Relatório de Construção de Antena Yagi-Uda

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ACRE 
CCET – CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
ONDAS E ANTENAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RIO BRANCO – AC 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO REFERENTE À MONTAGEM DA ANTENA 
 
 
 
 
 
 
DISCENTE: Lucas Costa Vichinsky 
DOCENTE: Roger Fredy Larico Chávez 
 
 
 
INTRODUÇÃO 
 O surgimento das antenas se deu por estudos das ondas 
eletromagnéticas em certos materiais. Em 1886 o alemão Heinrich Rudolf 
Hertz mostrou que certos materiais casam radiações magnéticas, essas 
radiações são responsáveis por transmissões de informações através de 
mecanismos de recepção e emissão, criando então o conceito de antenas. 
Hertz também foi responsável por diversos estudos relacionados à 
propagação de onda, também foi o criador da unidade de medida de 
frequência Hertz (Hz). 
 Seu estudo é de suma importância para o projeto que será adotado 
agora. Devido ao crescimento dos meios de comunicação e a propagação da 
informação nos dias atuais, levar esse conhecimento à frente se torna cada 
vez mais necessário. Através desse relatório, será descrito como montar uma 
antena. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Para início de conversa vamos 
falar sobre a antena dipolo dobrada, 
ela é uma antena yagi-uda que 
possui uma característica única que 
é o ganho duplo. Essa é a maior 
vantagem desse tipo de antena. Sua 
maior desvantagem é o fato do 
componente ser em formato 
elíptico, uma dificuldade na hora da 
confecção. 
MARCO TEÓRICO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Antes de iniciar o conceito da 
elaboração do projeto físico, será 
descrita a teoria para sua 
modulação. Alguns conceitos 
básicos devem ser respeitados antes 
que comecemos a montagem da 
antena. 
 Modelo de antena a ser 
adotado; 
 Teoria de propagação de 
ondas em antenas; 
 Atenuação do sinal. 
Fig.1 - Ubiquiti Mimo M5. Exemplo 
de receptor e emissor de sinal. 
 Para a escolha da antena 
serão fornecidas três opções: 
 Antena dipolo dobrada; 
 Antena yagi-uda; 
 Antena parabólica. 
Serão citadas as vantagens e 
desvantagens das três antenas. 
Fig. 2 – Antena de dipolo duplo. 
Modelo onde a parte central (em 
forma de elipse) é o elemento 
excitador. O elemento na esquerda 
do elipsoide é o elemento diretor. O 
último elemento se chama elemento 
refletor e está no canto direito da 
tela. 
 Ela é a antena mais 
recomendada para a confecção por 
causa do seu ganho duplo. A antena 
em questão é muito utilizada para 
recepção de canais de TV aberta. O 
ganho que está na direção oposta à 
que deveria estar pode ser 
direcionado, através de uma 
modelagem do elemento refletor. 
Essa característica é marcante e 
justifica o porquê dessa antena ser 
popular. 
 Exibindo seu diagrama de 
radiação, a antena anterior pode ser 
descrita dessa forma: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 3 – Diagrama de 
radiação da antena dipolo 
dobrado. (Sem nenhum 
refletor) 
 Até aqui nós já temos uma 
excelente opção para confecção. 
Seguindo nossas opções o próximo 
item é: 
 Antena dipolo dobrada; 
 Antena espinha de peixe; 
 Antena parabólica. 
