Простые короткие антенны Яги для диапазонов 2 и 6 метров
Джо Рейзерт, W1JR
Иногда радиолюбителю нужна небольшая, эффективная портативная двухметровая антенна средней производительности, особенно для экстренной связи. Им также может понадобиться 6-метровая антенна начального уровня, особенно для преследования DX и использования распространения F2, когда мы приближаемся к пику солнечноq активности.Базовая антенна Yagi по-прежнему является хорошим выбором в качестве компактной и эффективной антенны. Диаграмма направленности и импеданс определяются количеством элементов, длиной и диаметром элементов, а также расстоянием между элементами. Многие исследования компромиссных решений были проведены 25 лет назад на Яги с длиной бума 0,1–1λ.
Результаты, с которыми вы можете ознакомиться в W1JR, фото на сайте http://www.arrl.org/qst-in-depth, были опубликованы в зимнем выпуске журнала Communications Quarterly за 1998 год. Визуальное представление этих концепций можно найти во вставке «Усиление антенн Yagi».
2-метровая Яги, установленная в вертикальной поляризации. (фото Джо Ресерта, W1JR)Трехэлементная антенна Яги на буме длиной 0,35λ может иметь усиление до 5 dbd. Установка дополнительного директора между активным вибратором и существующим директором, а также изменение длины и расстояния между элементами могут улучшить диаграмму направленности. Возможно соотношение фронт/тыл более 20 db, а усиление увеличится примерно до 6 dbd при прямом подключении кабеля питания 50 Ом (без элементов согласования). На верхнем фото показана эта Yagi в собранном виде, а её диаграмма направленности показана на рисунке 1.
В антенне используется квадратный бм размером 3/4x3/4 дюйма (20x20 мм) и длиной не менее 36 дюймов (915 мм), но можно использовать аналогичные круглые трубы. Бум с квадратными трубами, как правило, имеют улучшенную симметрию и лучший, проддольный контакт между элементами и стрелой.
Рисунок 1 – Рассчитанная в NEC диаграмма для 2-метровой Яги.
Соотношение вперед/назад очень хорошее.В этой конструкции элементы антенны размещаются на верхнем и переднем концах бума, чтобы оставить место для ручных или мачтовых зажимов на задней части стрелы. Размеры антенны на диапазом 2 метра показаны на рисунке 2.
Антенна может работать как с вертикальной, так и с горизонтальной поляризацией. В рефлекторе и директорах используются алюминиевые стержни диаметром 4,8 мм, которые крепятся к буму небольшими алюминиевыми зажимами.
Рисунок 2 – Размеры 2-метровой Яги.
Все директора имеют диаметр 4,8 мм. Активный вибратор состоит из коротких
сегментов диаметром 12,7 мм с удлинителями диаметром 9,5 мм.39-дюймовый (990 мм) активный вибратор составной и состоит из алюминиевой трубки длиной 12 дюймов (305 мм) и диаметром 1/2 дюйма (12,7 мм) с перемещающимися удлинителями диаметром 3/8 дюйма (9,5 мм). Он разделен пополам в центре, чтобы облегчить крепление питающего кабеля и регулировку длины (см. Рисунок 3).
Трубки директоров удерживаются между опорными блоками из диэлектрика, которые изолируют их от пластины размером 2x4 дюйма (50х100 мм). 4-дюймовый (100 мм) изолирующий стержень из материала Delrin® с низкими потерями или эквивалентный изолирующий стержень диаметром 3/8 дюйма (9,5 мм) помогает поддерживать точку питания антенны и удерживать разрезной вибратор в горизонтальном положении.
Рисунок 3 – Детали конструкции разрезного вибратора.Соединительный кабель напрямую соединен с центром разрезного вибратора. Он должен быть не менее 2 футов (60 см) в длину и выполнен из кабеля малого диаметра (например, RG-58). Он должен быть проложен вдоль бума и выведен к его задней части.
Конструкция крепления вибратораТри или более ферритовых шарика, размещенные на этой питающей линии, дросселируют синфазные токи. Бусины с диаметром отверстий 1/4 дюйма (8 мм) и проницаемостью 800, такие как бусины Fair-Rite 2643540002, широко доступны в Интернете. Их длина составляет около 1 1/8 дюймов (30 мм), а внешний диаметр чуть больше 1/2 дюйма (12 мм).
