Luego de que varios amigos radioaficionados me consultaran como resolver el apilamiento de antenas Yagi, he querido aclarar este tema, existen muchas "recetas de cocina" que se alejan de la realidad. Aquí les traigo una buena documentación.
He extraido y traducido este artículo desde http://www.ifwtech.co.uk/g3sek/stacking/stacking2.htm
Fundamentos:
Área de captura o Apertura efectiva
"La historia es basura": ¡las viejas "reglas" no funcionan!
Apilando dos Yagis idénticos
Apilamiento horizontal y vertical
Antenas para diferentes bandas ... el principio
Antenas para diferentes bandas ... En la práctica
¿Qué tan lejos? Una guía de supervivencia
Area de captura o apertura efectiva
El área de captura de una antena, generalmente conocida por los profesionales como su apertura efectiva, se define más o menos como el área cubierta por una matriz plana o de apertura con las mismas características de ganancia y ancho de haz.
Por ejemplo, si construimos una antena de cuerno gigante con la misma ganancia y ancho de haz que el yagi que estamos viendo de frente en el siguiente diagrama, la apertura frontal del cuerno sería la misma que la abertura efectiva del yagi.
La apertura efectiva de un yagi es más o menos elíptica, con su eje más largo a lo largo de la longitud de los elementos. Tenga en cuenta que la apertura efectiva se extiende simétricamente por encima y por debajo del plano de los elementos, y también se extiende simétricamente más allá de la longitud física de los elementos.
Más área de captura = Más ganancias
Cuanto mayor sea el área de captura de cualquier antena, mayor será su ganancia. Un yagi más largo - si está bien diseñado - tendrá más ganancia y un área de captura más grande que un yagi más corto; aproximadamente, la ganancia y el área de captura de un yagi son ambos proporcionales a la longitud del brazo (en longitudes de onda).
La ganancia de una matriz de antenas está determinada por el área de captura de toda la matriz. El principio fundamental del apilamiento de antenas es espaciar las antenas para que sus áreas de captura solo toquen. Esto maximiza el área de captura de toda la matriz sin hacer que la matriz sea más grande de lo que necesita ser. Si el espaciado es demasiado pequeño, las áreas de captura se superpondrán y la matriz no alcanzará su máxima ganancia potencial. Los primeros dos ejemplos muestran este principio en acción.
Sin embargo, es importante recordar que "apertura efectiva" o "área de captura" es un concepto difuso: para las antenas yagi, estas áreas no tienen límites físicos duros. Los siguientes ejemplos explicarán algunos de los puntos más finos.
La historia es Bunk! (Henry Ford)
Muchos libros antiguos de radioaficionados recomiendan distancias fijas de apilamiento como "media longitud de onda", "longitud de onda de 5/8", "la mitad de la longitud de la pluma", etc. Algunas de estas "reglas" fueron poco más que conjeturas. Todavía puedes verlos en algunos libros modernos, ¡pero solo porque han sido copiados de los libros más antiguos sin pensar!
Estas viejas 'reglas' serán correctas para ciertos tipos de yagis (los que fueron populares cuando se escribieron los libros) pero se equivocarán en muchos diseños modernos de yagi. Mi recomendación es olvidarlos y comenzar de nuevo con ideas modernas.
Apilamiento vertical para dos Yagis idénticos
Este ejemplo muestra cómo se pueden apilar dos yagis idénticos para que sus áreas de captura solo se toquen. Esa distancia dará cerca de la ganancia máxima alcanzable.
Puntos a tener en cuenta
Apilar dos antenas idénticas puede generar una ganancia adicional de 2.5-2.9dB, ¡pero solo si se realiza correctamente!
El apilamiento vertical reducirá el ancho vertical del haz y también introducirá lóbulos laterales adicionales en el patrón de radiación vertical (elevación). Cuando las antenas se apilan solo verticalmente, el patrón de radiación horizontal de la matriz será el mismo que el yagis individual.
Apilar demasiado separados aumentará los niveles de los lóbulos laterales verticales y hará que el patrón vertical sea más estrecho a medida que los lóbulos laterales coman el lóbulo principal. El apilamiento más amplio también hará que la antena sea más grande y menos fuerte. Aquí no hay ventajas prácticas, ¡así que evite una distancia de apilamiento excesiva!
Un apilamiento más cercano hará que el patrón vertical sea más ancho, y disminuirá los niveles del lóbulo lateral vertical. Aunque esto dará como resultado una pérdida grave de ganancia si se toma demasiado, puede ser una compensación válida para obtener un patrón vertical más limpio.
