Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Symulacja anten

Adam_u 26 Kwi 2007 11:26 5168 13
  • #1 26 Kwi 2007 11:26
    Adam_u
    Poziom 9  

    Chciałem sie dowiedzieć czy ktoś korzystał z programu YAgimax. Chodzi mi o problem z wyznaczaniem współczynnika fali stojącej. Jeżeli symuluje antenę jednokanałowa wszystko jest ok. ale jeżeli wezmę antenę szerokopasmową na kilka kanałów wtedy wartość tego WFS strasznie sie rozbiega, osiągają strasznie duże wartości. Czy ktoś wie dlaczego tak jest?może ten program nie nadaje sie do symulacji anten szerokopasmowych

    0 13
  • #2 26 Kwi 2007 11:53
    Bruum
    Poziom 23  

    A może właśnie dobrze liczy? Dla porównania wrzuciłbym mu lpda-ona ma jakąś szansę mieć sensowny swr w szerszym zakresie. Spróbuj wpisać grubsze elementy-większa szerokopasmowość.

    0
  • #3 26 Kwi 2007 12:10
    Adam_u
    Poziom 9  

    Ale jak na przykład chce zasymulować antenę 5-elementową na kanały 6-12 to wartość współczynnika SWR waha sie w granicach nawet do 35. Wymiary poszczególnych elementów biorę z ksiązki to wydaje mi sie za powinno byc dobrze, a nie jest

    0
  • #4 26 Kwi 2007 12:34
    SP5IT
    VIP Zasłużony dla elektroda

    Program zachowuje się jak najbardziej prawidłowo.
    Nie uzyskasz dobrego WFS w antenie yagi w tak szerokim paśmie częstotliwości.
    Michał

    0
  • #5 26 Kwi 2007 13:24
    Adam_u
    Poziom 9  

    NO ale on mi podaje prawidłową wartość wspólczynnika jezeli symuluje tylko anteny jednokanłowe. Juz sam nie wiem moze ja zle poprostu dokonuje tej symulacji

    0
  • #6 26 Kwi 2007 13:26
    SP5IT
    VIP Zasłużony dla elektroda

    Wszystko jest jak najbardziej prawidłowo. Poza tym takie anteny są liczone na środek pasma i nikt się nie zastanawia jaki mają WFS, bo nie służą do nadawania.
    Michał

    0
  • #7 26 Kwi 2007 13:42
    Adam_u
    Poziom 9  

    To mowisz ze wszystko jest ok? w sumie tak jest ze jak wyliczam długość poszczególnych elemntów to biorę częstotliwość środkową danego pasma, i dla tej częstotliwości WFS wynosi jeden, a w miare oddalania sie od tej częstotliwości jego wartość juz sie zmienia. To w przypadku anten odbiorczych ten WFS nie musi byc max.2, bo juz sie zaczynam gubic?

    0
  • #8 26 Kwi 2007 14:11
    Driver-
    Poziom 38  

    Anteny Yagi tak się właśnie zachowują optymalizacja na szersze pasmo jest możliwa ale na 2 max 3 kanały przy szerszym paśmie wzrasta SWR, z programem jest więc wszystko OK. Do odbioru szerokich pasm lepsze są anteny logarytmiczno-periodyczne. Można na nich odbierać bardzo szerokie pasma z SWR ponizej 1,5, są nawet konstukcje HF - VHF - UHF na jednej antenie.

    0
  • #9 26 Kwi 2007 18:57
    SP5ANJ
    VIP Zasłużony dla elektroda

    Witam.

    Jak zwykle SP5IT i Driver mają 100%-ową rację.

    Pamietać też należy , że anteny Pana YAGI (japończyk) mają zawsze większy zysk na częstotliwości wyższej niż zadana.
    A tak wogóle to jest przyjęte przez "profesjonale systemy" , że WSF (SWR) dopuszczalny na KF (do 30MHz) to max. 3-1 a na UKF (30-500MHz) to max. 1,8-1.