Эта четырехэлементная конструкция Yagi в 2-метровом диапазоне не требует каких-либо цепей согласования для достижения согласования импеданса 50 Ом. Регулировка длины разрезного вибратора оптимизирует КСВ на вашей рабочей частоте. Типичный график КСВ показан на рис.4.
Рисунок 4. Зависимость коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН)
от частоты, рассчитанная в программе NEC.
Усиление антенны Яги Большинство антенн Яги в той или иной степени успешно работают. Яги с высоким коэффициентом усиления часто имеют узкую полосу пропускания и низкий импеданс возбуждаемого элемента (обычно 20–25 Ом), что требует специальных элементов согласования импеданса. Как уже упоминалось, 25 лет назад было проведено множество исследований компромиссных решений на Яги с длиной 0,1–1,0λ. Также были опубликованы различные оптимизирующие программы и дополнительные справочные материалы. Моя статья «Проектирование антенны Яги/Уда» была опубликована в зимнем выпуске журнала «Communications Quarterly» за 1998 год.
Ничего не изменилось с тех пор, как было проведено это оригинальное исследование. Производительность, описанная в исследовании, была проверена с помощью таких программ, как EZNEC. Окончательные результаты показаны ниже на графике. Я называю это «График Истины Яги», и он должен развеять любые ложные утверждения о достижениях Яги.
Одна группа Яги с коротким бумом оптимальной длины имеет так называемую «золотую середину» между длиной волны примерно от 0,25λ до 0,35λ. Эти конструкции, как правило, имеют более высокий коэффициент усиления, более широкую полосу пропускания и типичное сопротивление 50 Ом.
Типичная двухэлементная антенна Yagi имеет коэффициент усиления примерно до 3,75 dbd, но соотношение фронт/тыл обычно низкое и составляет 8–11 dbd. Трехэлементная антенна Яги на штанге длиной 0,35λ может иметь усиление 5 dbd. Вставив дополнительный директор на эту Яги между активным вибратором и существующим директором, а также изменив длину и расстояние между элементами, можно улучшить диаграмму направленности. Отношение передней и задней части (90–270 градусов) более 20 db возможно и обычно считается достаточным. Кроме того, коэффициент усиления увеличился примерно до 6 dbd, а полоса согласования импеданса 50 Ом увеличилась. Типичная диаграмма направленности этой Yagi показана на рисунке 1 этой статьи.
График зависимости фактического достижимого усиления и рекомендуемого количества элементов от длины стрелы для Yagi. Верхняя кривая представляет собой максимально достижимый выигрыш, если пожертвовать другими параметрами. Кривая холостого хода показывает оптимизированную Яги. Нижняя кривая представляет собой конструкцию с низкой производительностью.
6-метровая версия Yagi
(Примечание переводчика: размеры не пересчитаны, т.к. диапазон не разрешен в России)Я также разработал четырехэлементную 6-метровую Яги длиной 0,29λ. Длина бума была немного укорочена, чтобы применить широко доступную алюминиевую трубу длиной 6 футов (усиление уменьшилось всего на несколько десятых дБ). Во всех центральных элементах используются алюминиевые трубы длиной 48 дюймов и диаметром 0,057 дюйма. В концевых трубках используются алюминиевые трубки диаметром 1/2 дюйма. Общие рекомендуемые длины элементов и расстояние между ними показаны на рисунке 5.
Детали конструкции ращрезного вибратора аналогичны конструкциям двухметровой версии, за исключением того, что диаметр изолирующего стержня должен составлять полдюйма.
Рисунок 5. 6-метровая версия Yagi.Изолированные зажимы из диэлектрика, аналогичные тем, которые используются на вибраторе 2-метровой Yagi, удерживают внутреннюю трубку вибратора. Монтажная пластина элемента больше, чем у 2-метровой Яги, с вместительными зажимами для крепления бума.
Рекомендуется, чтобы элементы рефлектора и директоров использовали одинаковую конфигурацию зажима из диэлектрика.
