Dvě yaginy na jednom ráhně

O anténách

Kontakt

Dvě antény yagi na jednom ráhně

Dvě antény yagi na společném ráhně jsou vynikajícím začátkem pro konstruktéra vícepásmových antén pro krátké vlny. Asi tušíte, kam mířím. Ke konstrukcím tzv. "interlaced yagi" pro více pásem. Tedy k soustavám s mnoha prvky, které se vzájemně ovlivňují, ale pouze dva, tři nebo 4 prvky jsou ty, jejichž geometrii pro dané pásmo optimalizujeme. Samozřejmě s ohledem na geometrii všech ostatních prvků v okolí antény. Je to poměrně jednoduchá disciplína v CAD (NEC, MININEC) programech, které nám umožňují pracovat s mnoha zdroji (source) a mnoha zátěžemi (loads) na všech frekvencích. Musíme zvládnout ještě jednu disciplínu, a tou je sesouhlasit matematické modely s realitou. O mé metodě jsem psal v několika článcích. Měřím pomocí bezdrátových snímačů proudy v prvcích, které přesně nastavuji pomocí geometrie prvků. A kontroluji impedance na svorkách. Samozřejmě, že musím mít nastaveny základní parametry země (vodivost, permitivita) a výšku antény nad zemí. Výsledkem návrhu v CADu je přesný geometrický návrh prvků, včetně tubingu (taperingu), průhybu prvků a mechanických napětí, kapacit držáků, dielektrických vlastností izolátorů. Výsledkem je také proudové schéma (pomocí toho nastavuji reálnou anténu), průběhy impedancí, vyzařovací diagramy (vypočtené jako vybuzené vzdálené elektromagnetické pole) a celá řada dalších užitečných výstupů.

Začátečníkům, kteří již úspěšně zkonstruovali dvou nebo tříprvkové antény yagi pro jedno pásmo, doporučuji umístnit na společné ráhno dvě dvouprvkové antény. A zvládnout nějakou metodu optimalizace v alespoň volně dostupném CAD programu. Výsledek se dostaví a získáme potřebné zkušenosti. Schéma takové soustavy je zde:

Jde o zjednodušené schéma dvojice dvouprvkových antén yagi na společném ráhně. Pro školní účely jsem zvolil toto schéma proto, že lze nalézt jednoduše řešení této soustavy. Tj. navrhnout geometrii všech prvků, jejich geometrické délky pro daný tapering (tubing), jejich souřadnice (intervaly) na ráhně, optimální impedance ve středu napájených prvků (driven elements), atd. Program vám rovněž porovná vyzařování soustavy s vyzařováním samostatných optimalizovaných antén.

Vyzařovací diagramy optimalizované soustavy ve výšce h=15 m vypadají pro každé pásmo takto:

Použil jsem optimalizaci na kompromis mezi dvěma parametry, Ga a F/B. Přestože jsem konstruoval tuto školní experimentální anténu v jiném CADu, udělal jsem export do MMANA, ve kterém se mnoho hamů dobře orientuje. Všimněte si, že reálné složky na svorkách nejsou 50 Ohmů, ale mnohem nižší. I zde se můžete přesvědčit o rozhodnutí vynikajícího konstruktéra DK7ZB, proč volil u svých antén impedance jiné, např. 25 Ohmů. A odpověď je rovněž prostá - aby docílil hezkých vyzařovacích diagramů při malém počtu prvků. Ztotožňuji se s jeho názorem. Také mám raději antény, které využívají prvky k vyzařování, nikoliv k přizpůsobování impedancí!

Jde o soustavu dvou antén. Myslím, že vyzařovací diagramy nejsou špatné. Měl bych vám dát odpověď na otázku, kolik dB na parametrech ztratíme tím, že dáme dvě antény na jedno ráhno. Zde jsou diagramy jednotlivých antén:

Vidíte, že samostatné antény nemají vyzařovací diagramy hezčí. Zejména na F/B má soustava dvou antén lepší hodnoty. Čím to je? Použil jsem v tomto školním příkladě malou lest. Když jsem experiment předváděl posluchačům, tak jsem je upozornil na jeden detail v optimalizačním skriptu programu. Samostatné antény jsem optimalizoval tak, jak jsem řekl. Ga a F/B na kompromis a jX na 0 s tím, že transformací na balunu se přizpůsobí R. A tomu odpovídají geometrické rozměry prvků na ráhnu. Soustavu jsem však optimalizoval jinak. U soustavy, jejíž schéma jsem uvedl je jedna proměnná navíc. A tou je vzájemná vzdálenost obou antén. Nejde o tzv. "interlaced yagi", ale o yagi, které jsou vzájemně posunuté. Dovolil jsem si použít prvky antény pro 20 m jako "reflektor" menší antény a prvky antény pro 15 m jako "direktor" velké antény. Musel jsem však zadat nějakou mezní podmínku. Zvolil jsem maximální hodnotu SWR pro pásmo 15 m. Nastavil jsem max. SWR=2.0 .... Vidíte, že program zastavil optimalizaci přibližně na SWR=1.9 (25 Ohm, 21 MHz). A co se stalo? Parametr F/B se nám vylepšil o 3 dB. A víme proč. To je super, ne?

Co k tomu dodat? Na trhu se objevily antény "interlaced yagi". A s nimi názor, že jsou dobré. Ano, antény "interlaced" yagi lze dobře, tedy snadno, optimalizovat pomocí CAD programů. Pak mají vynikající výsledky. O to hůře jdou nastavovat na stožáru. A přicházejí první zklamání. Ani po pečlivé instalaci antény "nesedí" impedance. Mini VNA analyzátory přeci nelžou, že? Po mnoha hodinách nastavování s mini VNA je doženeme na nějaké SWR. Ale nahlodává nás pochybnost, jak je to s vyzařováním? Vždyť starý tribander byl možná lepší. Ano, možná je to i pravda a u "interlaced" yagi se nám to může stát. Vždyť nevíme, jak je montáž antény citlivá na výšku h, vodivost a permitivitu země, na okolní drátěné antény, které jdou těsně pod, na VKV antény, co jsou nad, atd. Interlaced yagi jsou citlivé na toto všechno. Jejich nastavování je pracné, pokud nemáme jejich NEC model a/nebo přesné proudové schéma, podle kterého bychom mohli nastavovat proudy v prvcích. Ale ty dobré antény jsou lepší, než kompromisní yaginy s málo prvky a pevnou kompromisní roztečí (interval x na ráhně) na všech pásmech. Prozradím ještě jeden detail. Anténu modelujeme pro navrženou výšku instalace h (a ostatní parametry QTH...). Proudové schéma si vygenerujeme pro výšku h, která je mnohem menší. Samozřejmě také průběhy impedancí pro tuto výšku. Směrové antény pro průměrného hama navrhuji pro h=15, ale proudové schéma pro h=4.5m. Pokud stojíme na nízké montážní plošině ve výšce 3 metrů, pracujeme rukama ve výšce cca 4.5 metru. Tam nás ruce ještě až tak nebolí, jako když montujeme anténu-monstrum nad hlavou. A pevná nízká plošina je ve větru také stabilnější než ta devatenáctimetrová na podvozku lehkého náklaďáku NISSAN. Co myslíte, jaká seřízení na anténě je třeba udělat ve výšce 15 metrů? Obvykle žádná. Je to hezký pocit, když potom takovou anténu nainstalujete, ona chodí a je přízpůsobená....

73's Věra & Míra, ok1ufc