Антенна Уда Яги Расчет
Содержание
Теория антенн; антенна Яги-Уда
За последние несколько десятилетий антенна Яги-Уда является наиболее часто используемым типом антенны для приема ТВ. Это самый популярный и простой в использовании тип антенны с лучшими характеристиками, который славится своим высоким усилением и направленностью
На рисунке изображена четкая форма антенны Яги-Уда. Центральная стержневидная структура, на которой установлены элементы, называется стрелой . Элемент, к которому присоединена толстая черная головка, является ведомым элементом, к которому внутренняя линия электропередачи подключена через этот черный стержень. Единственный элемент, присутствующий в задней части ведомого элемента, является отражателем , который отражает всю энергию в направлении диаграммы направленности. Другими элементами перед ведомым элементом являются направляющие, которые направляют луч в нужном направлении.
Весной 2022 года ретранслятор Дивизиона (СИБИ-LPD) не мог похвастаться таким широким покрытием на прием и передачу, как сейчас (до 70 км и более), т.е. с Baofeng UV-5R я слышал ретранслятор на удалении до 10 км и из квартиры дома, но передать что-то в эфир было очень проблематично. Задался вопросом сделать вместо штатной антенны на «портативку», что-то более эффективное и в своих поисках наткнулся на конструкцию этой антенны. Автор заявляет реальное усиление, относительно диполя
Схема с размерами элементов на фото.
— длина рефлектора 329мм
— длина активного элемента 293мм
— ширина активного элемента 20мм
— длина директора 304мм
расстояние между рефлектором и активным элементом 107мм (от центра)
расстояние между активным элементом и директором 187мм (от центра)
Антенна Уда Яги Расчет
Отдельно обратим внимание на бумкоррекцию. При металлическом буме происходит локальное утолщение элементов антенны в месте монтажа на траверсе. Это приводит к уменьшению погонной индуктивности в этом месте, что эквивалентно укорочению элемента. Чтобы сохранить его электрическую длину, необходимо элемент физически удлинить. Это и называется коррекцией на влияние траверсы (бума) или бумкоррекцией. Программы моделирования проволочных антенн, основанные на ядре NEC, например MMANA не умеют учитывать эту поправку, что является одной из проблем в проектировании антенны Uda-Yagi. Приходится прибегать к эмпирическим методам и формулам в расчете бумкоррекции, основанным на больших массивах практических измерений реальных антенн, что и проделал в свое время DL6WU. Очень хорошо проблема расчета бумкоррекции описана в статье DL2KQ, формулы из которой и используются этим калькулятором.
Калькулятор рассчитывает антенну волновой канал конструкции DL6WU с бумкоррекцией (поправка на влияние несущей стрелы). Расчет по методу из второго тома К. Ротхаммеля стр 44. 52. Антенна оптимизирована по критерию максимального усиления. Особенность конструкции DL6WU состоит в том, что число пассивных элементов можно увеличивать/уменьшать без заметного ухудшения КСВ, что и позволило создать подобный калькулятор. Считается, что антенны DL6WU, обладая весьма высоким коэффициентом усиления, менее капризны к наличию вблизи них посторонних предметов и сохраняют свои характеристики при любых метеоусловиях.
Положительные характеристики Yagi:
- малый вес (упрощает конструкцию треккера если таковой необходим)
- малая парусность, не требуют тяжелого штатива
- возможность варьировать усиление и ширину ДН в зависимости от числа элементов антенны
- возможность установки непосредственно на видео приемнике (в случае 3-4 элементов)
Недостатки:
- необходимость точного изготовления
- сложность расчета
- большие габариты (в случае узконаправленных Yagi)
Для затравки выложу модель 5 элементной антенны посчитанной в программе MMANA и оптимизирована для частоты 1160 МГц (3-й китайский канал), предполагается как замена патч-антенне ближнего боя
В связи с интересом к данному типу антенн думаю пора открывать отдельную тему.
Предлагаю всем здесь выкладывать свои конструкции Яги-антенн, делиться результатами по полученной дальности управления/приема видео, а также ссылки на готовые антенны в продаже проверенные на практике.
Основы радиолокации
Антенны Яги относятся к продольным излучателям и используют в своем составе элементы, возбуждаемые излучением. Этот тип антенн получил свое название по имени одного из его изобретателей, японского профессора Яги. Иногда используется наименование «антенны Яги-Уда», а в русскоязычных источниках такие антенны называют антеннами типа «волновой канал». Эта конструкция антенн была специально разработана для диапазона радиоволн от высоких частот (ВЧ, HF) до верхней части диапазона очень высоких частот (ОВЧ, UHF). Антенны Яги очень популярны по причине простоты их конструкции и относительно высокого коэффициента усиления. Как правило, их относят к высоконаправленным антеннам. Помимо радио, антенны этого типа применяются и в радиолокации.
