar como projetar e construir uma antena Yagi para 950 MHz (telefonia celular). São mostrados os procedimentos de cálculo, assim como alguns detalhes construtivos.
1. Introdução:

A antena Yagi-Uda, ou simplesmente Yagi, é uma antena direcional. Essa antena constitui-se de um elemento ativo (dipolo) e elementos parasitas. Um doselementos parasitas é o refletor e os outros elementos irão funcionar como elementos diretores.
A antena Yagi-Uda é um tipo de rádio-antena desenvolvido por Hidetsugo Yagi, professor da Universidade de Vohoku, Japão, e por seu colega e assistente Shintaru Uda. Este tipo de antena foi descrito nos anos de 1926 e 1927 em artigo intitulado: Procedimentos do ERE (Engineering Radio Experience).Apesar de a antena ter ostentado o nome YAGI, o próprio Dr. Yagi a chamou de antena Yagi-Uda em reconhecimento ao seu colega e assistente.

2. Projeto:
a. Antena:
A antena yagi utilizada nesse trabalho foi projetada para telefonia celular na faixa de 950 MHz. Deseja-se que a antena possua um ganho aproximado de 12 dBi e que seja alimentada com um cabo coaxial de 50Ω.
O projetoiniciou-se no papel com a Figura 1.

Figura [ 1 ] - Antena Yagi de faixa larga
A partir dela foi possível calcular comprimento do dipolo dobrado, do refletor e dos diretores, além da distância entre eles, mas ela não fornecia o cálculo da resistência de entrada nem do ganho da antena. Por experiência, sabe-se que, para um ganho de 12 dBi, são necessários aproximadamente 9 diretores. A [ Figura 2 ]mostra os resultados obtidos para essa quantidade de diretores.

Figura [ 2 ] – Resultado do cálculo dos elementos da antena
Para determinar a resistência de entrada e o ganho da antena, foi utilizado o programa Mmanagal. Esse software necessita dos diâmetros dos condutores para realizar os cálculos, por isso foi estabelecido o diâmetro dos condutores em ¼ `` e, então, realizada a simulação. Oganho obtido na simulação ficou em torno do esperado (12 dBi), mas a resistência de entrada, não. Uma tentativa de otimizar a resistência de entrada foi feita utilizando o programa Quickyagi. A entrada desse programa foram os cálculos manuais, porém esse software possui a opção de otimizar a antena para a resistência de 50Ω (pode ser otimizado para 200Ω quando for utilizado um dipolo dobrado,como será mostrado mais à frente). O resultado obtido pelo Quickyagi foi apenas uma alteração no tamanho do dipolo, então essa alteração foi feita no Mmanagal para verificação, mas o resultado ainda não foi o desejado. Portanto, utilizando o próprio Mmanagal, foram feitos alguns ajustes finos na antena até se obterem os resultados desejados. A [ Tabela 1 ] mostra os resultados para algumasfrequências em torno de 950 MHz.
Tabela [ 1 ] – Resultados do Mmanagal – dipolo simples
Frequência (MHz) | Ganho (dBi) | Resistência de Entrada (Ω) | SWR |
920 | 11,46 | 42,97-j8,87 | 1,28 |
930 | 11,65 | 45,07-j4,99 | 1,16 |
940 | 11,83 | 47,47-j1,82 | 1,07 |
950 | 11,98 | 49,67+j0,16 | 1,01 |
960 | 12,13 | 50,89+j0,79 | 1,02 |
970 | 12,25 | 49,93+j0,49 | 1,01 |
980 | 12,36 |45,95+j0,76 | 1,09 |
990 | 12,44 | 39,56+j3,47 | 1,28 |
1000 | 12,49 | 32,44+j9,93 | 1,64 |

O mesmo procedimento foi feito para o cálculo da antena com o dipolo dobrado; a [ Tabela 2 ] mostra os resultados obtidos.
Tabela [ 2 ] – Resultados do Mmanagal - dipolo dobrado
Frequência (MHz) | Ganho (dBi) | Resistência de Entrada (Ω) | SWR |
920 | 12,09 | 197,36-j61,31 | 1,36 |
930 | 12,3 |...