A antena espinha de peixe é uma 
antena popular por sua facilidade de 
confecção e seu ganho moderado. A 
antena pode seguir diversas 
geometrias dependendo de como 
deseja se adotar. Sua única 
desvantagem é que ela não possui o 
ganho duplo, que nem a dipolo 
dobrado. Ela é usada para recepção 
de sinais de TV ou internet em áreas 
rurais, tipicamente. 
Fig. 4 – Antena espinha de 
peixe. 
Abaixo será exibido seu 
diagrama típico de radiação: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5 – Diagrama de 
radiação típico da antena 
espinha de peixe. 
 Seguindo a lista: 
 Antena dipolo dobrada; 
 Antena espinha de peixe; 
 Antena parabólica. 
A antena parabólica é 
tipicamente usada para recepção e 
transmissão de dados a longa 
distância. Um exemplo clássico 
desse tipo de recepção é a TV por 
assinatura. A transmissão desse tipo 
de dado é geralmente feita por 
satélite. A parabólica é muito 
utilizada, mas possui certos 
problemas na hora da confecção. 
Seu formato de paraboloide torna 
difícil sua confecção sem nenhum 
tipo de maquinário. Por isso, a 
adoção dessa antena será 
descartada logo de cara. 
Fig. 6 – Antena parabólica. 
 Um ponto extremamente 
interessante sobre essa antena é 
que o emissor é o elemento em 
vermelho da figura acima. A 
“antena” em si é só o refletor. 
 Geralmente esse tipo de 
antena é feita de alumínio, porém 
não existe uma garantia de que o 
elemento estará sempre disponível 
na natureza, por isso é comum na 
confecção desse tipo de antena eles 
construírem ela através de aço ou 
outro material metálico e realizar 
uma pintura baseada em alumínio. 
 Seu diagrama de radiação é: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 7 – Diagrama de 
radiação típico da antena 
parabólica. 
 O primeiro item da lista já 
pode ser riscado: 
 Modelo de antena a ser 
adotado; 
 Teoria de propagação de 
ondas em antenas; 
 Atenuação do sinal; 
Entrando no tema de teoria da 
propagação das ondas em antenas, 
teremos que entrar em duas 
equações básicas: 
∇ × 𝐁 = 𝜇0𝐉 + 𝜇0𝜀0
𝜕𝑬
𝜕𝑡
 (𝐄𝐪. 𝟏) 
𝐁 = 𝜇𝐇 ou 𝐁 = 𝜇0(𝐄 + 𝐇)(𝐄𝐪. 𝟐) 
O objetivo desse tópico não é 
demonstrar essas equações, mas 
entender por que elas afetam toda a 
teoria eletromagnética de 
propagação. 
 Considerando a equação 1, 
ela nos mostra diretamente o 
motivo pelo qual a antena possui 
diversos elementos em paralelo, a 
corrente gerará uma corrente 
induzida denotada pelo termo 
diferencial da equação. Quanto 
maior nossa densidade de corrente, 
melhor será a propagação do nosso 
sinal, porém deve se visar logo de 
cara que não é importante que esse 
sinal seja muito potente, 
dependendo da aplicação o sinal 
deve ser fraco ou forte. 
 Abaixo será exibido um 
diagrama que mostra exatamente 
como essa corrente induzida afeta 
no campo eletromagnético e seu 
benefício conforme o desejo do 
projetista: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Enquanto isso a equação 2 nos descreve diretamente como proceder 
em relação a propagação da antena. A densidade do campo eletromagnético 
descrito nessa fórmula é dita como a soma de dois campos: o campo elétrico 
e o campo auxiliar. É claro que ele se propaga por ondas senoidais. Então o 
diagrama será o seguinte: 
 