    Pozdrawiam.

    0
  • #10 26 Kwi 2007 20:10
    kondensator
    Poziom 36  

    Można zrobić antenę Yagi o szerokości pasma 20% (w paśmie 87...108MHz),
    czy (dużo trudniej) 50% w paśmie 470...790MHz. SWR <2 w paśmie pracy.
    Podobnie można zrobić anteny 144...174, 410...470, 790...890, 860...960MHz.
    Nie mówię tego z teorii, ale z własnej praktyki. Pierwsze udane anteny
    87...108MHz zrobiłem po ok. 5 latach prób i symulacji,
    zaś na pasmo 470...790MHz - po ok. 12 latach prób i symulacji.
    Program to tylko pomoc, po latach praktycznych eksperymentów
    dochodzi się, gdzie i kiedy cię na pewno oszukuje, a kiedy tylko być może.

    Anteny szerokopasmowe projektuje sie inaczej niż wąskopasmowe.
    Podobnie nie można bezkarnie skalować anten np. ze 100MHz na 900MHz.
    Symetryzator, zwłaszcza szerokopasmowy UHF, współpracujący z danym
    konkretnym modelem anteny, jest trudniej zrobić niż antenę.
    Dopiero dany komplet (symetryzator + antena) jest obiektem do badania.
    Bez sprzętu pomiarowego projektowanie anten o szerokości pasma pracy
    poniżej 10% w zakresach 100...900MHz jeszcze ma szansę powodzenia.
    Jest to jednak robienie w ciemno...
    Sprzęt mam (choć nie taki jaki by był najlepszy), ponad 15 lat się tym
    zajmuję, ale wciąż wiem mało, a raczej bardzo mało.

    PS. Mogę zdradzić, że częstotliwość środka pasma rzadko jest
    odpowiednia jako przyjmowana do obliczeń, zwłaszcza w antenach
    Yagi - szerokopasmowych.
    Z zyskiem nie zawsze jest tak, jak pisze Kol. Radiosystem. Np. 3 elem.
    Yagi o szerokości pasma 20% mają największy zysk na krańcach pasma.
    Anteny odbiorcze FM, TV mają mieć SWR<2 i jest to wykonalne (B<50%)
    Życzę powodzenia.

    0
  • #11 26 Kwi 2007 21:41
    Jerzy Cieślański
    Poziom 19  

    ANTENA 11 ELEMENTOWA UKF-FM 87.5-108
    Są różne programy do projektowania anten Yagi-Uda, lepsze i gorsze.
    Te darmowe, mogą być nieco uproszczone.
    Te profesjonalne mogą wymagać rzeczywiście wydajnych komputerów no i większej wiedzy z zakresu teorii i podstawowych zasad projektowania i działania anten typu Yagi-Uda.
    Aby w przybliżeniu nakreślić problem zamieszczam poniżej praktyczny opis konkretnej anteny UKF optymalizowanej komputerowo.

    Ciekawym przykładem "dużej" anteny odbiorczej UKF-FM jest antena "Körner 17.5".
    Link;
    Obrazek nr.1
    przedstawia zestaw czterech takich anten połączonych synfazowo, przez Kelly Lindman'a ze Szwecji.
    Zdjęcie wykonane jest z pewnego oddalenia, więc trudno rozróżnić szczegóły rozłożenia i zamocowania poszczególnych elementów tej anteny.

    Na stronie (dxtuners.com) znajdowało się natomiast zdjęcie dobrej jakości pozwalające dokładniej przyjrzeć się wykonaniu tej anteny.
    Link;
    Zdjecięcie -Körner 17.5- "z bliska"
    Upss, w tej chwili chyba ta witryna (dxtuners.com) nie działa??? ale link do adresu fotografi, która przedstawiała antenę odbiorczą Körner 17.5, typu Yagi-Uda wykonaną (w wesji o rozszerzonym pasmie częstotliwości), na zakres UKF-FM 87.5-108MHz.-zostawiam na wszelki wypadek.
    W chwili wklejania tego tekstu, w google można znaleźć jedynie kopię tej strony z pod adresu (w()ww.dxtuners.com) z tekstem ale bez zdjęć (bez grafiki).

