5 elementų “YAGI” antena 144 MHz diapazonui

Vytautas Mickevičius LY2PU

Prieš keletą metų prireikė nedidelės, paprastos, greitai pagaminamos antenos, kuri turėtø didesnį stiprinimą nei paplitusi "Big Star" antena, ir kurią būtų galima naudoti kaip "plyta" didesnėje antenų sistemoje. Papildomi reikalavimai - nedeficitinių medžiagų panaudojimas, nejautrumas pagaminimo netikslumams, minimalus derinimas (arba pakankamai geri parametrai ir be jokio derinimo). Manau, kad šiuos tikslus pasiekti pavyko.

Antenos ilgi apsprendė tai, kad turėjau nemažą kiek? 150 cm ilgio 16 mm diametro aliuminio vamzdeliø, taip pat ritini 5 mm diametro aliuminio vielos.

Dar prieš pradėdamas rinktis antenos prototipą buvau praleidęs kelis šimtus valandų prie kompiuterio - modeliavau įvairias UTB antenas. Tam naudojau Brian Beezley (K6STI) puikią programą YO (Yagi Optimizer), sukurt? dar 1989 metais. Su šia programa buvau "išbandęs" beveik visas žinomas Yagi tipo UTB antenas - F9FT, K1FO, DL6WU, DJ9BV, SP6LB ir t.t., taip pat antenas, aprašytas žinomose K.Rothamelio ir Špindlerio antenų knygose.

Be dideliu abejonių prototipu pasirinkau DL6WU 9el. YAGI i? žinomos K.Rothamelio knygos. Nuo šios antenos "atsipjoviau" 150 cm gabalą. Reflektorių ir trečiąjį direktorių "pritvirtinau" per 1 cm nuo vamzdelio galø. Tada prasidejo didysis elementų "karpymas" ir "stumdymas"…

Galutiniai antenos matmenys atspindi kompromisą tarp daugelio viena kitai prieštaraujančių sąlygų. Galima būtų laimėti 0.5 - 0.8 decibelo stiprinimo, bet tada pablogėtų santykis "pirmyn-atgal", susiaurėtų dažnių juosta, kurioje stovinčios bangos koeficientas (SBK) yra dar priimtinas. Galima labiau pagerinti SBK, bet tada sumažėtų stiprinimas. Galima pagerinti santykį "pirmyn-atgal", bet sumažės stiprinimas ir susiaurės dažnių juosta…

Pastaraisiais metais šio tipo antenos buvo gaminamos kelis kartus - skirtingi egzemplioriai šiek tiek skyrėsi - dėl medžiagų pasikeitimo, dėl klaidų (reflektorius nuo vamzdelio galo buvo pritvirtintas ne per 10 mm, o per 10 cm, hi), bet tai beveik neatsiliepė antenos praktiniams parametrams. Įvedus į kompiuterį tuos duomenis, pasirodė, kad ši antena yra pakankamai "tolerantiška" žiopliams…

Nederintos antenos SBK matavimo rezultatai:

viena antena visame 144-146MHz dažniu ruože - geriau kaip 1.3 (50 omu traktas), dviejų antenų sistema su prijungtu 20 m ilgio vidutines kokybes kabeliu - geriau kaip 1.2 (50 om) visame dažnių ruože.

Skaičiuoti antenos parametrai:

Dažnis Stiprinimas, Stiprinimas, Santykis pirmyn/atgal, Impedansas, SBK

MHz G, dBd G, dBi F/B, dB Zin, Om SBK
144   8.06  10.21  9.51  41.5 - j11.7 1.19
145 8.2 10.35 21.62 41.4 - j 4.8 1.01
146 8.3 10.45 22.52 44 + j 3.2 1.21

pastaba. Impedansas skaičiuotas antenai su paprastu dipoliu aktyvinio elemento vietoje. Praktinėje konstrukcijoje naudojamas "T" tipo, priderinamas prie 50 omu kabelio ir simetrinimo kilpa (ilgis - 68 cm).

