O que é uma antena Yagi? Guia completo

As antenas são elementos essenciais num sistema de commelecomunicações. São responsáveis pela transmissão e receção de sinais sem fios numa série de operações. Consoante a forma, o tamanho e as propriedades electromagnéticas, as antenas podem ser classificadas em vários tipos de antenas. Entre estes diferentes tipos de antenas, a antena Yagi desempenha um papel crucial nas telecommelecomunicações. Neste artigo, iremos explorar o funcionamento das antenas Yagi, compreendendo a sua conceção, história e factores que determinam o seu desempenho. Por fim, investigaremos algumas das aplicações amplamente utilizadas das antenas Yagi em diferentes sistemas de comunicação sem fios.

Antecedentes históricos

A antena Yagi é uma antena direcional que foi introduzida por dois cientistas japoneses em 1926. Os cientistas que inventaram a antena Yagi-Uda são Shintaro Uda e o seu supervisor Hidetsugu Yagi. Shintaro foi responsável pela formulação da teoria subjacente à antena, enquanto Yagi o ajudou a popularizar as suas ideias junto da comunidade mundial. A aplicação mais antiga das antenas Yagi-Uda envolveu sistemas de radar utilizados na Segunda Guerra Mundial. No entanto, com o fim da Guerra Mundial, foram utilizadas como antenas de televisão doméstica.

Com o avanço da tecnologia e do tempo, o design inicial da antena Yagi-Uda foi optimizado e modificado para satisfazer os requisitos das aplicações emergentes. Ao longo dos anos, as antenas Yagi-Uda conquistaram muitos domínios de aplicação, incluindo as comunicações por satélite, devido ao seu design simples e elegante. Para além das comunicações por satélite e como antenas de televisão doméstica, também têm sido utilizadas na indústria mineira, em estações de rádio amadoras e em centros de receção de telemóveis fixos.

Compreender a conceção

A conceção de uma antena é entendida através da avaliação de diferentes propriedades eléctricas e magnéticas da sua conceção. No que diz respeito à antena Yagi-Uda, esta é constituída por três componentes principais, nomeadamente

• O elemento motor: Este elemento é responsável por fornecer corrente de alimentação aos restantes elementos da antena. O comprimento do elemento de condução depende da frequência de funcionamento da antena.

• Refletor: Estes elementos são responsáveis pela atenuação da criação de lóbulos laterais no padrão de radiação da antena. O padrão de radiação da antena é uma representação da cobertura alcançada pela transmissão da antena e é caracterizado pelo lóbulo principal e pelos lóbulos laterais. O lóbulo principal transporta a maior parte da energia, enquanto os lóbulos laterais transportam menos energia ou radiação dispersa. Por conseguinte, os elementos reflectores são um elemento importante na conceção de uma antena Yagi-Uda. Normalmente, o comprimento do refletor é cerca de 5% do comprimento do elemento de condução colocado na extremidade mais posterior da antena.

• Diretores: Estes elementos são responsáveis por direcionar o sinal ou o padrão de radiação electromagnética numa determinada direção.

Além disso, no que diz respeito aos materiais utilizados para o fabrico de antenas, as antenas Yagi-Uda são fabricadas maioritariamente com materiais como o alumínio, o cobre e o aço inoxidável, onde se prefere uma elevada durabilidade. A fibra de vidro é outro tipo de material muito utilizado no fabrico das antenas Yagi-Uda. Finalmente, especificámos os elementos da antena Yagi-Uda, as suas dimensões e outros factores, como o número de diretores e o espaçamento entre diretores, dependendo da gama de frequências de funcionamento e da aplicação.

Como funciona a antena Yagi?

Discutimos aspectos importantes do design da antena Yagi-Uda na secção anterior, agora vamos discutir o princípio de funcionamento da antena Yagi-Uda. Os elementos da antena são colocados numa estrutura passiva conhecida como braço. A extremidade posterior é constituída por reflectores, que são barras de metal. Estes reflectores, juntamente com os diretores, asseguram que o padrão de radiação é direcional. O elemento de condução é o único componente ativo da antena, normalmente colocado como um dipolo dobrado.