 
 
 
 
Fig. 8 –Diagrama de linhas 
de campo elétrico que 
induzem uma corrente 
sobre os condutores em 
paralelo. 
Fig. 9 – Diagrama que exemplifica como a 
densidade de campo eletromagnético é 
propagada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Com isso são riscados dois 
itens da lista: 
 Modelode antena a ser 
adotado; 
 Teoria de propagação de 
ondas em antenas; 
 Atenuação do sinal. 
Agora para a atenuação do 
sinal deve se verificar diversos 
fatores, todos eles foram estudados 
durante o primeiro semestre da 
disciplina de ondas e antenas. 
Entretanto, será considerado um 
resumo rápido sobre isso. 
A atenuação do sinal se dá por 
diversos fatores, o mais comum 
seria a distância entre o emissor e o 
receptor e a disposição dos objetos 
em relação à onda. 
Entre os tipos de modificações 
que possam ocorrer com o sinal 
estão a difração, a refração e o 
efeito Doppler. 
Todos esses efeitos citados 
acima são relacionados à disposição 
dos objetos em relação ao 
transmissor e receptor. É 
interessante pensar que por causa 
desses efeitos as torres de antenas 
possuem uma altura considerável. 
 A importância de entender 
esse tópico é devida ao fato de que 
a posição da antena interfere no 
sinal que será recebido. Deve se 
colocar a antena em um lugar 
adequado e projetar para que a 
mesma possua níveis mínimos de 
atenuação. 
Fig. 10 – Diagrama que mostra os 
tipos de incidência que podem ocorrer 
com a onda. Note que no primeiro 
ocorre o que chamam de refração, a 
onda se divide em duas uma, onda 
refletida e outra onda transmitida. Na 
segunda figura a onda está sobre a 
melhor forma, sem nenhuma 
interferência do meio, enquanto na 
terceira ocorre um caso de reflexão 
perfeita (ou reflexão oblíqua). 
 Para o último passo, a atenuação do sinal também pode ocorrer devido 
ao clima ou as condições do ambiente. Como por exemplo, em um local onde 
existe altas incidências de chuva, deve se projetar uma antena para suportar 
essa quantidade de chuva, por isso o sistema tem que pensar em todos os 
fatores. Isso nos ajuda a entender o porquê de algumas imagens ficarem 
chuviscadas quando ligamos o cabo na TV. 
Assim terminamos a nossa lista e podemos entrar em mais um tópico, 
a análise de modelos comerciais. 
 Modelo de antena a ser adotado; 
 Teoria de propagação de ondas em antenas; 
 Atenuação do sinal. 
ANÁLISE DE MODELOS COMERCIAIS 
 O principal modelo a ser analisado nesse tópico é a antena espinha de 
peixe da marca Aquário™. Como o trabalho foi feito para ser um estudo e 
uma maneira de aprender, deve se analisar alguns modelos comerciais com 
o intuito de mostrar um melhor desenvolvimento na hora da montagem. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 O intuito da análise é tomar um lado mais comercial e pensar o por 
que os produtos são tão vendidos. Começando as antenas da empresa são 
feitas de alumínio e possuem um ganho de 6 dBi. Não existe condição da 
criação de uma antena de alumínio por parte do projetista, porém será visado 
um ganho de 6 dBi para a implementação do projeto. 
Fig. 11 – Produtos Aquário™. A Aquário™ é uma 
empresa já experiente no mercado. Analisar seus 
produtos nos ajuda a ter uma visão mais 
comercial na hora de projetar nossa antena. 
OBJETIVOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Até esse ponto foram citados 
dois fatores cruciais para a criação 
da antena. A análise comercial nos 
disse que temos que ter um ganho 
aproximado a 6 dBi para nos 
estabelecermos no mercado. 
Enquanto o marco teórico nos disse 
que devemos direcionar o sinal para 
que o ganho seja realmente 
dobrado. Para isso utilizaremos uma 
antena Yagi-Uda dipolo dobrado. Até 
esse ponto estão sendo cogitadas 
várias geometrias dos diretores. 
Fig. 12 – Antena Yagi-Uda 
dipolo dobrado. 
O projeto visa a atingir 4 
(Rede Amazônica/Globo) até o canal 
19 (Rede União), assim os cálculos 
devem ser feitos no intuito de 
alcançar essas faixas de 
frequências. 
Fig. 13 – Canais abertos Rio 
Branco, AC. 
 A principal motivação para o 
desenvolvimento do projeto se deve 
ao fato do projeto ser importante 
para o aprendizado do aluno. 
Principalmente para o 
amadurecimento como engenheiro. 
 Um engenheiro eletricista 
deve ser capaz de projetar inúmeros 
projetos sem nenhuma dificuldade, 
um deles apesar de aparentemente 
simples é uma antena. 
 A qualificação para o exercício 
como engenheiro de 
telecomunicações, depende muito 
de qual a proposta será feita e seu 
entendimento sobre o assunto. 
Projetar uma antena é um passo 
inicial para o crescimento 
profissional do indivíduo. 
CÁLCULOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Tendo o marco teórico, os 
objetivos e a um estudo dos 
modelos comerciais podemos passar 
para os cálculos necessários para o 
projeto da antena. 
 Como o projetista em questão 
não possui acesso aos dados por 
alguma fonte mais confiável, ele irá 
usar os dados da Wikipédia. 
 Com isso tudo em mente, 
podemos calcular alguns 
parâmetros que nos ajudarão a 
montar nossa antena, eles são: 
 Frequência central; 
 Lambda; 
 Comprimento do excitador; 
 Comprimento do refletor; 
 Comprimento do diretor; 
 Distância entre os elementos. 
 
