Este documento describe el diseño, simulación y construcción de una antena Yagi con doble polarización de tres elementos para la recepción de satélites NOAA. Se calculan las dimensiones ideales de la antena basadas en la frecuencia de 137.5 MHz. La simulación en FEKO muestra un buen diagrama de radiación. Luego, se construye físicamente la antena siguiendo los cálculos, utilizando tubos de aluminio y cables coaxiales.

1. TITULACIÓN DE INGENIERIA EN ELECTRÓNICA
Y TELECOMUNICACIONES
ANTENAS
Construcción de una antena Yagi con doble polarización
para la recepción de satélites NOOA.
.
Docente: Ing. Marco Morocho
PROFESIONALES EN FORMACIÓN:
Ángel Leonardo Torres
Walter Seraquive
FECHA: 26/07/2019.
Paralelo: A.

2. INDICE
ANTENAS ..................................................................................................................1
INTRODUCCIÓN. .........................................................................................................3
OBJETIVO.....................................................................................................................3
MARCO TEÓRICO........................................................................................................3
CÁLCULOS PARA EL DISEÑO.......................................................................................6
DIMENSIONES DE LA ANTENA YAGI ...........................................................................7
SIMULACIÓN EN FEKO ................................................................................................7
CONSTRUCCIÓN .......................................................................................................10
Resultados.................................................................................................................19
Conclusiones ............................................................................................................20
Recomendaciones...................................................................................................21
Referencias ...............................................................................................................21

3. INTRODUCCIÓN.
El estudio y diseño de una antena es una parte esencial en la formación de un estudiante,
ya que esto permite comprender y entender el funcionamiento de esta, ayudando a
nuestro desarrollo como profesionales en formación.
Existen varios tipos de antenas y dependiendo de a que van a ser destinadas es más
optimo un modelo u otro. Se puede decir que una propiedad de las antenas es que son
recíprocas "la antena es la misma para emitir como para recibir.
En vista de la amplia gama de posibilidades diferentes de antenas que nos permiten
cumplir el objetivo que es para la recepción de señales satelitales proveniente de los
satélites de órbita polar de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA).
En este trabajo se realiza el diseño y construcción de una antena Yagi con doble
polarización de tres elementos (un reflector, un dipolo y un director) a una frecuencia de
137.5 MHz.
OBJETIVO.
Diseñar, simular, optimizar e implementar una antena directiva con polarización cilíndrica
para receptar señales satelitales de orbita baja en la banda de VHF.
MARCO TEÓRICO.
Las antenas son fundamentales para cualquier tipo de recepción o trasmisión de onda
electromagnética, según el Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Se
define como una antena “aquella parte de un sistema transmisor o receptor diseñada
específicamente para radiar o recibir ondas electromagnéticas” (IEEE, 1993)
En lo que respecta a las estructuras de antenas, podemos encontrar una gran variedad
de ellas aplicadas a recepción satelital, las cuales pueden ir desde una simple antena
dipolo lineal, antenas parabólicas, antenas doble cruz, antenas Yagi con complicados
arreglos de elementos, etc. (Rodríguez, 2016).
Antena Yagi
La antena Yagi-Uda es un arreglo lineal de dipolos en paralelo “Fig. 1”, uno de estos será
alimentado por una línea de transmisión, llámese a este dipolo, mientras que uno de
estos ubicado a su izquierda se llamará reflector y el resto de los elementos ubicados a la
derecha del dipolo se les llama directores. Componiéndose la antena Yagi-Uda de esta
manera: de un elemento activo (dipolo), y varios elementos pasivos, siendo un reflector
además uno o más directores (Ordoñez & Parra Ortega, 2018)