As antenas Yagi-Uda são consideradas antenas direcionais de elevado ganho, sendo o ganho típico de uma antena Yagi-Uda de cerca de 10-14dBi. No entanto, as antenas Yagi-Uda são consideradas dispositivos sensíveis à frequência e a sua conceção depende da gama de frequências de funcionamento necessária. Além disso, a largura de banda alcançável com uma antena Yagi-Uda é estreita quando comparada com outros tipos de antenas. Em comparação com outros tipos de antenas, como as antenas patch e helicoidais, as antenas Yagi-Uda têm um ganho e uma directividade mais elevados.

Factores que influenciam o desempenho

Vamos agora discutir alguns dos factores que afectam o desempenho da antena Yagi-Uda. O desempenho destas antenas depende dos seguintes factores

• Frequência de funcionamento: Quando concebemos uma antena Yagi-Uda, esta funcionará a uma frequência específica, dependendo dos parâmetros de conceção, tais como o espaçamento, o comprimento e o tamanho do refletor e do diretor. Por conseguinte, a frequência de funcionamento deve ser óptima para obter o melhor desempenho.

• Comprimento e espaçamento dos elementos: Tal como referido anteriormente, o espaçamento e o comprimento dos elementos no desenho da antena podem afetar o ganho e a directividade da antena.

• Factores ambientais: Todos nós já passámos por isso com a utilização de antenas Yagi-Uda como antenas de televisão domésticas. Condições ambientais severas podem afetar o desempenho da antena, incluindo obstruções e interferências electromagnéticas.

• Considerações sobre montagem e orientação: A altura e a orientação corretas da instalação são importantes porque afectam o desempenho das antenas Yagi-Uda.

Aplicações da antena Yagi

As antenas Yagi-Uda são amplamente utilizadas nas seguintes aplicações:

• São utilizados em sistemas de comunicação sem fios como estações de base celulares e para estabelecer ligações de comunicação ponto-a-ponto com elevada directividade.

• As antenas Yagi-Uda são muito utilizadas na transmissão de rádio e televisão. Também são populares entre os operadores de rádio amadores.

• Uma aplicação popular das antenas Yagi-Uda é a utilização das mesmas para a implementação de ligações Wi-F de longo alcance.

• Aplicações de radiodifusão: Com a vantagem de um elevado ganho e directividade, as antenas Yagi-Uda são também populares em diferentes aplicações de radiodifusão.

Vantagens e limitações da antena Yagi

As antenas Yagi-Uda são classificadas como antenas de elevado ganho e direcionais. Assim sendo, as vantagens das antenas Yagi-Uda podem ser identificadas da seguinte forma:

• Ganho elevado

• Alta directividade

• Conceção simples e, por conseguinte, de baixo custo em comparação com tipos de antenas avançadas, tais como as antenas de patch

Apesar das suas vantagens, as antenas Yagi têm algumas limitações. Estas limitações incluem:

• Largura de banda estreita que limita a gama de frequências de funcionamento

• A sua conceção é suscetível de sofrer interferências

• Em projectos que requerem cobertura omnidirecional, as antenas Yagi-Uda podem não ser o design de antena ideal para a sua aplicação

Considerações práticas para a instalação

É importante ter em conta algumas considerações práticas durante a instalação e manutenção da antena na sua aplicação. A antena Yagi-Uda oferece-lhe diferentes opções de montagem, tais como:

• Telhado
• Mastro
• Configurações portáteis

Pode escolher a opção de montagem perfeita em função dos requisitos da sua aplicação.
Por último, é obrigatório cumprir as regras e os regulamentos existentes no seu país ao utilizar as antenas Yagi-Uda na sua aplicação.

Conclusão

Neste artigo, investigámos a conceção e o princípio de funcionamento das antenas Yagi-Uda. Além disso, discutimos as aplicações amplamente utilizadas das antenas Yagi. Este artigo pode servir como um guia de referência ao considerar uma antena Yagi para a sua aplicação.