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Antena yagui 4 elementos para la banda de 17 metros 18.120 mhz.

 

ANTENA 4LY17M

 

Cálculos de la antena y comportamiento a 24 metros de altura

 

 

Antena yagui 4 elementos para la banda de 17 metros y 18.120 mhz

 

 

Dimensiones de la antena

 

 

 

2.894 metros de separado del elemento exitado

 

Soporte central del reflector

 

Elemento aislado del resto de la antena

Soporte para aislar el elemento existado

 

Elemento separado 2.32 metros del elemento exitado

Soporte central del director 1

 

 

Elemento separado 4.23 con respecto al elemento exitado

Soporte central del director 2

 

Elemento
Soporte
Largo Total
Separación
A
B
C
D
E
F
Reflector
Aterrizado a la antena
8.50 mts
2.894 M
0.60 M DE 1/2"
0.75 M DE 5/8"
0.75 M DE 3/4"
0.75 M DE 1 7/8"
0.75 M DE 1"
1.30 M DE 1 1/8"
Driver izquierdo
Aislado al centro del boom
3.915 mts
0.515 M DE 1/2"
0.70 M DE 5/8"
0.70 M DE 3/4"
0.70 M DE 7/8"
0.70 M DE 1"
0.60 M DE 1 1/8"
Driver derecho
Aislado al centro del boom
3.985 mts
0.515 M DE 1/2"
0.70 M DE 5/8"
0.70 M DE 3/4"
0.70 M DE 7/8"
0.70 M DE 1"
0.60 M DE 1 1/8"
Director
Aterrizado a la antena
7.50 mts
2.32 M
0.55 M DE 1/2"
0.65 M DE 5/8"
0.65 M DE 3/4"
0.65 M DE 7/8"
0.65 M DE 1"
1.20 M DE 1 1/8"
Director 2
Aterrizado a la antena
7.16 mts
1.91 M
0.51 M DE 1/2"
0.63 M DE 5/8"
0.63 M DE 3/4
0.63 M DE 7/8"
0.63 M DE 1"
1.10 M DE 1 1/8"
Boom central Aterrizado a la torre 7.40 mts 2"              

Como los elementos son telescópicos dejar 30 cm adicionales en cada tramo para traslapar

Caracteristicas de la tubería de aluminio a utilizar en la antena

 

 

 

 

Patrónes de radiación de la antena, en plano horizontal y plano vertical en 2D

 

Patrónes de radiación de la antena, en tercera dimensión

 

Comportamiento de las corrientes elécticas sobre los elementos de la antena

 

Ancho de banda de la antena y relación de ondas estacionarias

 

Resonancia de la antena, reactancia cancelada, impedancia y variaciónes de acuerdo a la frecuencia.

 

Ganancia y Frente espalda de la antena en función de la frecuencia.

 

 

 

Soporte principal de la antena sobre el mástil

 

 

 

Abrazaderas y aisladores en el elemento exitado y caja de alojamiento de balun

debe alimentarse con un transformador de impedancias balun 1 : 2 para pasar de 26.74 ohms a 50 ohms

 

 

 

Tabla de especificaciones técnicas de los tubos de aluminio

 

 

 

Construcción del transformador de impedancias para ésta antena

 

 

 

Ejemplo de como calcular un transformador de impedancias de 50 ohms a 24 ohms, para una antena de 24.92 mhz con 24 ohms de impedancia muy similar a la anterior.

50 ohms / 24 ohms = 2.08

Balun transformador de impedancias 1 : 2.08 de 50 a 24 ohms

Nota importante: para hacer ésta adaptación es necesario que el elemento exitado esté aislado del resto de la antena, de tal manera que tengamos dos brazos iguales para cada lado del punto de alimentacion de la antena. no sería necesario si en su lugar usaramos un acoplamiento por medio de gamma mactch.

 

Primero analicemos las caracteristicas electromagneticas de la antena.

