Yagi 3 elementi (riflettore + direttore) 869 MHz

Come funziona

Questa Yagi ha tutti e tre gli elementi che si trovano separati nelle due Yagi a 2 elementi di Fabrizio di questa galleria: un dipolo alimentato, con un riflettore dietro (come in fabrizio-yagi-2el-riflettore) e un direttore davanti (come in fabrizio-yagi-2el-direttore) insieme sullo stesso boom. Il riflettore rimanda in avanti l'energia che andrebbe irradiata all'indietro, il direttore concentra ulteriormente in avanti quella che uscirebbe di lato: insieme danno più guadagno e più rapporto avanti/dietro di ciascuno dei due da solo, restando comunque un progetto semplice, alimentabile a 50 Ω senza reti di adattamento.

Guardando le lunghezze sembra un controsenso: il direttore (148,2 mm) è più lungo dell'elemento alimentato (145,0 mm), mentre nella scheda "Impedenza" della guida abbiamo spiegato che un direttore deve essere più corto del dipolo risonante. Non è un errore: è l'elemento alimentato a essere più corto del normale, non il direttore a essere anomalo. Un dipolo isolato in un tubo da 4 mm risuonerebbe intorno ai 160 mm (vedi Lunghezza d'onda); qui è stato accorciato apposta a 145,0 mm perché l'accoppiamento con riflettore e direttore, entrambi vicini, induce sull'alimentato una reattanza induttiva che va cancellata accorciandolo. Il risultato netto, verificato in simulazione, è un'impedenza quasi puramente resistiva (40,7 − j0,3 Ω): la reattanza indotta dai parassiti è compensata quasi esattamente dall'accorciamento.

Misure

Elemento	Lunghezza	In λ	Distanza dal riflettore
Riflettore	172,4 mm	0,50 λ	0 (origine del boom)
Alimentato (driven)	145,0 mm	— (accorciato per l'accoppiamento)	103,4 mm (0,30 λ)
Direttore	148,2 mm	0,43 λ	189,6 mm (0,55 λ, cioè 86,2 mm / 0,25 λ dopo l'alimentato)

Tubo/tondino da 4 mm di diametro per tutti e tre gli elementi. Boom totale 189,6 mm.

Simulazione NEC-2 a 869,618 MHz, spazio libero, polarizzazione verticale:

Grandezza	Valore
Impedenza	40,7 − j0,3 Ω
ROS su 50 Ω	1,23
Guadagno	8,1 dBi (5,9 dBd, vedi dBi/dBd)
Avanti/dietro	5,9 dB (~3,9× in lineare)
ROS minimo	a 874 MHz
Apertura azimutale a −3 dB	≈ 70° (vedi Diagramma)

Un ROS di 1,23 è comodamente sotto la soglia "ottima" di 1,5 (vedi ROS): questa geometria si alimenta direttamente a 50 Ω, senza gamma match, hairpin o trasformatori.

Materiali

Tubo o tondino conduttore da 4 mm di diametro (rame o alluminio, la simulazione non distingue il materiale se la conducibilità è alta e non viene modellata una perdita esplicita). Boom non conduttivo (plastica, legno trattato, vetroresina) per non introdurre l'effetto "boom metallico" descritto nella scheda della Yagi a 10 elementi.

Costruzione passo per passo

Lista di taglio (tubo/tondino da 4 mm):

• 1 riflettore: 172,4 mm
• 1 alimentato: 145,0 mm
• 1 direttore: 148,2 mm

Posizioni sul boom (dall'estremità del riflettore):

• riflettore a 0 mm
• alimentato a 103,4 mm
• direttore a 189,6 mm (fine del boom)

Passi:

1. Taglia i tre elementi alle lunghezze sopra, con qualche decimo di millimetro di scorta da rifilare dopo la misura.
2. Segna sul boom le tre posizioni (0, 103,4 e 189,6 mm) e monta riflettore e direttore passanti, isolati elettricamente dal boom, centrati e verticali (vedi Polarizzazione).
3. Monta l'alimentato allo stesso modo, ma con un piccolo gap centrale (1–2 mm) per il punto di alimentazione, come nel dipolo di riferimento.
4. Collega il cavo coassiale al gap dell'alimentato, con il cavo il più perpendicolare possibile agli elementi per un tratto prima di scendere verso il boom, e alcune perline di ferrite (choke) vicino al punto di alimentazione (vedi Adattamento).
5. Misura con un NanoVNA il più vicino possibile al punto di alimentazione: se il minimo ROS non cade vicino a 869,618 MHz, ritara leggermente la lunghezza dell'alimentato (non gli elementi parassiti).

Esperimenti da provare

Spaziature strette: il compromesso guadagno / avanti-dietro / impedenza. Le spaziature scelte qui (0,30 λ tra riflettore e alimentato, 0,25 λ tra alimentato e direttore) non sono casuali: sono un compromesso pensato per restare alimentabile direttamente a 50 Ω. Restringendo le spaziature a 0,20 λ e 0,15 λ, mantenendo invariata la lunghezza dell'alimentato (145,0 mm), la simulazione dà Z ≈ 12,9 − j38,1 Ω, cioè un ROS oltre 6 su 50 Ω: la resistenza crolla e la reattanza cresce molto, esattamente il comportamento descritto in Impedenza. Spaziature più strette tendono infatti ad aumentare l'accoppiamento tra gli elementi — più guadagno e più rapporto avanti/dietro sono possibili in linea di principio, ma solo se si accetta di dover recuperare l'impedenza con un adattamento più aggressivo: un gamma match (che alza la resistenza vista dal cavo, vedi Adattamento) insieme a un condensatore o a un dipolo ripiegato (che parte da un'impedenza più alta, più comoda da riportare a 50 Ω) invece della semplice alimentazione diretta usata qui.

In pratica: prima di stringere le spaziature per rincorrere più guadagno, chiediti se sei pronto a costruire (e tarare) anche l'adattamento che ne consegue. Questa scheda usa spaziature più larghe apposta per restare un progetto "senza sorprese" da costruire.

Altri esperimenti:

• Confronta questa scheda con le due Yagi a 2 elementi di Fabrizio: stesso principio, un elemento parassita alla volta invece di due insieme. Nota come guadagno e F/B qui siano intermedi per il guadagno ma non superiori su tutti i fronti (il riflettore da solo di Fabrizio ha F/B leggermente migliore, 8,5 dB contro 5,9 dB): aggiungere un direttore non migliora sempre tutto insieme.
• Prova ad accorciare ulteriormente il direttore di qualche millimetro: osserva come cambiano guadagno e F/B, e a che punto l'impedenza dell'alimentato inizia a peggiorare.

Errori comuni

• Pensare che un elemento parassita più lungo dell'alimentato sia sempre un riflettore: qui il direttore è più lungo solo perché l'alimentato è stato accorciato per compensare l'accoppiamento, come spiegato in "Come funziona". Quello che identifica un direttore è la sua posizione (davanti, nella direzione del massimo guadagno) insieme alla lunghezza relativa a un alimentato non accorciato, non un numero assoluto in millimetri.
• Stringere le spaziature senza prevedere un adattamento: vedi l'esperimento sopra — sotto certe spaziature l'impedenza crolla e serve un gamma match o un dipolo ripiegato, non basta più il cavo diretto.
• Montare gli elementi orizzontali: rompe la polarizzazione verticale della rete.

Note

Progetto di riferimento pensato per questa galleria, per fare da ponte didattico tra le Yagi a 2 elementi di Fabrizio e la Yagi a 10 elementi: stessa logica additiva (riflettore + direttori), spinta un passo alla volta.