Пластины, удерживающие элементы, следует прикрепить к буму длиной 6 футов и диаметром не менее 1,25 дюйма. Этот метод крепления удерживает элементы прочно и симметрично на месте без взаимодействия бума с элементом. Поскольку требуются элементы трубок только двух диаметров, прочность элемента увеличивается.
В кабеле питания должен использоваться как минимум фут RG-58 или эквивалентный коаксиальный кабель. Для дросселя используйте пять ферритовых бусин, аналогичных тем, которые используются на двухметровой линии подачи. Если подводится высокая мощность (более 250 Вт), настоятельно рекомендуется использовать семь ферритовых шариков и коаксиальный кабель с диэлектриком из политетрафторэтилена, например RG-303 или аналогичный. Не забудьте нанести подходящий герметик на места подключения кабеля, чтобы предотвратить попадание влаги.
6-метровую антенную стрелу следует установить на алюминиевую пластину размером 6x6 дюймов и толщиной не менее 0,188 дюйма и прикрепить к подходящей мачте с помощью четырех зажимов бума. Помните, что потери в линии связи между антенной и трансивером уменьшают усиление антенны как при приеме, так и при передаче.
Поэтому, если линия питания длинная, особенно в диапазоне 2 метра, рекомендуется использовать коаксиальный кабель большего диаметра с низкими потерями. КСВ-метр можно вставить между антенной и линией питания для проверки соответствия импеданса. После этого длину активного вибратора можно слегка отрегулировать для достижения минимального КСВ на желаемой центральной частоте.
Как в 2-х, так и в 6-метровых конструкциях Yagi используются короткие бумы оптимальной длины. Больше фотографий этой конструкции можно увидеть на сайте www.arrl.org/qst-in-eep.
2-метровая Yagi может быть хорошим кандидатом для клубного проекта, особенно для экстренной или портативной связи. 6-метровая антенна Yagi может стать стартовой антенной, которая поможет вам активно работать на 6-метровом диапазоне.
Эти конструкции можно легко масштабировать для использования в других дипазонах, включая КВ. Для этого все геометрические размеры необходимо уменьшить или увеличить пропорционально изменению длины рабочей волны (см. ниже калькулятор от RA3TOX).
Источник: OST June 2024
Информация об авторе статьи.
Пожизненный член ARRL и обладатель лицензии экстра-класса среди любителей Джо Райзерт, W1JR, был одним из первых лицензированных новичков в 1951 году. В 1956 году он получил степень AAS в области электронных технологий в Государственном университете Нью-Йорка в Фармингдейле. Джо работал в Sperry, IBM, Lockheed Missiles and Space Company, Fairchild Microwave, The MITRE Corp., Wang Labs и Cushcraft. В 1992 году он основал Antennaco, Inc. и разработал и произвел коммерческие антенны ОВЧ, УВЧ и микроволнового диапазона.Джо интересуется DX от ВЧ до микроволнового диапазона и был одним из пионеров EME в 1970-х годах. Он заработал DXCC 392/340, DX Cha lenge 3180, 13BWAS, 11BDXCC и DXCC, при этом подтверждено 315 участников на дистанции 160 метров. Он был введен в Зал славы CQ DX в 2014 году. Джо работал в Консультативном комитете ARRL DX и был председателем Консультативного комитета VHF/UHF. Он опубликовал более 150 технических статей и выступил с более чем 130 приглашенными докладами на различные темы радиолюбительской деятельности. Вы можете связаться с Джо по адресу w1jr@arrl.net.
Примечание от RA3TOX:
Непосредственное подключение коаксиального кабеля питания к симметричному разрезному вибратору несколько искажает диаграмму направленности - она начинает косить. При вертикальном расположении антенны это не столь существенно, но для горизонтальной поляризации полезно. Для устранения этого эффекта желательно применить какое-либо симметрирующее устройство. Это конечно немного усложнит конструкцию, но придаст ей законченный вид.
Впрочем, учитываю достаточно широкую диаграмму направленности для этой антенны - можно оставить всё как есть ☺.Для пересчета антенны на другие диапазоны я также разработал калькулятор:
Материал перевел и подготовил - RA3TOX
[ На главную ] [ Антенны ]
