Je třeba UHF antény yagi optimalizovat?

Obecně platí, že v poslední době dosáhlo mnoho konstruktérů vynikajících výsledků s anténami navrženými pomocí nějaké numerické metody pro výpočet elektromagnetického pole. A antény byly pro určitý účel numerickou metodou optimalizovány. Nějaké poznámky k optimalizaci parametrů antén, metodami, které používám, jsem uvedl zde.

Příklad 1

Za příklad dobře optimalizované antény jsem si vybral řešení pro pásmo 70 cm od autora Andrease Haefnera, DJ3JJ. Řešení bylo publikováno v seriózním časopis DUBUS, číslo 1/2010 (celý článek pdf byl publikován také na internetu a je ke staženi zde). Měl bych uvést důvody, proč pásmo 70 cm:

- pásmo 432 MHz mi umožňuje s ohledem na délku vlny měřit snadno směrovou charakteristiku v horizontální rovině
- pásmo 432 MHz mi umožňuje s miniaturní sondou měřit magnitudy proudů, aniž bych si měřením rozdrbal vlivem vzájemných impedancí jakýkoliv prvek antény, na 23 cm to jednoduše neumím
- pro pásmo 432 MHz jsem konečně dodělal balík SW pro rychle konvergující optimalizaci s několika NEC enginy
- pro pásmo 432 MHz mám vhodný LNA předzesilovač s přiměřeným šumovým číslem, které mi umožňuje získat dekódovatelný signál JT65B EME

a také, proč referenční anténu od Andrease, DJ3JJ:

- Andreas popsal objektivně důvody a zkušenost s tím, co dovede udělat vyzařování do postranních laloků. U EME se asi moc prohřešků neodpouští a popsané výsledky byly dostatečně vypovídající, věrohodné a inspirující.
- U antény EF7011N6 dopadlo dobře moje "prvotní ověření", které si vždy dělám, než anténě věnují více péče. Ale o tom čtěte dále.

Prvotní ověření

Podle plánku na straně 76 (viz DUBUS 1/2010 nebo příloha v odkazu) jsem vyrobil během pár minut jednoduchý model MMANA a anténu EF7011N6. Rozměry, které upravil můj preprocesor, jsou na schématu vidět. Mojí důvěryhodnost posílila skutečnost, že model antény okamžitě vyplivl tyto výsledky - viz modrá křivka a modrý text.

Anténa optimalizovaná pro DJ3JJ (N6) vykazovala rovněž hezčí průběh proudů (vlevo a dole):

Pod průběhy proudů jsem uvedl také 3D vyzařovací diagramy. Pro ilustraci dobré, pro praktické použití mám raději 2D řezy s vhodnými stupnicemi.

Praktická zkouška

S jedinou anténou, vybavenou LNA s NF asi 0.5 dB jsem vyčkával na EME provoz a nějaké vysílání silnějších stanic. Kmitočty jsem si nastavil podle toho, co stanice uvedly na clusteru na internetu. Některé signály JT65B EME, se zadařilo opakovaně dekódovat. Bohužel, musím konstatovat, že jsem byl na pásmu 432 MHz překvapen nízkou aktivitou stanic i poměrnou obtížností, se kterou stanice spojení realizovaly. Vedle na 2m bylo skutečně živěji.

Další krok

Anténu jsem si nechal jako referenční a vyrobil jsem další 3 ks. Čtveřice antén, u které je optimalizována horizontální a vertikální hodnota stacku by měla vyzařovat takto:

Hlavní lalok se zúžil, druhé postranní laloky jsou semknuté k hlavnímu laloku. Při příjmu by neměly vadit, soustava nevyzařuje v těchto lalocích o tolik silněji, než jediná anténa. Zadní laloky se, bohužel, také zesílily, tak, jak to u stacku antén běžně bývá. Tento jev umíme v některých případech eliminovat, tj. soustavu optimalizovat. Stack však není vyskládán ze čtveřice shodných, ale ze čtveřice nepatrně ODLIŠNÝCH antén. Princip ukážu pro snadnější pochopení na dvojici antén:

Tohle již není triviální optimalizační metoda. Každá z antén je rozdílná. Pomocí jejich geometrie je docíleno toho, že vyzařovaná energie se koncentruje do hlavního laloku, ale soušasně se rozptyluje do rozdílných zadních laloků. Zadní laloky se tedy nesčítají a F/B soustavy zůstává přibližně stejný. Ale to jsem uvedl jen jeden z mnoha příkladů optimalizace konkrétního parametru soustavy (stacku). Nikoliv minimalizaci F/B, tak, jak se to dělá, tj. postupnou optimalizací vodorovné a svislé vzdálenosti čtveřice totožných antén. Feedback substituční metodou to lze mnohem lépe.

Příklad 2

U pásma 70 cm nepovažuji až tak za rozhodující, zda má při podobné délce anténa 11 nebo 15 prvků. Referenční továrně vyráběnou anténou podobné délky byla anténa Diamond A430 s 15 prvky. Ta má délku asi 2250 mm (DJ3JJ má rozteč mezi krajními prvky 2170 mm). Jednu anténu Diamond jsem si ponechal jako referenční v původním provedení. U druhé jsem provedl optimalizaci parametrů F/B a Gi. Hlavním důvodem však bylo provedení zářiče antény, který u originální vypadal takto:

Ty dva tenké izolované vodiče v průhledné bužírce jsem prostě jako transformační člen doteď nerozdýchal. Proto mi antény ani nebylo líto. Ve finále jsem si z ní ponechal plastové součásti na uchycení prvků, anténa dostala nový zářič, ale hlavně byla provedena numerická optimalizace při zachování délky ráhna a počtu prvků. Z pohledu vyzařování se po optimalizaci konečně začala chovat podobně, jako EF7011N6 (DJ3JJ). Bohužel, mechanicky upravovat zářič antény Diamond lze v té původní krabičce tak blbě, jak si to lze představit.

Nějaké prázdninové fotky antén

Kromě yagi pro 70 cm jsem experimentoval také s krátkou anténou pro 2m. Fotky obou antén jsou tady.

Právě probíhající práce

Optimalizace zadních laloků v soustavě antén mě zaujala. A taky pohltila. A tak místo výroby prototypu dlouhé antény pro 70 cm dělám na soustavě 6 EF7011. Nikoliv totožných, ale optimalizovaných tak, aby se hlavní laloky koncentrovaly a zadní diverzifikovaly.

Práce se chýlí ke konci. Uvidíme ....