4. Este tipo de antena se diferencia de otras principalmente por que suelen ser más
directivas y su ganancia relativa al dipolo en λ/2 entre 5 dB y 18 dB.
Esquema de la antena Yagi
Fig. 1: Modelo del esquema de una antena Yagi convencional [2].
Propiedades eléctricas antena Yagi:
• Tensión y corriente: El punto medio del conductor es un nodo de tensión y un
vientre de corriente. Los reflectores y directores, pese a no estar directamente
alimentados, también tienen tensiones y corrientes (Espinosa).
• Diagrama de emisión: La antena Yagi puede concebirse como una evolución del
dipolo, donde los reflectores reducen la emisión hacia atrás, y donde los
directores concentran la emisión hacia adelante. Entre más directores
coloquemos en la antena esta se volverá más directiva aumenta su ganancia y
disminuye su ángulo de apertura [3][4].
• Polarización: Cuando la antena Yagi es paralela al plano de la tierra, la
componente eléctrica de la onda es paralela al plano de la tierra: se dice que tiene
polarización horizontal. Cuando la antena Yagi es perpendicular al plano de la
tierra, la componente eléctrica de la onda es perpendicular al plano de la tierra:
se dice que tiene polarización vertical [3] [4].
• Impedancia: La impedancia de una antena Yagi depende de la configuración de
los reflectores y directores. Habitualmente estas se diseñan para que la
impedancia sea de 50 o 75 Ohms, o sea, la impedancia requerida por los equipos
conectados a la antena [3].
Satélites meteorológicos NOAA
Los satélites meteorológicos NOAA son un tipo de satélite artificial que se utiliza
principalmente para supervisar el tiempo atmosférico y el clima de la Tierra. Los satélites
NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) forman parte del Programa
POES (Polar Operational Environment Satellite) desarrollado por la NASA en cooperación
con la agencia NOAA, Francia y el Reino Unido (NOAA, 2019).

5. En la actualidad están activos tres satélites NOAA, el 15, 18, 19 [6]. Para la recepción de
estos satélites meteorológicos que utilizan polarización circular derecha se recomienda
la utilización de antenas turnstile, que pueden ser tanto de la banda de 137 MHz como
de 144 MHz. En ambos casos se obtienen buenos resultados (AMSAT EA, 2019).
Arreglo de antenas (Array)
Para el desarrollo de este concepto nos fundamentaremos en lo dicho en el libro Antenas
de varios autores “En ciertas aplicaciones se requieren características de radiación que no
pueden lograrse con un solo elemento; sin embargo, con la combinación de varios de ellos
se consigue una gran flexibilidad que permite obtenerlas. Estas agrupaciones pueden
realizarse combinando, en principio, cualquier tipo de antena.” (Mosquera, Valencia, &
Botero, 2009)
Antena Yagi con doble polarización.
El diseño de esta antena se basa en el de la antena Yagi, es la composición de dos antenas
Yagi idénticas de 3 elementos cada uno ensambladas a un solo boom “Fig. 2”, desfasadas
90°, colocadas una en el eje horizontal y la siguiente en el eje vertical, intercalando sus
elementos entre sí de manera que se tiene una antena de 6 elementos en total, teniendo
las propiedades de ser directiva y de polarización circular (Pulido & Serrano, 2017).
Antena Yagi con doble polarización para VHF
Fig. 2: Antena Yagi con doble polarización

6. CÁLCULOS PARA EL DISEÑO.
No existe un estándar o modelo matemático para la construcción y optimización de una
antena Yagi, sin embargo, existen una serie de datos e información que nos sirven de
guía, como las separaciones o dimensiones de los elementos, “Fig. 3” de la misma en de
la Frecuencia deseada, dependiendo de la ganancia deseada será el tamaño de la antena.
Las siguientes tablas y fórmulas son un modelo para la construcción de la antena.
Fórmulas para los cálculos aproximados para el diseño de una
antena Yagi de doble polarización.
Longitudes:
Separación.
Numero de Directores.
Fig. 3: Parámetros guía para el diseño de una antena Yagi [ ].