Основной элемент Яги имеет три составные части. Длина каждого пассивного элемента отличается от половины длины волны, являющейся резонансной для антенны. Если она больше (обычно на величину около 15 процентов), то такой элемент имеет индуктивные свойства и работает как рефлектор. Если же длина элемента меньше половины длины волны (с шагом 5 процентов), то элемент имеет емкостные свойства и определяется как директор, поскольку он вызывает усиление излучения в направлении от активного вибратора к директору. Для понимания принципа действия рассмотрим резонансный диполь и добавим к нему пассивный элемент, расположив его на небольшом расстоянии. Излучение диполя вызывает возбуждение пассивного элемента, причем с разностью фаз, определяемой расстоянием между ними. Емкостной характер из-за меньшей длины пассивного элемента приводит к дополнительной задержке токов и напряжений в этом элементе и, соответственно, в фазе излучаемого им поля. Поскольку разность фаз соответствует расстоянию между элементами, то оба излучаемых поля (активного и пассивного элементов) синфазны в одном направлении и противофазны в другом направлении. Поскольку амплитуды колебаний в элементах антенны не одинаковы, сумма излучаемых ими полей увеличивается в одном направлении и уменьшается в другом.
Антенна Уда Яги Расчет
Если мы заменим сложный рефлектор на один резонансный, длиной 1,68 м (файл …\FM\FM5_75Yagi_1R.gaa), то на согласование и полосу по КСВ75 это почти не повлияет. Но зато F/B в участке 88 – 100 МГц снизится до 11 … 12 дБ. Это понятно: не может одна трубка обеспечить хорошее отражение в столь широкой полосе частот.
Еще одна распространенная задача, где может потребоваться широкая полоса – внешняя антенна для сотовых телефонов стандартов CDMA и GSM900. Требуемое перекрытие от 824 до 965 МГц (п. 12.1.1). В отличие от приемных вещательных антенн здесь нужна и работа на передачу, поэтому требуется лучшее согласование, т.е. более низкий КСВ в рабочей полосе.
Рис. 13.2.7.
Волновой канал (антенна Удо-Яги) 3 элемента на 433 мгц
Сразу оговорюсь: эта инструкция имеет расхождения с идеализированными канонами профессионального антенностроения! Суть ее — дать возможность новичку построить антенну из доступных материалов своими руками с усилением отличным от нуля и увидеть положительный эффект от своей деятельности.
Мы делаем антенну «Волновой канал (антенна Удо-Яги) 3 элемента на 433 мгц». Усиление 3-5 дб. Конструкция придумана не мной, использованы иллюстрации третьих лиц. Здесь я делюсь своим скромным опытом, высказываю свое мнение. Автор не несет ответственности, если материал окажется для Вас бесполезным, либо нанесет какой либо ущерб.
Немного истории:
Итак, материалы и инструменты:
1. Медный одножильный провод сечением 6 кв. мм – около 1,5 м (в магазине берите 2 м).
2. Полипропиленовая водопроводная труба диаметром 20 мм — 500 мм (без армирования, не металлопластик).
3. Полипропиленовая клипса для крепления трубы — 4 шт.
4. Кабель с сопротивлением 50 ом, разъем для Вашей радиостанции.
5. Пластиковые стяжки
6. Дрель, сверла, паяльник, ножовка, напильник, кусачки, нож, маркер, линейка, клей и др. слесарный инструмент и разные мелочи.
Запускается в DOS или FAR (Виндоузовский эмулятор DOS) файлом qy4.exe
Открывается первая страница меню:
Auto mode menu — автоматическое проектирование
Manual entry — ручной ввод
With tapered el’s — с элементами переменного диаметра
Суммируя сказанное выше можно рекомендовать следующую процедуру проектирования и постройки антенны.
1. Задаемся конечной целью: какую антенну нам надо.
— а. широкополосная антенна, охватывающая как SSB, так и телеграфный участки диапазона. При этом у нас нет желания (или возможности) опускать антенну для подстройки. Тогда лучше всего подойдёт антенна с волновым сопротивлением 50 Ом и небольшим усилением.
— б. есть возможность опускать антенну для подгонки в случае отклонения от заданных параметров. Тогда задаёмся сопротивлением 35 Ом со средним коэффициентом усиления.
— в. нам нужна узкополосная антенна для телеграфного участка с максимальным усилением. Задаёмся сопротивлением 25 Ом с достижением высокого коэффициента усиления.
2. Сколько элементов должна иметь антенна? Если длина траверсы (бума) меньше 0,4 длины волны, то нет смысла делать больше 3 элементов. Если задаёмся сопротивлением 50 Ом, то расстояние «Рефлектор-вибратор» лучше взять не менее 0,15 дл. волны, а при R=25-35Ом лучше взять поменьше.
3. Запускаем программу в режиме автоматического или ручного проектирования с заданным количеством директоров (можно с количеством «0» для двух элементов).
4. Запускаем режим оптимизации по усилению. Получим результат с сопротивлением 27-35 Ом.
5. Включаем оптимизацию ширины полосы с параметром «широкая». Сопротивление слегка повысится.
6. Приступаем к ручному редактированию размеров антенны для достижения ТОЧНОГО значения желаемого сопротивления. Варьируем размерами рефлектора и директора (директоров), а также и расстояниями, периодически проверяя полученную диаграмму направленности и кривую КСВ. Можно спроектировать несколько антенн с одинаковым сопротивлением и после сравнения остальных характеристик выбрать лучшую.
7. После изготовления и установки измеряем сопротивление. Если оно соответствует проектному, то больше ничего проверять не надо, все остальные параметры также получатся. Если сопротивление отличается от расчётного, надо смоделировать на компьютере, на сколько требуется изменить длину директора (и какого директора, если он не один). Обычно это незначительная величина. Никаких настроек подавления и усиления делать не надо, это может только ухудшить параметры антенны.