Como podemos ver tiene una impedancia de R= 24.19 ohms y se encuentra en resonancia puesto que jx es casi cero o sea que su reactacnia se encuentra cancelada. +jx = 0.1903

1.0 Cálculo de la impedancia de la antena

 

jx= reactancia de la antena

jx2= reactancia por desacople de impedancias entre antena y generador

XL = reactancia total

Cuando jx tiende a ser cero : la antena está en resonancia o sea no está corta ni larga independientemente de su impedancia de radiación de la antena.

cuando jx2 tiende a cero : La impedancia de la antena y la impedancia del generador tienden a ser iguales. por lo tanto R = Z

 

 

Z =R + jx = impedancia de la antena = raiz( (24.19 x 24.19)+(0.1903x0.1903)) = 24.19074 ohms = Z

 

Z1=R1 = 24.19074 Ohms

Impedancia de la fuente Zi = Ri = Resistencia de la fuente = 50 ohms

Z = R1 = Resistencia de la carga ( antena ) = 24.19074 ohms ; solo si la jx es mas o menos igual 0 es decir que la antena está en resonancia, y jx2 será el valor de la reactacia por acoplamiento entre carga y antena.

 

R1= 24.19074 Ohms

Ri = 50 Ohms

La linea de alimentación tiene una impedancia de 50 ohms que es un multiplo de 1/2 longitud de onda multiplicada por su factor de velocidad, y a la vez ésta linea de alimentación tiene una impedancia igual a la impedancia interna del equipo o fuente generadora de radio frecuencia., por lo tanto estamos hablando de que:

Zi=Ri = 50 Ohms

La antena tiene una impedancia de: R1= 24.19074 Ohms

que es menor que la impedancia de la linea de alimentación, para lo cual necesitamos adaptar éstas impedancias mediante un nucleo toroidal de ferrita tipo amidon o equivalente. para tener la menor cantidad de pérdidas de potencia en nuestra antena. y así eficientar nuestra comunicación.

Cuando la impedancia de la antena es menor que la impedancia de la linea, el debanado primario L1es mayor que el secundario L2 .

Cuando la impedancia de la antena es mayor que la linea de alimentación, el debanado primarioL1 es menor que el debanado L2.

Para ésta antena el devanado del lado de la antena será menor que del lado de la línea de alimentación.

 

 

El factor de relación de vueltas entre primario y secundario = raiz cuadrada de (Zi entre Z1) =50 entre 24.19074 = Raiz(2.066) =1.437 veces más vueltas del lado de mayor impedancia o sea del lado del coaxial éstá el primario.

Factor de relación de vueltas = 1.437 veces

Np = 1.437 veces más vueltas que el secundario

 

Con ésta información prodremos constuir un transformador RF de 50 ohms impedancia de la linea a 24.19074 ohms impedancia de la antena.

 

 

 

Dimensiones de los toroides y código de sus dos colores.

 

 

Al igual que los colores los toroides tienen dimensiones diferentes a tomar en cuenta

El código del toroide tipo "T" tiene relación con sus dimenciones

El número que aparece despúes de la letra T si lo multiplicamos por 0.254 nos dá el diámetro aproximado del toroide, por ejemplo el toroide T225 , MULTIPLICAMOS 225 X.0254 =57.15 MM. muy parecido a 57.2 de la especificación. De tal manera que con ver el código ya podemos imaginarnos de que tamaño es la pieza con respecto al diámetro exterior.

 

Mezcla de colores entre las caras

 

El color del toroide es importante para indentificar las caracteristicas técnicas del mismo.

Una combinación del primer color con el segundo color, nos indicará las frecuencias donde puede trabajar un determinado toroide para lo cual tiene un número que nos indica la combinación de tal manera que si elegimos el toroide T 200 / 6 estamos definiendo sus dimenciones T200 y corresponde tambíen a la mezcla 6 que tiene un rango de frecuencia de 2 a 50 mhz de acuerdo al material ferromagnético usado donde es un color amarillo y color gris.

El primer color cubre tre caras de sus lados y el segundo color solo una cara, El color gris es el color natural de la ferrita, o sea que el código no. 3 que es gris gris no está pintado.

 

Tabla para buscar el valor "AL" de acuerdo al toroide y mezcla de colores

 

Elección del toroide a utilizar en la antena.

Como la antena la calculamos para 24.920 mhz y alimentamos con 50 ohms,Vemos la tabla 2 y utilizamos el codigo 2 de la tabla de mezcla de colores que es un toroide de rojo y gris y con un rango de frecuencia de 1 a 30 mhz.

 

Luego vamos a la tabla 1 y elegimos el tamaño del toroide:

Elección del núcleo: De la tabla uno elegimos un toroide con un tamaño medio T80 , el cual tiene un diámetro exterior de 20.1 mm

por lo tanto tenemos un toroide T 80 - 2 como expecificación final.