7. DIMENSIONES DE LA ANTENA YAGI
Parámetros de la antena:
Valores Distancias Calculos para el acoplamiento del
cable CoaxialFrecuencia VHF
Antena VHF 137.5 MHz Elementos 3 Velocidad del cable
Reflector 1.09 m RG 58 0.66
c 300 Dipolo 1.04 m RG 5 0.66
Director 0.98 m
c/Frec
Balum
RG 58
Lambda 2.18 m Distancias
Ref. Dip 0.15 𝜆
Separación de
los dipolos (8+2)
10 cm
Dip Dir. 0.10 𝜆
72 cm
Dipolo Total
(2.18 -0.10)
2.08 m
Reflector (5% menos del Dipolo)
Balum
RG 5
Director ((5% más del Dipolo)
36 cm
Tabla 1: Parámetros y dimensiones (ideales y reales) para el diseño de la antena.
SIMULACIÓN EN FEKO
La simulación de la antena Yagi se la realizo en el software Feko, el mismo que sirve para
el diseño y optimización de antenas.
Antes de proceder con la simulación se hace los cálculos previos con las fórmulas que se
muestran en la “Fig. 4” los mismos que nos permiten determinar el valor de Lambda para
la frecuencia requerida y mediante la utilización de Excel se procedió a calcular las
dimensiones de la antena como se muestra en la “Tabla 1”, para las bandas de frecuencia
de la antena para VHF.
Con estos valores calculados se procedió a la simulación de la antena con las dimensiones
ya obtenidas previamente, tratando de buscar la optimización de esta para garantizar un
correcto funcionamiento.
Los resultados obtenidos de la simulación fueron los deseados, el campo lejano de la
antena Yagi con doble polarización para la banda de frecuencia se muestran en las “Fig.
5, Fig. 6” fueron satisfactorios, ya que podemos observar que la antena tiene una buena
directividad.
𝜆
2
∗ 0.66 =
2.18
2
∗ 0.66
𝜆
4
∗ 0.66 =
2.18
4
∗ 0.66

8. Modelo Yagi Feko.
Modelo 3D del campo Lejano
Modelo 3D del campo Lejano en dBi
Fig. 4: Modelo Yagi Feko.
Fig. 5: Campo lejano en 3D de la antena.
Fig. 6: Campo lejano en 3D en dBi de la antena

9. Corte Vertical en Theta 90, en Phi = 90
Corte Vertical en Theta 90, en Phi = 90 en dBi
Fig. 7: Corte vertical del diagrama polar de la antena
Fig. 8: Corte vertical del diagrama polar de la antena en dBi

10. Optimización
Frecuencia: 137.358 MHz
Roe: 1.14
CONSTRUCCIÓN
Fig. 9: Optimización de la simulación antena en Feko.
Construcción de la antena.

11. Material Especificación Cantidad Costo
Tubo cuadrado de aluminio 3/4 1 $ 7.00
Tubo cilíndrico de aluminio 5/16 6 $ 6.00
Broca cónica con vástago triangular. 5 – 35 mm 1 $ 4.70
Conector Hembra Chasis PL 1 $ 3.50
Cable RG-58 3 m $ 5.00
Cable RG-5 3 m $ 5.00
Regatones cuadrados 40 x 40 4 $ 0.40
Tee Flex 1/2 4 $ 1.20
Pernos cabeza redonda 1/8 4 $ 0.24
Tirafondo (tornillo) ¼ x 2 10 $ 1.00
Barra de silicona. 2 $ 0.20
Pegatanke. 1 Kit $ 6.00
Estaño. 0.06 mm 1 m $ 0.50
Otros gatos. $ 20.00
TOTAL $ 55.74
Tabla 2: Lista de materiales usados durante la construcción
Después de haber obtenido las dimensiones, simulado las mismas y optimizado las
dimensiones para un óptimo funcionamiento como se muestra en la “Tabla 2” se
procedió a la construcción de la antena.
Como primer paso se realizó la medición “Fig. 10” y el corte de los elementos a las
distancias óptimas antes nombradas “Fig. 8”, luego procedimos a la medición “Fig. 11” y
señalado de la ubicación de cada elemento en el boom de la antena para poder ser
taladrados.
Terminado el señalado de la ubicación de cada elemento, se procedió a la perforación del
boom en un taladro de columna y fijado de los elementos con Pegatanke “Fig. 10, Fig. 11,
reajustando cada uno de ellos para garantizar que estén fijos a la estructura, después se
limó cada elemento “Fig. 12” hasta dejarlos a sus distancias “Tabla 2”.
Luego se procedió a la construcción del gamma match, el mismo que fue cortado y pulido
en esmeril para garantizar una superficie lo más simétrica posible, de estos se elaboraron
4 “Fig. 11”, después se procedió a la pulida a mano “Fig. 10”.
Después se hizo la perforación de las piezas del gamma match a la medida que pueda
pasar el elemento y ser ajustado con tornillos “Fig. 11”, después se los fijó a la antena.
“Fig. 13”
Para al acople utilizamos dos pedazos de cable coaxial RG 58 de 50 Ohms de media
longitud de onda de 72 cm y dos cables coaxiales de cuarto longitud de onda de cable