    Antenę podobno "zaprojektował" Peter Körner, Lund, Sweden.
    Ale jego strony w internecie jak dotąd nie potrafiłem znaleźć.
    Wyniki modelowania tej anteny za pomocą programu komputerowego "AO-Pro 7.02 Antenna Optimizer program", przedstawia na swojej stronie internetowej Brian Beezley.
    Link;
    Optymalizacja "Körner 17.5"

    ZAŁOŻENIA TEORETYCZNE PROJEKTOWANIA
    Tu przytoczę cytat podający główne zasady "tradycyjnego" projektowania anten typu Yagi-Uda o poszerzonym paśmie częstotliwości roboczych, z poradnika: "Anteny i instalacje antenowe" -Janusz Bator, ze str. 159-160:

    "....Konwencjonalnie zaprojektowana antena telewizyjna Yagi-Uda charakteryzuje się szerokością względną pasma częstotliwości ok.15%.
    Projektowanie anten szerokopasmowych polega na świadomym "rozstrajaniu" elementów promieniujących względem częstotliwości środkowej, przy czym długość reflektorów określona jest dolną częstotliwością, a długość direktorów -górną częstotliwością pasma roboczego.
    Długość elementu czynnego dobiera się według zasad poznanych w p.4.5.2, dla częstotliwości środkowej.
    Metoda ta przypomina sposób strojenia niektórych wieloobwodowych, szerokopasmowych wzmacniaczy pasmowo-przepustowych, gdzie dobiera się częstotliwości rezonansowe obwodów (w antenach: długości elementów promieniujących) oraz wartości współczynników sprzężenia (w antenach: odległości między elementami), w celu uzyskania żądanej charakterystyki przenoszenia.
    Rozstrajanie obwodów odbywa się kosztem wzmocnienia układu, czyli w przypadku anten -kosztem zysku energetycznego.
    Z tego względu w zakresie III nie stosuje się anten szerokopasmowych o średnim zysku energetycznym większym od 10 dB. (............)

    Jako elementy czynne w zdecydowanej większości anten stosuje się dipole pętlowe.
    Możliwości transformacji impedancji przez różnicowanie średnic d1 i d2 oraz rozstawu D ramion dipola pętlowego wykorzystywana jest rzadko ze względów technologicznych.

    Najbardziej rozpowszechnionym współcześnie sposobem dopasowania anten wieloelementowych w zakresach III-V jest metoda polegająca na zastosowaniu dodatkowego elementu biernego, na ogół jednego direktora, (czasem dwóch -w antenach szerokopasmowych) pozostającego w stanie silnego i odpowiednio dobranego sprzężenia z elementem czynnym.
    Dzięki temu sprzężeniu, impedancja wejściowa anteny w znacznym stopniu zależy od odległości i wymiarów elementu dopasowującego, który nie ma natomiast istotnego wpływu na właściwości kierunkowe anteny z uwagi na bliskość względem elementu czynnego.
    Z tego powodu przy projektowaniu anten Yagi-Uda, dopasowanych opisaną metodą należy element dopasowujący traktować jako dodatkowy, nie decydujący o wartości zysku energetycznego.
    Przy odpowiednim dobraniu długości elementu promieniującego oraz jego odległości od sąsiednich elementów anteny można zapewnić wymagane dopasowanie w paśmie o szerokości względnej ok. 15% dla anten wielokanałowych i ok 50% dla anten szerokopasmowych.
    Sprzężenie oraz wymiary elementu dopasowującego dobiera się drogą doświadczalną, w warunkach laboratoryjnych..."

