Antena direccional Y3L40

Pagina original de XE3RLR (Link)

Antena yagui 3 elementos para la banda de 40 metros 7.080 mhz.

Antena direccional yagui 3 elementos para la banda de 40 metros

Peso aproximado de la antena 43 kgs

Longitud del Bomm 11.70 mts

Reflector 14.76 mts

Exitado 14.368 mts

Director 13.752 mts

Potencia máxima = 3,200 watts

Frecuencia de resonancia 7.08 mhz

Impedancia de la antena 22.7 ohms

Balun transformador de impedancias de: 22.7 ohms a 50 ohms

Reactancia de la antena cancelada en 7.08 mhz, Resistencia de radiación 22.7 ohms

Ancho de banda para (SWR menor a 1.5 ) = 71.5 khz

Ancho de banda para (SWR menor a 2.0 ) = 130 khz

Ganancia 11.49 dBi , a una altura de antena de 24 mts sobre el suelo

1 dB= dBi-2.15

11.49dBi - 2.15 = 9.34 dB a 24 metros de altura

F / B = 60.75 dB a 180 ° es muy crítico

F/B mínimo en 130 ° es 24 dB

Ganancia en el espacio Libre 6.85 dBi

Diagrama de radiación en 3D de la antena Y3L40M

El ángulo de radiación de la antena ésta a 23° sobre el orizonte, ideal para comunicados lejanos, el ancho del haz 74°

Ganancia 11.49 dBi , a una altura de antena de 24 mts sobre el suelo

1 dB= dBi-2.15

11.49dBi - 2.15 = 9.34 dB a 24 metros de altura

F / B = 60.75 dB a 180 ° es muy crítico

F/B mínimo en 130 ° es 24 dB

Ganancia en el espacio Libre 6.85 dBi

Intensidad de la corriente en cada elemento de la antena

Detalles para la construcción de la antena Y3L40M y sus elementos

Separación del refector con respecto al elemento exitado = 5.93 metros

Tabla de medidas del elemento Reflector con tubería aluminio acople telescopico

Si quieres que resuene optimizarla para 7.150 mhz el elemento "A" del Reflector cambia a 0.586 mts

Comparativa entre la antena G5RV puesta horizontalmente contra la Y3L40M monobanda para 40 metros

Tabla de medidas del elemento exitado con tubería aluminio acople telescopico

Si quieres que resuene optimizarla para 7.150 mhz el elemento "A" del exitado cambia a 0.713 mts

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

Separación del director con respecto al elemento exitado = 5.56 metros

Tabla de medidas del elemento Director con tubería aluminio acople telescopico

Si quieres que resuene optimizarla para 7.150 mhz el elemento "A" del director cambia a 0.741 mts

.741

Soporte del director y reflector

Abrazaderas para fijar los elementos telescópicos

Tornillos de acero inoxidable

Soporte principal de la antena

Construcción de las bobinas de carga de la antena

Otras 4 alternativas para construir las bobinas de ésta antena

Te recomiendo la priemer opción, ya que es más rígida y por lo tanto las condiciones eléctricas serán más estables de acuerdo a los esfuerzos de tensión por el peso de los brazos de la antena, aparte de tener un mejor Q, por su relación longitud- diámetro, también es más favorable si se utilza alta potencia. Pero puedes elegir cualquiera de las 4 alternativas para construir las 6 bobinas de acuerdo a tus necesidades, Las sies bobinas que lleva la antena son de la misma inductancia.

Construcción de los elementos capacitivos de la antena

Radiales de aleros capacitivos con tubo de aluminio de ¼" diámetro x 72 cm de largo atornillados a tubo de aluminio horizontal de 2.2 mm de de diámetro.

Características de los conductores de cobre y aluminio

Peso y resistencia de los alambres de cobre y aluminio

Características de los conductores de cobre

Alambre de cobre esmaltado para embobinar

Diámetros y áreas de los alambres de cobre de acuerdo al calibre del conductor

Tabla de diámetro de los conductores y calibres AWG

Tabla de pesos por longitud de alambre de cobre esmaltado

1 pie = 30.48 cm

1 Libra = 454 gramos

Caracteristicas de los cables de cobre para construir la bobina.

Ver detalle de transformador de impedancias de 50 ohms a 22.7 ohms

En construcción

Construcción del transformador de impedancias para ésta antena

Ejemplo de como calcular un transformador de impedancias de 50 ohms a 22.7 ohms, para una antena de 7.08 mhz con 22.7 ohms de impedancia

50 ohms / 22.7 ohms = 2.20

Balun transformador de impedancias 1 : 2.20 de 50 a 22.7 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.

Relacion de ondas estacionarias sin el balun ROE = 2.20

Relación de ondas estacionarias ya con el balun transformador de impedancias ROE =1.1

Frecuencia de resonancia 7.08 mhz

Impedancia de la antena 22.7 ohms + jx

Balun transformador de impedancias de: 22.7 ohms a 50 ohms

Como podemos ver tiene una impedancia de R= 22.7 +jx ohms y se encuentra en resonancia puesto que jx es casi cero o sea que su reactacnia se encuentra cancelada. +jx = 0.037

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( (22.7 x 22.7)+(0.037x0.037)) = 22.700 ohms = Z

Z1=R1 = 22.700 Ohms

Primario (Impedancia de la fuente Zi = Ri = Resistencia de la fuente = 50 ohms )

Secundario ( Z1=R1= 22.700 impedancia de la antena )

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.