12. coaxial RG5 de 75 Ohms de 36 cm, entonces se procedió a quitar la chaqueta del cable
coaxial y cortar a las medidas mencionadas, “Fig17.”
Se utilizo una Tee Flex, para fijar el dipolo al boom, se procedió con la moladora a hacer
un corte en la parte del centro de la T y con el taladro hacer 3 orificios “Fig. 11”, para el
soldado del cable coaxial a los extremos del dipolo y unir las tierras, “Fig. 18 y Fig. 19”,
este mismo procedimiento se realizó en los dos dipolos, y también se soldó al conector
PL hembra.
Para al acople utilizamos dos pedazos de cable coaxial RG 58 de 50 Ohms de media
longitud de onda de 73 cm y dos cables coaxiales de cuarto longitud de onda de cable
coaxial RG5 de 75 Ohms de 34 cm
En un pedazo sobrante de 4cm del tubo cuadrado de aluminio de ¾, se utilizó para fijar
el conector tipo PL, “Fig. 23, Fig. 24, Fig. 25”, realizado esto con el taladro y una broca
más pequeña se realizó 4 orificios sobre le tubo para atornillarlo y asegurarlo este al
boom de la antena, también se realizó un orificio más en un extremo de este tubo para
para ubicarle un tornillo y asegurarlo al conector.
Medición del Boom
Fig. 10: Medición del boom y marcado de la ubicación para los elementos

13. Corte de los elementos
Taladrado del Boom
Fig. 11: Corte de los elementos a las dimensiones previamente marcadas
Fig. 12: Taladrado de orificio en el boom, para la ubicación de elementos.

14. Fig. 13: Taladrado de un orificio al boom, para la ubicación de la Tee Flex, para sujeción del dipolo.

15. Ubicación y fijación de los elementos
Fig. 15: Fijación de la Tee Flex con Pegatanke, para sujeción del dipolo.
Fig. 13: Ubicación y fijación de los dipolos
Fig. 16: Ubicación de los elementos en el
Boom
Fig. 17: Fijación de los elementos en el
Boom con Pegatanke.
Fig. 18: Ubicación y Fijación del segundo
dipolo al Boom.
Fig. 14: Elaboración de la T, para la sujeción de
los dipolos.

16. Ubicación del gama mach en los dipolos de la antena.
Corte del cable coaxial RG-58 Y RG-5
Ubicación del coaxial RG-58 en la T Fijación del coaxial RG-58 y RG58 con la T en el Boom
Fig. 20: Ubicación del coaxial RG-58 en la T
Fig. 21: Fijación del coaxial RG-58 Y RG-59 con la
T en el Boom
Fig. 22: Ubicación del gama mach en los dipolos de la
antena.
Fig. 19: Para al acople utilizamos dos pedazos de cable coaxial RG 58 de 50 Ohms de media longitud de onda de
72 cm y dos cables coaxiales de cuarto longitud de onda de cable coaxial RG 59 de 75 Ohms de 36 cm

