"Птичья" яги G4ZU
L.В. CEBIK, W4RNL
В [1] была опубликована довольно интересная статья, в которой описывалась конструкция 3-элементной антенны Яги. Автор (G4ZU) приводил очень хорошие значения коэффициента направленного действия, отношения вперед-назад, хотя рекомендации по изготовлению ее конструкции остались не полностью раскрытыми. Проведя компьютерное моделирование этой антенны во многих известных программах (от MININEC до NEC4) я нашел ответы на большинство поставленных вопросов, заслуживающих объяснения. В итоге получилась антенна, конструкция которой показана на рис.1.
Несущая часть полученной антенны выполнена из легкого стеклопластика, которая придает проволочным элементам необходимую форму. Как видно из рис. 1, концы директора и рефлектора согнуты к концам вибратора. Размеры антенны приведены для диапазона 10м. Единственное отличие модели антенны в "свободном пространстве" и реальной антенны G4ZU заключается в незначительном уменьшении длины активного элемента (вибратора).
На рис. 1 пунктирными линиями показаны веревочные растяжки, служащие для придания проволочным элементам антенны соответствующей формы. Элементы могут быть просто привязаны к веревкам. Следует отметить, что габариты антенны на диапазон 10 м составляют около 4,9 м на 3,6 м.
Рис. 1
Как работает антенна? Для проведения сравнительного анализа характеристик антенны "Птичья" Яги G4ZU компьютерному моделированию были подвергнуты еще три других антенны: простая 2-элементная Яги: широкополосная и узкополосная Яги. "Птичья" Яги, 2-х и 3-элементная широкополосная Яги имеют входной импеданс около 50 Ом и поэтому могут запитываться непосредственно коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. При этом для уменьшения TVI рекомендуется использовать симметрирующее устройство.
Узкополосная 3-элементная Яги имеет на резонансной частоте входной импеданс около 20 Ом, что требует применения b-согласования и ему подобного.
Во всех моделируемых антеннах, за исключением "Птичьей" Яги, элементы выполнялись из алюминиевых трубок. У G4ZU элементы выполнены из медной проволоки диаметром 2 мм.
Моделирование всех четырех типов антенн проводилось в "свободном пространстве". Характерное различие в диаграммах направленности антенн проявляется при высоте подвеса около 6 м в диапазоне 28 МГц (около 5/8l или выше). При меньшей высоте подвеса необходимо подобрать длину вибратора во всех моделях антенн. На рис. 2 приведены диаграммы направленности в горизонтальной плоскости четырех антенн.
Рис.2
Из рис. 2 видно, что диаграмма направленности "Птичьей" Яги заметно отличается от различных вариантов классических антенн Яги. Можно заметить, что обычные Яги имеют хорошее отношение вперед-вбок, в то время как у "Птичьей" Яги данное отношение составляет менее 11 дБ. Данное свойство антенны может классифицироваться, как преимущество или недостаток, в зависимости для каких целей она будет использоваться. У "Птичьей" Яги отношение вперед-назад составляет 11...14 дБ.
Коэффициент усиления "Птичьей" Яги не такой высокий как у 3-элементной Яги - около 6,5 дБи в свободном пространстве. Данное значение на 0,5 дБ лучше, чем у 2-элементной Яги, хотя при прямом подключении коаксиального кабеля к 2-элементной антенне получается довольно низкое отношение вперед-назад в широком диапазоне частот.
Широкополосная 3-элементная Яги, для питания которой используется непосредственное подключение коаксиального кабеля, имеет приемлемое значение КСВН в широкой полосе частот и коэффициент усиления, который на 0,5 дБ больше чем у "Птичьей" Яги. Следует также добавить, что отношение вперед-вбок у широкополосной Яги составляет более 19 дБ в полосе 1 МГц 10-метрового диапазона.
Модель узкополосной 3-элементной Яги была оптимизирована по критерию максимального коэффициента усиления и отношения вперед-назад, хотя полученные результаты не сохраняются во всем диапазоне 10 м (приемлемые значения КНД и отношения вперед-назад сохраняется в полосе, приблизительно, 0,5 МГц диапазона 28 МГц). Однако эти результаты - лучшее, что может быть получено с помощью 3-элементной Яги: коэффициент усиления составляет около 8,1 дБ и в "свободном пространстве" и около 30 дБ отношение вперед-назад (при отношении вперед-вбок не хуже 23 дБ). Коэффициент усиления этой антенны на 1,5 дБ, а отношение вперед-назад почти на 16 дБ больше по сравнению с "Птичьей" Яги.
Проведенный сравнительный анализ характеристик антенн вовсе не подразумевает, что антенна "Птичья" Яги - "плохая" антенна. Данная антенна специально предназначена для конструирования и производства в домашних условиях. Ее достоинство - легкий вес, простота в сборке и дешевизна, позволяют выделить ее среди простых направленных антенн.
Сделать окончательный выбор антенны, которую вы хотите собрать в домашних условиях можно после принятия решения - какой категории (сложности) вам необходима антенна. Хотя антенна "Птичья" Яги является достаточно легкой, все же концы вибратора необходимо растянуть дополнительными растяжками, которые закрепляются одним концом к небольшой вертикальной диэлектрической планке, стоящей посредине элемента. При проектировании антенны на более низкочастотные диапазоны необходимо дополнительно продумать конструкцию растяжек элементов.
Литература
1. ARRL Antenna Compendium.
РЛ КВ и УКВ 1/2002