Z1 = R1 = Resistencia de la carga ( antena ) = 22.700 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= 22.700 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: El largo de la linea de alimentación para un coaxial con aislante de plastico rígido transparente debe ser =1/2 x (300 / 7.08 mhz)xFv. =0.50 x(300/7.08) x .659 = 13.96 metros , pero si no alcanza a llegar a cuarto de radio usamos otro tranto ugual multipo de esta cantida, o sea que debemos usar = 13.96 x 2 = 27.92 mts. o tambíen otra medida es 13.96 x 3 = 41.88 mts , cualquiera de estas tres medidas son correctas .no otras.

Zi=Ri = 50 Ohms

La antena tiene una impedancia de: R1= 22.700 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. con pérdidas menores a 0.3 dB por efecto del transformador de impedancias.

El factor de relación de vueltas entre primario y secundario = raiz cuadrada de (Zi entre Z1) =raíz cuadrada de(50 entre 22.7) = 1.48 veces más vueltas del lado del primario.en función al secundario.

FACTOR DE NÚMERO DE VUELTAS= 1.48 veces mayor el primario que el secundario

El primario está formado por A y C

y el secundario está formado por B

Con ésta información prodremos constuir un transformador RF de 50 ohms impedancia de la linea a 22.700 ohms impedancia de la antena.

Elección del toroide a utilizar en la antena.

Como la antena la calculamos para 7.08 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 T200 , el cual tiene un diámetro exterior de 51.0 mm

por lo tanto tenemos un toroide T 200 -2 como expecificación final.

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

Cálculo de la inductancia del lado de la antena L1: en la frecuencia más baja tomamos 7.0 mhz y 50 ohms de impedancia mas alta

para una impedancia mayor de 50 ohms y una frecuncia mínima de 7.00 mhz tenemos:

Tomamos entre 4 y cinco veces la impedancia mayor aproximadamente

Ahora a calcular el número de espiras del bobinado L1

Usamos la impedancia más alta que es 50 ohms y la frecuencia más baja a utilizar tomamos 7.00 mhzcomo 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 =4.045 x 50 ohms = 202.22 ohms = XL

L1 = ( 4.045 x Z1) / (6.28 x Frecuencia) = (4.045 x 50 ohms) / (6.28 x 7.00 mhz) = 4.6 uH micro henrios de la bobina 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

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

Número de espiras de L1 = ((raíz cuadrada (L1 / AL) ) x 100 ) =((raiz curadrada (4.6 uH / 120)) x 100 ) = 19.5 vueltas = 20 vueltas

Ahora si está mejor tenemos un toroide T 200 - 2 de color rojo y gris, con un diámetro exterior de 50.8 mm, de 1 a 30 mhz, en la frecuencia de 7.0 mhz tenemos 20 vueltas para las bobinas A y C, 10 vueltas por cada bobina, nos permite usar conductores hasta de 4.3 mm de diámetro, no se sobre elevó el flujo permisible, la temperatura máxima es de 45° a 280 volts y una pérdida de potencia muy baja, con respecto a los 280 volts.

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

Diagrama para construcción de Balun mixto 1:2 ( Balun 1: 2 y balun 1:1)

Este balun está compuesto en dos partes, la primera parte son 10 vueltas de alambre trifilar formando las bobinas A B y C , en la bobina B se toma un punto en la 7a. vuelta sacando una derivación y en lugar de diez de acuerdo a la relación de 1.48 entre primario y secundario que calculamos anteriomente, con ello se forma un balun de 1:2.2 de 50 ohms a 22.7 ohms, corrigiendo el esquema de arriba que teniamos un balun 1:2 de 50 a 25 ohms. Utilizando un toroide amidon T 200 - 2 DE 1 A 30 MHZ . Solamente que este balun es desbalanceado a desbalanceado.

balun de 1:2 de 50 ohms a 25 ohms desbalanceado a desbalanceado (unun a unun) y punto de ajuste en B

Como la linea coaxial de alimentacíon de la antena es desbalanceada y la antena que diseñamos es balanceada, tenemos que poner una segunda etapa que consiste en un balun 1: 1 de desbalanceado a balanceado. de 25 ohms a 25 ohms. Esta es la segunda parte del circuito que está construida con dos lineas coaxiales de 50 ohms paralelas , las cuales podemos ver en el diagrama que forman las bobinas D y E . Donde las bobinas D están formada por los alambres centrales del coaxial y las bobinas E están formadas por las mallas exteriores de los coaxiales.

Balun mixto 1:2 ( Balun 1: 2 y balun 1:1)

Proteger el toroide con cinta teflón para evitar algún corto y mejorar la potenicia en la imagen no tiene tefón.

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.

Torroide protegido con cinta teflón para que acepte mayor potencia

Balun mixto 1:2.2 ( Balun 1: 2 y balun 1:1) terminado

Balun transformador de impedancias 1 : 2.20 de 50 a 22.7 ohms

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

La segunda etapa que forma el balun 1:1 si quieres usar mas potencia prodias sustituirlo por otro tipo de balun 1:1 como se muetra en las siguiente figura

y lo interconectas con el toroide de 50 ohms a 22.7 ohms (sustituyendo las dos lineas coaxiales.

CONSTRUCCIÓN DE BALUN:

Videos que muestran omo construir un balun 4:1 y otro balun 1:1

Balun 1:1 por CE4WJK

Balun 1:1 de ferrita por CE4WJK

Caracteristicas de los toroides

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

Tabla de especificaciones técnicas de los tubos de aluminio

Espero les agrade y en espera de sus comentarios XE3RL Javier

Comportamiento de la antena en la banda de 15 metros

En la banda de 15 metros resuena aceptablemente, aunque no ésta diseñada para ello, con una ROE de 1. 1.5 y una impedancia de 75 ohms.

Pierde mucho su direccionalidad y el F/B, pero puede trabajar mejor que un simple dipolo.