Cálculo de la inductancia del lado de la antena L1:

Usamos la impedancia más alta que es 50 ohms y la frecuencia más baja a utilizar tomamos 24.860 como frecuencia mínima

Tomamos la impedancia más alta que es 50 ohms y la multiplicamos por un valor entre 4 y 5 veces para calcular XL del transformador

XL =4.9984 x 50 ohms = 249.92 ohms = XL

L1 = ( 4.9984 x Z) / (6.28 x Frecuencia) = 4.9984 x 50 ohms) / (6.28 x 24.860 mhz) = 1.60 uH micro henrios de la bobina L1

Para elegir el voltage partimos de que 300 volts a 50 ohms de impedancia nos soporta aproximadamente 1000 watts.

Ahora a calcular el número de espira del bobinado L1

Primero buscamos el valor " AL" de la tabla 3 buscando el valor donde se cruza T80 con el código de mezcla 2 que estamos utilizando y en contramos un valor de AL = 55

Número de espiras de L1 = ((raíz cuadrada (L1 / AL) ) x 100 ) =((raiz curadrada (1.60 / 55)) x 100 ) = 17.05 vueltas del primario

 

Vemos el cálculo que hicimos para compararlo con un sotfware existente

Vemos que el número de vueltas corresponde con lo calculado, así como el rango de frecuencias, el inconveniente es que se está sobrepasando el máximo flujo permisible 66 en lugar de 32 , la temperatura muy alta 510 °C con 300 volts es muy alta lo que indica un sobrecalentamiento en el nucleo del toroide, y existe una pérdida de potencia de 27.56 watts que se pierde en calor.

Cambiando a un toroide con un AL mayor a 5.5nH/n2 , se mejoran las condiciones anteriores notablemente, como se ve en la siguiente imagen

 

 

Nuevo cálculo, el próposito del cálculo anterior era para demostrar como influye el tipo de toroide y sus caracteristicas

Como la antena la calculamos para 24.920 mhz y alimentamos con 50 ohms,Vemos la tabla 2 y utilizamos el codigo 2 de la tabla de mezcla de colores que es un toroide de rojo y gris y con un rango de frecuencia de 1 a 30 mhz.

Ahora tomamos un toroida T200 -2 de 1 a 30 mhz

 

Cálculo de la inductancia del lado de la antena L1:

Usamos la impedancia más alta que es 50 ohms y la frecuencia más baja a utilizar tomamos 24.860 como frecuencia mínima

Tomamos la impedancia más alta que es 50 ohms y la multiplicamos por un valor entre 4 y 5 veces para calcular XL del transformador

XL =4.9984 x 50 ohms = 249.92 ohms = XL

L1 = ( 4.9984 x Z) / (6.28 x Frecuencia) = 4.9984 x 50 ohms) / (6.28 x 24.860 mhz) = 1.60 uH micro henrios de la bobina L1

Para elegir el voltage partimos de que 300 volts a 50 ohms de impedancia nos soporta aproximadamente 1000 watts.

Ahora a calcular el número de espira del bobinado L1

Primero buscamos el valor " AL" de la tabla 3 buscando el valor donde se cruza T200 con el código de mezcla 2 que estamos utilizando y en contramos un valor de AL = 120

Número de espiras de L1 = ((raíz cuadrada (L1 / AL) ) x 100 ) =((raiz curadrada (1.60 / 120)) x 100 ) = 11.54 = 12 vueltas del primario

 

Vemos el cálculo que hicimos para compararlo con un sotfware existente

Bajo la temperatura a 49 °C, baja la pérdida de potencia solo 9.71 watts, baja el flujo por de debajo de flujo máximo permisible.

Optimización :Usamos un T200 - 2

Rango de Frecuencia de 1 a 30 mhz

L1 =1.6 uH para bobina primario con 12 vueltas

Longitud del Cable 57 cm con un diámetro máximo del cable de 6.54 mm

Flujo 11, pérdida en watts 9.71, temperatura 49 °C , con este voltaje de 180 volts. aceptables la potencia en watts supera los 500 watts

En caso que número de espiras no entrara en una capa se puede hacer en dos capas. Claro que no es el caso en éste análisis

 

 

El factor de relación de vueltas entre primario y secundario = raiz cuadrada de (Zi entre Z1) =50 entre 24.19074 = Raiz(2.066) =1.437 veces más vueltas del lado de mayor impedancia o sea del lado del coaxial éstá el primario.

