Um tempo atrás, decidi aprender mais sobre design de antenas. Para isso, passei a estudar mais sobre o funcionamento de diversos tipos de antena. O curso da Karen Rucker (em inglês) foi muito elucidativo sobre as questões mais básicas, mas para realmente aprender seria importante colocar isso em prática!

Com base nisso, me propûs a projetar uma Yagi de 3 elementos para a banda de 2m que fosse portátil o suficiente e de fácil construção (leia-se: não precisasse de casamento de impedância muito crítico). Mãos à obra!

Para o projeto, utilizei o MMANA-GAL, que permite simular antenas e obter parâmetros como impedância, ganho, relação frente-trás a partir dos elementos desenhados. A versão básica é gratuita para uso amador e serve bem aos projetos mais simples. Além disso, ele roda sem problemas no Linux usando o Wine.

Telas demo do MMANA-GAL

 Como ponto de partida, tomei o design gerado pela calculadora do Chang Puak, baseada nos cálculos do DL6WU. Apesar do bom ganho e da boa relação F/B, a impedância era muito baixa e capacitiva, cerca de 28 - 22j ohms, o que requeriria alguma forma de acoplamento (possivelmente um hairpin/beta match). Isso vai contra os princípios do projeto, que eu gostaria que fosse o mais simples possível, então vamos aos ajustes!

Grosseiramente, ao projetar uma Yagi temos as seguintes variáveis no nosso espaço de design:

  • Espaçamento entre o refletor-dipolo
  • Espaçamento entre dipolo-diretor
  • Comprimento dos três elementos

Ou seja, bastante coisa. Para simplificar o processo, fixei os seguintes valores:

  • O refletor vai ter 1 metro (restrição dos meus tubos de alumínio)
  • O dipolo vai ter 95 cm aproximadamente
  • O diretor vai estar a aproximadamente 65cm do refletor
  • A relação F/B pode ser sacrificada

Com base nisso, cheguei nos seguintes valores para os elementos:

Tamanho dos elementos calculados

Ou seja:

  • Refletor: Posição 0cm - 100cm de comprimento
  • Dipolo: Posição 37cm - 96cm de comprimento (48cm cada lado)
  • Diretor: Posição 65cm - 82cm de comprimento

Com base nisso, pude efetuar as seguintes simulações da antena:

Podemos ver que a impedância em 145MHz ficou praticamente perfeita, com um ganho de 7.2dBi. Porém, a relação F/B foi bastante penalizada, em 12.6dB (é possível chegar a 18dB com antenas do mesmo tamanho).

SWR baixo em toda banda

Em seguida, projetei alguns suportes para os elementos no Fusion 360, para que pudesse obter um visual mais "profissional" na construção da antena. Os suportes então foram impressos em 3D usando PLA (próximas versões serão em PETG).

Impressão na Ender 3 Pro
Engate fêmea no boom
Engate macho no elemento
Elemento montado ao boom

Os suportes foram feitos com engates de forma que seja possível desmontar a antena facilmente e montá-la em campo rapidamente quando necessário.

Para a construção do dipolo, foram furadas as pontas e parafusados terminais olho com parafusos M3, nos quais foi soldado diretamente o cabo coaxial RG58. Como balun, foram dadas 4 voltas em torno do boom.

Olhal parafusado ao tubo
Cabo soldado

Uma vez montada a antena, foi hora de realizar os testes. Para isso, utilizei o NanoVNA, calibrado para a faixa de 100MHz a 200MHz e coloquei a antena no pátio, em pé, longe de qualquer obstrução. O cabo foi mantido o mais próximo possível do boom e perpendicular aos elementos, só "dobrando" em direção ao VNA após passar pelo refletor.

SWR de 1.1 na frequência de design atingido!

Conforme as medições do VNA acima, as metas de design foram antingidas, tendo a antena um casamento quase que perfeito com um SWR de 1.1! Graças à sua banda larga, esse design se mostra muito versátil para quem quer se aventurar na construção de antenas, sendo muito tolerante a erros de medição e afins. Também é uma boa demonstração do processo de engenharia de uma antena e a importância do uso de ferramentas de simulação no processo de design.


Construção resumida

Lista de compras:

  • 3x Tubo de alumínio para banner 9,52mm (3/8") - 1m
  • 1x Tubo de alumínio 25,4mm (1") - 1m
  • 2x terminal olhal vermelho
  • 2x parafuso M3x6mm + porca
  • Cabo coaxial o suficiente para dar 4 voltas no boom + ir pra trás do refletor (cerca de 1m)
Desenho tosco mas didático ¯\_(ツ)_/¯

Antena final montada