    DYWAGACJE TEORETYCZNE
    Ponieważ jest to antena typu Yagi-Uda na zakres roboczy 87.5MHz-108MHz, to powinna być tak zaprojektowana aby jej "szerokopaśmowość wynosiła przynajmniej 21 procent.
    A właściwie, to -uwzględniając założenia ogólne, tj;
    - osiągnięcie maksimum zysku w górnym przedziale zakresu roboczych częstotliwości,
    - uzyskanie dobrego dopasowania, (niskiego Współczynnika Fali Stojącej -WFS, zwanego też "z angielska" -SWR), w całym zakresie jej częstotliwości roboczych,
    - oraz wysokiego i stałego tłumienia promieniowania listków tylnych i bocznych - (parametr Front/Back Ratio-F/B) dla wszystkich częstotliwości w przedziale od 87.5MHz do 108MHz,
    to prawdopodobnie należałoby projektować taką antenę dla wzoru struktury Yagi-Uda, zapewniającej szerokość pasma roboczego rzędu B=30%-35%.
    Zaprojektowanie anteny typu Yagi-Uda, jako szerokopasmowej powinno zapewnić też większą tolerancję na błędy wymiarowe wykonania elementów promieniujących i geometrii takiej anteny.
    Tak przynajmniej było w antenach szerokopasmowych projektowanych przed laty, gdyż długości poszczególnych elementów i ich odległości były wynikiem kompromisu wymiarów (na ogół, pośrednich pomiędzy górną a dolną częstotliwością zakresu roboczego).

    Prawdopodobnie optymalizacja wymiarów fizycznych i parametrów elektrycznych takiej anteny za pomocą najnowszego oprogramowania komputerowego pozwala na dość dokładne zaprojektowanie dobrej anteny bez zbytniego, (a związanego ze zmniejszeniem zysku energetycznego), rozszerzania jej pasma częstotliwości roboczych ponad miarę (potrzeb).
    Bardzo możliwe jednak, że taka tradycyjnie zaprojektowana antena szerokopasmowa Yagi-Uda, która zostanie zoptymalizowana "komputerowo" dla uzyskania bardziej optymalnych właściwości elektrycznych, może w wyniku owej optymalizacji, stracić ów "wygodny" w procesie produkcji seryjnej, margines tolerancji błędów wymiarowych.


    TŁUMIENIE ZYSKU SYGNAŁÓW SPOZA PASMA ROBOCZEGO ?
    W antenie typu Yagi-Uda UKF-FM 87.5-108MHz, o rozszerzonym paśmie częstotliwości roboczych, tłumienie częstotliwości nieporządanych tj, z poza pasma roboczego jest stosukowo małe.
    Zwiększenie tego tłumienia za pomocą wyboru parametrów geometrii anteny, (tak aby wystarczająco skutecznie -tj. w stopniu "użytecznie-przydatnym"-, wytłumiać zbliżone częstotliwościowo sygnały zakłócające, z poza pasma 87.5-108MHz) jest trudne do osiągnięcia.
    Stąd więc, taki wymóg dużych właściwości dyskryminacyjnych i selektywności anteny, nie powinien w procesie projektowania zbytnio ograniczać możliwości polepszenia pozostałych parametrów elektrycznych w zakresie częstotliwości roboczych anteny takich jak;
    - najmniejszy Współczynnik Fali Stojącej,
    - stałość impedancji wejściowej w całym paśmie roboczym anteny,
    - niski poziom "listków" promieniowania wstecznego i bocznego,
    - możliwie wprost-proporcjonalny przyrost zysku energetycznego anteny w funkcji wzrostu częstotliwości roboczych, ("najlepiej",-nie przkraczający różnicy 2.5dB).

    Natomiast wytłumienie sygnałów nie porządanych spoza pasma roboczego anteny (tu; 87.5MHz-108MHz) znacznie łatwiej i z lepszym efektem można uzyskać za pomocą filtracji przez urządzenia elektroniczne; takie jak;
    - symetryzator antenowy z wbudowanym filtrem wąskoprzepustowym,
    - filtry LC na pasmo UKF-FM 87.5-108MHz,
    - przedwzmacniacz lub wzmacniacz wąskopasmowy.
    Istnieją chyba też wzmacniacze na zakres UHF-FM 87.5-108, wyposażone odpowiedni filtr ceramiczny, który zapewnia odpowiednio duże tłumienie sygnałów zakłócających spoza częstotliwości pasma roboczego UKF-FM.