Factor de relación de vueltas = 1.437 veces

Np = 1.437 veces más vueltas que el secundario

 

Con ésta información prodremos constuir un transformador RF de 50 ohms impedancia de la linea a 24.19074 ohms impedancia de la antena.

Numero de vueltas de primario = 12 vueltas

Número de vueltas de secundario = 12 / 1.437= 8.35 = 9 vueltas

Ahora checamos la bobina L2 del secundario

Como los voltajes son proporciolales al número de vueltas entre primario y secundario, cosa que no sucede con el calculo de la tranformación de impedancias.. tenemos:

Voltaje en L1= 180 volts

Voltaje en L2 = 12 vueltas en L1 / 9 vueltas en L2 =1 . 3 factor de voltaje

180/1.33= 135 volts en L2

 

Cálculo de la inductancia del lado de la antena L2

Z1=R1= 24.19074 Ohms lado de la antena

Usamos la impedancia más alta que es 50 ohms y la frecuencia más baja a utilizar tomamos 24.860 como frecuencia mínima

Tomamos la impedancia más alta que es 50 ohms y la multiplicamos por un valor entre 4 y 5 veces para calcular XL del transformador

XL2 =5.811 x 24.19074 ohms = 140.58 ohms = XL

L2 = ( 5.811 x Z) / (6.28 x Frecuencia) = 5.811 x 24.19074 ohms) / (6.28 x 24.860 mhz) = 0.9 uH micro henrios de la bobina L2

Para elegir el voltage partimos de que 300 volts a 50 ohms de impedancia nos soporta aproximadamente 1000 watts.

Ahora a calcular el número de espira del bobinado L2

Primero buscamos el valor " AL" de la tabla 3 buscando el valor donde se cruza T200 con el código de mezcla 2 que estamos utilizando y en contramos un valor de AL = 120

Número de espiras de L1 = ((raíz cuadrada (L1 / AL) ) x 100 ) =((raiz curadrada (0.9 / 120)) x 100 ) = 8.66 = 9 vueltas del primario

Vemos que es correcto con los cáculos anteriores.

 

Numero de vueltas de primario = 12 vueltas

Número de vueltas de secundario = 12 / 1.437= 8.35 = 9 vueltas

Vemos el cálculo que hicimos para compararlo con un sotfware existente

La bobina L1 lado del coaxial ( primario) se envuelve sobre el nucleo de ferita tratando de espaciarla por toda la circunferencia del nucleo, ya que si no se reparte de ésta forma aumenta el valor de la inductancia, por ejemplo se se reparte sobre la mitad de la circunferencia aumenta 1.2 veces, y si se ocupa menos de la mitad aumentará 1.7 veces la inductancia.

Antes de embobinar el totoide es necesario protegerlo con cinta teflón para permitir usar potencias altas, nunca usar cable desnudo, ya que las superficie de no siempre estan bién esmaltadas. y puede generar un corto. Procure que el largo del embobinado no llegue a una longitud cercana al 1/4 de onda.

La bobina L2 que en éste caso es más pequeña se debe devanar sobre la anterior y distibuyendola tanbíen en la circunferencia del nucleo de ferrita.

Ésta ROE de 1 a 2.07 que aparecia en un principio, con el trasformador de impedancias se elimina por completo opteniendo una ROE 1 a 1..

 

En éste toroide no están distribuidas por tada la circunferencia las espiras de las bobinas

Otro punto importante al hacer los transformadores de impedancia es hacerlos con varias derivaciones para diferentes usos posibles

Una vez fabricado el transformador de impedancias solo queda meterlo en un recipinte para colocarlo cerca del punto de alimentación de la antena.

 

Y ello hemos terminado como calcular un trasformador de impedancias de 50ohms linea desbalanceada coaxial a 24 ohms de antena balanceada

Balun transformador de impedancias 1 : 2.08 de 50 a 24 ohms

Espero les hay gustado el tema, se aceptan sugerencias. Atte. XE3RLR 73 GOOD Dx.

 

 

 

 
Fecha inicio: 7/mayo/2002.

Actualizado February 12, 2016

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