Dažnai klausiama, ar galima pasitikėti kompiuterinėmis antenų modeliavimo programomis. Specialistų tvirtinimu, geresniųjų modeliavimo programų skaičiavimo paklaidos neviršija tø, kurios gaunamos eksperimentiniu matavimu metu pačiuose geriausiuose antenų poligonuose. Bet tam reikia teisingai suvesti realios antenos duomenis - įvertinti antenos tvirtinimo elementus, stiebą, atatampas. Galima pasakyti vien? - norint gauti gerus rezultatus, neužtenka turėti pačias programas ir kompiuterią, reikia dar ir patyrimo. O patyrimas atsiranda darant klaidas, t.y. dirbant…

Lietuvoje jau beveik 10 metu naudojamos K6STI sukurtos programos YO ir MN, dirbančios DOS aplinkoje. Jos puikiai dirba visuose kompiuteriuose - pradedant PC-XT be koprocesoriaus, baigiant naujausiais Pentiumais. ?ios senosios programos kai kuriais atvejais truputi "nuplaukia i šoną", bet praktiniams reikalams tai nekenkia. Net jei tu programų absoliutus tikslumas būtų nepatenkinamas - dažniausiai pakanka santykinio tikslumo - svarbiausia yra išsiaiškinti "kas nuo ko priklauso". Po to būna daug lengviau pakoreguoti pasigamintos antenos parametrus. Modeliavimo programos sutaupo labai daug laiko, nereikia jokiø medžiagų, įrankių. Antenos elementų "stumdymas" kompiuteryje yra labai greitas, o rezultatams neturi įtakos aplinkos daiktai.

Pastaruoju metu pasirodė nauju, ?vairiø autorių sukurtø antenų modeliavimo programų Windows aplinkai. Jų apžvalga galėtø būti tema atskiram straipsneliui…

Bet skaičiavimų įvairiomis programomis rezultatai skiriasi nedaug, arba tie skirtumai - neesminiai. Juk nėra labai svarbu, ar dažnių ruožo pakraštyje santykis "pirmyn - atgal" bus 17 dB, ar 24 dB, ar antenos varža bus 45 ar 55 omai - tai galima sukoreguoti derinimo metu. Net ir nederinant, minėtu atveju SBK bus mažesnis, nei praktikoje naudojamu matavimo prietaisų paklaidos…

 

 

Atstumas "xx" nekritiškas. Maždaug 20-30 mm , kad būtų patogu prijungti kabelį ir kilpą.

Atstumas tarp vibratoriaus ir maitinančių vamzdelių - 25 mm matuojant atstumą tarp vamzdelių centrų. Jei matuoti tarpą tarp vamzdelių - 19 mm (gali būti ir 20 mm). Šis atstumas gaunamas sudėjus "boomo" diametrą ir izoliacinių plokštelių storį: 1.5+1.5+16=19 mm, todėl brėžinyje nėra pažymėtas.

Antenos spinduliavimo diagramos jos elementų plokštumoje, t.y. horizontalios poliarizacijos antenai - horizontalioje plokštumoje, vertikalios poliarizacijos antenai - vertikalioje plokštumoje, trims dažniams.

Viršutinė skaičių eilutė - dažnis, antroji - antenos stiprinimas izotropinio spinduolio atžvilgiu, trečioji - santykis "pirmyn-atgal", ketvirtoji eilutė - antenos kompleksinė varža (aktyvinė ir reaktyvinė dedamosios), penktoji - SBK. tuo atveju, kai antena suderinta minimaliam SBK dažnių ruožo viduryje.

 

Detalesne spinduliavimo diagrama, elementų plokštumoje, viduriniam dažniui.

 

 

Detalesne spinduliavimo diagrama plokštumoje, statmenoje elementų plokštumai, viduriniam dažniui. 

Aprašytas antenas galima jungti i grupes po 2, 3, 4, 6, 8 ir t.t.

Kiekviena antena turi tam tikra "savą" erdvės sritį, i? kurios paima elektromagnetinių bangų energiją. Nėra griežtai nustatytø kriterijų parenkant atstumą tarp gretimų antenų. Kuo viena antena toliau nuo kitos - tuo daugiau signalo (stiprinimo) galima tikėtis gauti iš antenų sistemos. Bet, pradedant tam tikra riba, stiprinimo prieaugis jau nebeatperka padidėjusių antenų sistemos gabaritų, be to, pernelyg susiaurėja kryptinės diagramos pagrindinis lapelis ir padidėja kitų lapeliø dydis. Optimalų atstumą galima apskaičiuoti žinant atskirų antenų kryptinės diagramos pločius, arba žinant jų stiprinimo koeficientą.