    Najczęściej spotykane, komputerowe "projektowanie" anten Yagi-Uda polega na zastosowaniu opracowanych przed kilkudziesięcioma laty wzorów struktur konstrukcyjnych takich anten a następnie zoptymalizowanie jej parametrów przez program komputerowy, metodą wielokrotnych przeliczeń bardzo wielu wariantów wymiarowych.

    "STARE WZORY" NIE SĄ ZŁE
    Konstrukcja anteny "Körner 17.5" przypomina np. (pomijając rozbudowany reflektor) antenę opisaną w poradniku;
    Link;
    "Poradnik ultrakrótkofalowca"-Z. Bieńkowski
    na stronie 852, w tabeli 7.2.1, kolumna E na podstawie;
    - poradnika "Televizni anteny" - Krupka Z. - Amatorske Radio B6/1981
    - i poradnika "Yagiho smerowe anteny pro VKV a UKV"; Amatorskie Radio B1/1982 oraz B1/1984
    Wymiary fizyczne z powyższych wzorców struktury anten, z tabeli 7.2.1,, uzyskuje się dzięki wymnożeniu zamieszczonych tam odpowiednich współczynników liczbowych, dla poszczególnych elementów promieniujących, przez długość fali elektromagnetycznej obliczonej dla częstotliwości bliskiej lub równej 108MHz.

    Zysk energetyczny anteny 14Y-2.7-0.9 wynosić powinien od 10.6dB w dolnym zakresie jej poszerzonego pasma roboczego do 12.2dB w górnym zakresie.
    Dla częstotliwości obliczeniowej 108MHz antena 14Y-2.7-0.9 miałaby jednak ponad 7metrów długości, co czyni ją niestety mało użyteczną lub wręcz nie przydatną w zastosowaniu do zwykłego odbioru programów UKF-FM, przez zwykłych użytkowników tunerów radiowych nie bawiących się w "polowania" na sporadyczny "DX"-odbiór dalekich stacji radiowych.
    Taka "nie przydatność" wynika ze wględów praktycznych, tj; możliwości technicznych i trudności zamocowania jej nad dachem domu prywatnego (lub nawet administracyjno-prawnych nad dachem bloku spółdzielczego), na odpowiednio stabilnym i "bezpiecznym", wysokim maszcie, oraz zapewnienia jej odpowiedniej sztywności i odporności na uszkodzenia w czasie silnych wiatrów).

    Stąd rezygnacja z części zysku energetycznego, np. do analogicznego, (jak w wyżej wspomnianej antenie 14Y-2.7-0.9), ale niższego o 2dB przedziału wartości np.; od 8.6dB do 10.2dB, byłaby wskazana na rzecz skrócenia długości maksymalnej takiej anteny poniżej 4.0-5.0 metrów.
    Zwłaszcza, że wzrost ilości elementów w antenach Yagi-Uda powoduje zawężanie ich pasma częstotliwości roboczych.
    Innymi słowy odpowiednio zaprojektowane zmniejszenie ilości direktorów i całkowitej długości poniżej 5metrów, dla anteny podobnej do 14Y-2.7-0.9, może korzystnie wpływać na polepszenie jej dopasowania i właściwości szerokopasmowych, ale bez drastycznego zmniejszenia jej zysku energetycznego.