17. Elaboración del soporte
para fijar el conector.
Fijación del conector PL.
Fig. 23: Elaboración del soporte
para fijar el conector.
Fig. 24: Fijación el conector PL sobre la base de
aluminio.
Fig. 25: Fijación del conector PL, sobre el Boom

18. Equipo de Trabajo.
Resultado Final.
Fig. 26: Ángel leonardo Torres (Izquierda), Walter Seraquive (Derecha)
Fig. 27: Antena Yagi con doble polarización para recepción satelital.

19. Resultados
Como parte final se realizó capturas de las mediciones del ROE en el analizador de redes
para la frecuencia 137.5 MHz, se realizó varias mediciones, “Fig. 28, Fig. 29” hasta
obtener un Roe de 1.09, “Fig. 30”.
Mediciones del Roe a la Frecuencia requerida - VHF – 137.5 MHz
Fig. 28: Foto del Roe con un valor de 1.15 a la frecuencia de 137.6
Fig. 29: Foto del Roe a una frecuencia de 135.05 MHz con un valor de 1.07

20. Conclusiones
● Se logró la construcción de una antena Yagi con doble polarización a una
frecuencia de 137.5 MHz para las bandas de VHF con una ganancia de 5 dBi para
la banda de VHF con un Roe de 1.09.
● Se logró obtener un ancho de banda de 3 MHZ para VHF con las distintas
mediciones realizadas, y se concluye que las antenas Yagi tienen un gran ancho
de banda en comparación con otras antenas como son las antenas IO.
● Se concluye que los resultados obtenidos de la simulación de una antena son muy
distintos a los resultados obtenidos de la construcción física de la antena.
● Se aprendió el manejo del software Feko para simular una antena Yagi y la
optimización de esta, para la banda de frecuencia de “VHF-137.5 MHz por medio
de la variación de las dimensiones de dicha antena.
● Se aprendió el manejo, calibración y utilización del analizador de redes “Bird
Analyzer SA-6000 XT” el mismo que nos permitió poder acoplar la antena a la
frecuencia requerida.
● Se conoció que los conectores se deben utilizar para las distintos tipos de antena
según como se desee trabajar, en nuestro caso se utilizó un conector PL.
● Pudimos evidenciar que se altera la lectura de los datos medidos la interferencia
que causa un objeto o una persona, así como la ubicación de la gama mach o
también en si la ubicación de la antena misma respecto al suelo.
Fig. 30: Foto del Roe a una frecuencia de 137.66 MHz con un valor de 1.09