Fig. 13 - Gráfico 
mostrando o conceito de 
frequência central. 
 Iniciamos nosso tópico pela 
frequência central, ela é calculada 
pela média da menor frequência 
com a maior frequência. Na prática 
ela determina exatamente onde está 
o centro da nossa varredura de 
frequências. 
 Seu cálculo é dado pela 
seguinte equação: 
𝐅𝐂 =
𝐹𝑀Á𝑋 + 𝐹𝑀Í𝑁
2
 (𝐄𝐪. 𝟑) 
 Nós já definimos no tópico 
anterior qual seria o intervalo de 
frequências, portanto para um valor 
numérico: 
𝐅𝐂 = 485.143 MHz [I] 
 Até aqui nosso primeiro ponto 
já foi dado. A frequência central é 
importantíssima para os cálculos 
dos próximos parâmetros. 
 Frequência central; 
 Lambda; 
 Comprimento do excitador; 
 Comprimento do refletor; 
 Comprimento do diretor; 
 Distância entre os elementos. 
O lambda será nossa variável 
relacionada à distância. Sua 
característica mais marcante é que 
ela pretende padronizar o 
comprimento dos componentes da 
antena, todos eles em função da 
mesma. 
O lambda nesse caso também é 
associado ao comprimento de onda. 
Ele será nosso parâmetro inicial para 
as definições do projeto e será 
calculado através da equação: 
𝛌 =
𝐶
𝐹𝐶
 (𝐄𝐪. 𝟒) 
Onde C é a velocidade da luz. 
Determinando nosso cálculo em 
números: 
𝛌 = 0.6 m 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 14 – Comprimento de onda de 
forma explícita, mas no nosso caso para 
a densidade de fluxo magnético. (B) 
 Até esse ponto algumas 
variáveis estão explícitas. Assim 
podemos riscar mais um item da 
lista: 
 Frequência central; 
 Lambda; 
 Comprimento do excitador; 
 Comprimento do refletor; 
 Comprimento do diretor; 
 Distância entre os 
elementos. 
Para as seguintes grandezas: 
comprimento do diretor, 
comprimento do excitador e 
comprimento do refletor, serão 
utilizadas as seguintes equações: 
𝐃𝐞𝐱𝐜 =
𝜆
2
(𝐄𝐪. 𝟓) 
𝐃𝐝𝐢𝐫 = 80/90 
𝜆
100
 (𝐄𝐪. 𝟔) 
𝐃𝐫𝐞𝐟 = 𝐷𝑒𝑥𝑐 (
10
100
+ 1) (𝐄𝐪. 𝟕) 
 
 
 O comprimento do diretor 
pode ser definido como sendo 80% 
ou 90% menor que o comprimento 
do excitador. Caso desejarmos 
implementar dois diretores os 
cálculos ficarão assim: 
𝐃𝐞𝐱𝐜 = 0.3 m𝐃𝐝𝐢𝐫
(𝐧)
= (0.24, 0.27) m (𝐧 = 1, 2) 
𝐃𝐫𝐞𝐟 = 0.33 m 
 Com isso temos todas as 
grandezas necessárias para a 
elaboração da antena. 
 Frequência central; 
 Lambda; 
 Comprimento do excitador; 
 Comprimento do refletor; 
 Comprimento do diretor; 
 Distância entre os 
elementos. 
 
TIPOS DE REFLETORES 
 
 
 
Devido ao nosso sinal possuir ser da característica da Fig.3, a 
maneira mais eficiente de se direcionar esse sinal seria utilizando um 
método 3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Um dos metodos 
mais ortodoxos de refletir 
uma onda. Essa 
configuração se resume em 
diversos refletores em 
paralelo a um ângulo de 
noventa graus com outros 
refletores em paralelo. 
 Esse método concede 
à antena um nome peculiar. 
Quando ela possui esse tipo 
de reflexão é típicamente 
chamada de boca de jacaré. 
 
 
 
 O método mais 
simples de refletir uma 
onda. Esse método se 
resume em um ou mais 
refletores em paralelo com 
o diretor. 
 A eficiência razoável 
desse método e a 
praticidade de aplicação 
torna ele o mais aplicado. 
 É notável que nem 
sempre em todos os casos 
esse tipo de configuração é 
a mais recomendada, mas 
com certeza é a mais 
simples. 
B 
 
 
 
 
 
Esse método se 
resume em uma semi 
curva em ambos os lados 
da antena, com o intuito 
de refletir o sinal dela 
para trás. 
Essa semi curva 
também pode ser 
substituida por um 
conjunto de duas retas, 
apesar de se perder a 
eficiência.