    Warto pamiętać, że w zakresie długości fal radiowych o częstotliwościach od 87.5MHz do 108MHz, celem zwiększenia maksymalnego zysku energetycznego powyżej 9dB-10dB, bardziej korzystne ekonomicznie i uzasadnione technicznie, jest wykonywanie zestawów anten synfazowych, niźli dalsze wydłużanie i tak już długich anten.
    Układ synfazowy dwóch lub czterech anten typu Yagi-Uda, a właściwie "wysięgnikowo-przestrzenny" sposób ich mocowania do solidnego masztu antenowego, z zasady możliwia też wykonanie (np. z izolacynych drążków lub rurek i odciągów), dodatkowych rozpórek usztywniających cały zestaw anten (oraz wzmacniających mechanicznie same "nazbyt długie" anteny).

    Jest jeszcze inna możliwość wykonania amatorskiego 8-9 direktorowych (10-11 elementowych) anten UKF-FM na zakres 87.5-108MHz i o długości całkowitej nośnika ok. 5metrów
    W antenach wieloelementowych typu Yagi-Uda, projektowanych tradycynymi metodami z przed lat, największy wpływ na impedancję wejściową i WFS, miało rozstawienie, wzajemne odległości i długości reflektora oraz pięciu najbliższych direktorów.
    Ponieważ wzrost ilości direktorów w antenach 15, 20 i 28 elementowych typu Yagi-Uda, powoduje zawężanie się pasma częstotliwości roboczych, to takie anteny były odrazu projektowane z "uprzednio założoną" odpowiednio większą szerokopasmowością.
    Zmniejszenie ilości direktorów w (tak uprzednio zaprojektowanej) antenie o "bardziej" rozszerzonym paśmie, spowoduje oprócz spadku zysku energetycznego, również częściowe poszerzenie pasma częstotliwości roboczych, w których antena może poprawnie "pracować".
    Zmniejszenie ilości direktorów najbardziej oddalonych od elementu czynnego i najkrótszych w szeregu, nie powinno znacząco "spłaszczyć" (tj. zmniejszy stopnia nachylenia) charakterystyki zysku energetycznego w paśmie roboczych częstotliwości anteny.
    Innymi słowy, zysk energetyczny takiej skróconej anteny powinien nadal, odpowiednio wzrastać wraz ze wzrostem częstotliwości ponieważ;
    1.- w antenach odbiorczych tego typu długość direktorów (nawet tych nabliżej położonych od elementu czynnego; D1, D2, D3..jest obliczana dla częstotliwości górnej zakresu roboczego anteny,
    2. -a dalsze stopniowe skracanie direktorów, w miarę oddalania się od dipola pętlowego, wynika jedynie z konieczności zapewnienia odpowiednio sprawnego przekazywania energii na;
    - kolejne direktory, "coraz bliższe" dipolowi pętlowemu, -w czasie odbioru,
    - kolejne direktory "coraz dalsze" dipolowi pętlowemu, -w czasie nadawania
    Dla tego można do wykonania anteny 9-11 elementowej wykorzystać gotowe wymiary anten szerokopasmowych, o strukturze 15, 20 lub 28 elementowej, rezygnując z wykonywania w nich direktorów od D10 do D25, czyli powyżej ósmego, dziewiątego direktora, tak aby nie przekroczyć "uciążliwej" długości 5 metrów.
    W tablicy 7.2.1 w w poradniku Z. Bieńkowskiego- "Poradnik ultrakrótkofalowca", na stronie 852-853, takie anteny przydatne do przeróbki "przez częściowe skrócenie" to np.;
    - 14-elementowa 14Y2,7-0.9 WFS<1.3, fd:fg=0.9, F/B>23dB, 2 reflektory,
    - 20-elementowa 20Y4-0.91, WFS<1.3, fd:fg=0.91, F/B>24dB, 3 reflektory,
    - 28-elementowa 28Y7.3-0.9,WFS<1.5, fd:fg=0.9, F/B> 20dB, 2 reflektory.
    Oczywiście w dzisiejszych czasach mamy dodatkowo możliwość komputerowego zoptymalizowania parametrów tak "wybranej" i skróconej struktury antenowej, za pomocą odpowiednio doskonałego oprogramowania, (działającego z reguły na zasadzie algorytów ewolucyjnych, -zwanych też genetycznym).
    Tak, czy owak, nie zwalnia to profesjonalnych projektantów od sprawdzenia rzeczywistych parametrów gotowego prototypu anteny, przeznaczonego do produkcji seryjnej, przez wykonanie rzeczywistych pomiarów na poligonie pomiarowo-badaczym.
    Bowiem, ilość czynników mających wpływ na parametry elektryczne anteny typu Yagi-Uda, jest na tyle duża, że prawdopodobieństwo wystąpienia krytycznego błędu w założeniach obliczeniowy, niweczącego (rzeczywisty, zmierzony w warunkach poligonowych) efekt końcowy projektowania i optymalizacji komputerowej, jest bardzo duże.