21. ● Para tener una polarización circular en la antena Yagi es necesario dos antenas
desfasadas 90°.
Recomendaciones
● Para el fijado de los elementos al boom de la antena se recomienda que estos
sean fijados lo más cercano a un costado lateral del mismo para que al momento
de apretarlos los mismos queden bien sujetados, y que al momento de centrar los
elementos se realice la perforación de una guía en medio del boom por donde
van a entrar los tornillos que sujetaran el elemento.
● Para la medición de la antena con el equipo se recomienda un lugar despejado a
cielo abierto, que al medirlo dentro de un balotario o cuarto cerrado existe
interferencia.
● Se recomienda fijar los elementos al boom de la antena con tornillos, tuercas y
arandelas, haciendo que la antena sea desmontable y evitando que los elementos
queden flojos y puedan interferir al momento de hacer la medición y el acople de
la antena.
● Al momento de acoplar la antena, los cortes en su longitud en los dipolos o
directores influyen bastantes, ya que si se corta demasiado la antena resonara a
otra frecuencia a la que se desea, teniendo que reemplazar el elemento cortado.
● Al momento de realizar el acople se debe ser paciente, ya que, el éxito del acople
proviene de ir variando poco a poco la distancia del gamma match, y limar los
directores con cuidado hasta conseguir la distancia ideal.
● Se recomienda el uso de aluminio para la construcción de la estructura de la
antena “5/16” para los elementos” y “3/4" para la estructura del boom, ya que el
mismo al ser un material ligero permite reducir el peso de esta.
● Se recomienda que, al momento de hacer las mediciones en el laboratorio de
Telecomunicaciones, estas sean en un espacio abierto y que no exista la presencia
de muchas personas, ya que pueden afectar en la medición.
Referencias
AMSAT EA. (2019). Satélites de radioaficionado. Recuperado el 24 de julio de 2019,
de https://www.amsat-ea.org/sat%C3%A9lites-activos/#meteo
Busani, C. W. (s.f.). Diseño y construcción de una antena Double Cross para recepción
deimágenes procedentes desatélites de órbita polar. Tesis. Recuperado el 24
de Julio de 2019, de https://upcommons.upc.edu/handle/2099.1/14115
Espinosa, S. (s.f.). Antenas,Polarización y Diagramas de Radiación. Tesis.
Recuperado el 23 de Julio de 2019, de https://www.u-
cursos.cl/usuario/9553d43f5ccbf1cca06cc02562b4005e/mi_blog/r/Informe_Ante
nas.pdf
IEEE. (1993). IEEE Standard Definitions of Terms for Antennas. Recuperado el 24 de
07 de 2019, de
http://www.ece.mcmaster.ca/faculty/nikolova/antenna_dload/IEEEStandard_Ant
ennaTerms.pdf

22. Mosquera, C. V., Valencia, M. H., & Botero, S. C. (2009). Estudio y Simulación del
Beamforming de un Arreglo de Antenas Inteligentes Aplicado en el Sistema de
Comunicación Satelital de la Estación Terrena Universidad Surcolombiana.
Recuperado el 24 de 7 de 2019, de
https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/5432203.pdf
NOAA. (2019). POES Operational Status. Recuperado el 24 de julio de 2019, de
https://www.ospo.noaa.gov/Operations/POES/status.html
Ordoñez, E. A., & Parra Ortega, B. H. (2018). Diseño de antena Yagi-Uda a una
frecuencia de 5.8 GHz. Tesis, Colombia. Recuperado el 24 de 07 de 2019, de
https://repository.ucatolica.edu.co/bitstream/10983/16055/3/Articulo.pdf
Pulido, J. J., & Serrano, S. E. (2017). Antena Inteligente de Haz Conmutado de Cuatro
Haces con Polarización Circular. Recuperado el 24 de 7 de 2019, de
http://repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/5234/1/antena inteligente de
haz conmutado de cuatro haces con polarizacion circular.pdf
Rodríguez, S. (2016). Diseño de una antena Cross-Yagi paraComunicaciones
Satelitales a Frecuencias de UHF. Informe, Unidad Académica de Ingeniería
Eléctrica, Universidad Autónoma de Zacatecas, Mexico. Recuperado el 24 de
Julio de 2019, de https://www.researchgate.net/figure/Figura-1-Antena-Cross-
Yagi-disenadadisedisenada-para-comunicaciones-satelitales-en-
UHF_fig1_330211384

23. Especificaciones Técnicas
Antena Yagi con doble
polarización para
recepción satelital NOAA
Rango de Frecuencia (136 – 138 MHz)
Fc:137.5 MHz
Diagrama de Radiación
Acoplamiento
Banda VHF
Gtx 4.5 dBi
Ptx 100 W
Ancho de banda 3 MHz
VSWR 1.09
Impedancia 50 Ohm
Conector PL Hembra
Número de Elementos 8
Datos Mecánicos
Dimensión del Reflector 117 cm
Dimensión del Dipolo 104 cm
Dimensión del Director. 94.5 cm
Polarización Circular
Boom 3/4 de Pulgada
Longitud del Boom 1.32 m
Material Aluminio
Peso 1 Kg
Cable Coaxial RG 58 72cm – 50 ohmios
Cable Coaxial RG 59 36 – 75 ohmios