Optimalus atstumas tarp dviejųø antenų, aprašytų šiame straipsnelyje - 150 cm. Jis nėra kritiškas, parametrai nežymiai keisis į viena, ar kitą pusę,  kai atstumas kis 130 - 180 cm ribose.

Kiekvieną kartą padvigubinus sistemos antenų skaičių, galima tikėtis stiprinimo padidėjimo iki 3 dB (du kartai pagal galingumą). Praktiškai pasiekiama apie 2.7db, bet sujungiant nedideles antenas, turinčias stipriau išreikštus šoninius lapelius, kartais išlošiama ir daugiau nei 3 dB. Žinoma, tai labiau būdinga jungiant pirmas dvi antenas, mažiau - jungiant trečią, ketvirtą ir t.t.

Žemiau pavaizduotas dviejų tokiø antenų prijungimas prie 50 omų kabelio. Simetrinimo kilpos nepažymetos. Atkreipkite dėmesį, kad centrines kabeliu gyslos turi būti jungiamos prie tų pačiø pusiø abiejose antenose !!! T.y., kai antenos yra vertikalios poliarizacijos, abiejų kabeliø centrines gyslos jungiamos prie viršutinių maitinančiųjų strypelių. Arba - prie apatiniø, bet vienodai abiejoms antenoms!

 

 

"Dviejų aukštų" antenų sistemos (atstumas tarp antenų - 150 cm) spinduliavimo diagrama plokštumoje, statmenoje elementams, t.y. horizontalios poliarizacijos antenai - vertikalioje plokštumoje, vertikalios poliarizacijos antenai - horizontalioje plokštumoje

 

 

"Dviejų aukštų" antenų sistemos (atstumas tarp antenų - 150 cm) spinduliavimo diagrama jos elementų plokštumoje, t.y. horizontalios poliarizacijos antenai - horizontalioje plokštumoje, vertikalios poliarizacijos antenai - vertikalioje plokštumoje. Ji nesiskiria nuo vienos antenos diagramos toje plokštumoje.

 

Aprašyta antena sveria vos keleta šimtu gramų, jos pasipriešinimas vėjui nedidelis. Dviejų tokių antenų stiprinimas nenusileidžia 9 - 10 elementų, 4 - 5 metrų ilgio "single yagi" antenai, bet jų spinduliavimo diagrama yra "suspausta" vertikalioje plokštumoje (horizontalios poliarizacijos atveju), o horizontalioje plokštumoje yra plati. Tai reiškia, kad tokia antena galima mažiau sukinėti ir viena "CQ" išgirs daugiau korespondentu.

Dvi mažas antenas lengviau naudoti esant ribotai erdvei - ant stogo, ar tarp medžių. Dvi mažos antenos turi nepalyginami mažesnę inerciją, joms pasukti ir išlaikyti toje padėtyje pakanka daug mažesnio pajėgumo sukimo mechanizmo.

P.S. Padidinus atstumą tarp dviejų anteną iki 2m (tnx Dariui LY3DA už tyrinėjimus!), niekas neblogėja, o stiprinimas net pagerėja. Taip tvirtina bent kelios antenų modeliavimo programos. Todėl norintieji išspausti maksimumą iš dviejų tokiø antenų gali drąsiai padidinti atstumą tarp antenų iki 2m. Jei esant tokiam atstumui pritrūktų 75 omu kabeliukų ilgio, galima tø kabeliukų ilgį padidinti nuo 3/4 iki 5/4 bangos ilgio, t.y. iki 170 cm (3x34cm=102cm, o 5x34cm=170cm).Dar karta primenu, kad ketvirtis bangos 2 m diapazone yra 34 cm tik kabeliuose su ištisine polietilenine vidine izoliacija. Kitų kabeliø, ypač tų su balta "burbuliuota" izoliacija, bangos sutrumpėjimo koeficientą geriausia pasimatuoti praktiškai.

73, Vytautas Mickevičius LY2PU

LY2PU ©