Para yagis largos (más de 10 elementos, longitud del brazo superior a aproximadamente 2 longitudes de onda) DL6WU ha desarrollado una fórmula útil basada en el ancho del haz. Esto ofrece un muy buen compromiso entre la ganancia extra y un patrón de matriz limpia.
¡Estas son todas aproximaciones! La única forma de entender exactamente qué trade-offs está haciendo es ejecutar un modelo de computadora de la matriz que refleja el terreno.
Fórmula de apilamiento DL6WU para Yagis Largos
Esta fórmula solo se aplica a yagis de más de 10 elementos, la longitud de la pluma es superior a 2 longitudes de onda.
D = W / (2 * sin (B / 2))
dónde
D = distancia de apilamiento, vertical u horizontal
W = longitud de onda, en las mismas unidades que D
B = ancho de haz entre -3dB puntos.
Use ancho de haz vertical para apilamiento vertical (como se indicó anteriormente);
use el ancho del haz horizontal para el apilamiento horizontal.
Apilamiento horizontal y vertical
Este ejemplo muestra cómo cuatro yagis idénticos se pueden apilar en una formación de "caja" en un "cuadro en H".
Este ejemplo muestra cómo cuatro yagis idénticos se pueden apilar en una formación de "caja" en un "cuadro en H".
Puntos a tener en cuenta
Las áreas de captura solo tocan en las direcciones vertical y horizontal.
El espaciado horizontal es mayor que el espaciado vertical, porque las áreas de captura son elípticas.
El brazo cruzado horizontal del marco H está en el mismo plano que los elementos yagi, pero la interacción se minimiza porque el brazo cruzado está fuera del área de captura de las antenas.
Si la parte superior de la torre se extiende hasta el brazo cruzado (para resistencia mecánica) estará dentro de las áreas de captura de las dos antenas inferiores y puede haber algo de interacción.
Si hay hombres de metal subiendo a la cima de la torre, espera algo de interacción.
Este ejemplo amplía la idea de áreas de captura para mostrar cómo apilar antenas para diferentes bandas en una configuración de "Árbol de Navidad". El siguiente dibujo muestra lo que estamos tratando de lograr, pero puede no ser muy práctico.
Puntos a tener en cuenta
El área de captura de la antena de banda inferior es físicamente mucho más grande que el área de captura de la antena de banda superior.
Para evitar cualquier interacción entre las antenas, las áreas de captura no deben superponerse.
Para evitar la interacción con la torre, la parte superior de la torre debe estar fuera del área de captura de la antena de banda inferior.
Esta configuración es muy pobre mecánicamente: pone grandes cargas de viento en el mástil, que pueden doblarse o romperse donde entra a la torre.
Este ejemplo muestra la configuración mínima absoluta para apilar antenas en diferentes bandas. ¡Un apilamiento más cerrado que esto puede conducir a una seria pérdida de rendimiento!
Puntos a tener en cuenta
La antena de banda superior se encuentra dentro del área de captura de la antena de banda inferior, y lo mismo ocurre con la torre. Esto es un compromiso, pero quizás no tan serio porque ambos objetos son mucho más pequeños (horizontalmente) que una media longitud de onda en la banda inferior.
La antena de banda inferior se ve como un objeto grande para la antena de banda superior - "grande" en términos de la longitud de onda, eso es - y alterará seriamente su rendimiento. Es por eso que siempre intentamos mantener las antenas de banda inferior completamente fuera del área de captura de cualquier antena de banda superior. ¡Romper esta regla es probable que resulte en una seria pérdida de rendimiento para la antena de banda superior!
Este ejemplo ha mostrado todos los compromisos. ¡Intenta hacer la menor cantidad posible!
Si puede, intente hacer que su sistema sea mucho más alto, más parecido al ejemplo anterior.
¿Qué tan lejos? Una guía de supervivencia
Si no tiene mucha información, verifique la distancia vertical de apilamiento que el fabricante recomienda para dos de las mismas antenas. ¡Esta distancia es la altura del área de captura!
La distancia mínima de separación (para antenas en bandas inferiores, misma polarización) es la mitad de la distancia de apilamiento para dos de las mismas antenas.
Ejemplo: el fabricante recomienda que apile dos yagis idénticos de 144MHz a 10 pies de distancia. Eso significa que no debe montar uno de estos yagis a menos de (10/2) = 5 pies por encima de una antena de banda inferior, como un yagi de 50MHz o tribanda de HF.
Si ni siquiera tiene mucha información, durante largos yagis puede consultar la tabla de rendimiento por VE7BQH. Eso brinda distancias de apilamiento recomendadas para una gama completa de yagis de 144MHz de longitud. Si no puede encontrar su diseño yagi exacto, debería poder encontrar algo comparable como guía.