    PÓŁFALOWE ELEMENTY PROMIENIUJĄCE
    Antena "Körner 17.5" posiada łącznie 17 elementów promieniujących wykonanych z rurek aluminiowych o średnicy zewnętrznej d=10mm.
    Warto zauważyć, że przy zamontowaniu tej anteny do pracy w polaryzacji poziomej, tak cienkie rurki będą zbyt mało sztywne w przypadku obciążenia ich przez siadające na nich ptaki.
    Natomiast antena z elementami promieniującymi wykonanymi z rurek aluminiowych o średnicy zewnętrznej d=10mm, zamontowana do pracy w polaryzacji pionowej, nie będzie już tak wrażliwa na uszkodzenia przez siadające na niej ptactwo.

    Całkowita długość anteny wynosi L= 5.08 metra.
    Nośnik anteny posiada w środkowej części dodatkowe wzmocnienie wzdłużne wykonane z równoległej rurki, aby uzyskać odpowiednią sztywność przy tak dużej długości anteny.
    Prawdopodobnie, (w zależności od sztywności nośnika głównego anteny) może wystąpić konieczność takiego zamocowania tej długiej anteny do masztu, aby czubek masztu (top, górny koniec) przewyższał ją przynajmniej o ok. 1.0-1.5metra, w celu wykonania dwóch odciągów górnych pomiędzy czubkiem masztu a nośnikiem głównym długiej anteny.
    Taka konieczność może wystąpić zarówno przy zamocowaniu anteny w polaryzacji poziomej do masztu jak i w polaryzacji pionowej na wysięgniku bocznym.
    Dla zamocowania anteny w polaryzacji pionowej na wysięgniku bocznym, przewyższenie masztu powinno wynosić nawet 2m, aby zmniejszyć wypadkową siłę oddziaływania odciągów górnych zginającą nośnik główny długiej anteny w kierunku poziomy, tj. do osi symetrii masztu.
    Zamiast odciągów górnych, można też zastosować, przy zamocowaniu anteny w polaryzacji poziomej do czubka masztu, dwa dolne, sztywne stężenia z rurek,zamocowane pomiędzy nośnikiem głównym anteny a częścią masztu poniżej anteny.


    Z pośród 17 elementów promieniujących można rozróżnić:
    - pięć elementów reflektora,
    - jeden element czynny-dipol pólfalowy pętlowy, (300 ohm) -(możliwe jest również zastosowanie dipola prostego-dzielonego-(75ohm),
    - jedenaście direktorów, (w tym; jeden, {a właściwie chyba dwa?} direktor(y) strojące element czynny, nie mające zasadniczo wpływu na zwiększenie zysku energetycznego anteny).

    Link;
    Obrazek nr.4.
    przedstawia geometrię rozstawienia elementów promieniujących tej anteny.

    Zasadniczo więc, jest to 11-elementowa antena typu Yagi-Uda zaprojektowana tak aby w zakresie jej pasma roboczego zysk energetyczny rósł wraz częstotliwością.
    Na zestawieniu wykresów
    link'
    WYKRESY
    widać, że maksimum zysku energetycznego antena "Körner 17.5" osiąga G=10.66dB dla częstotliwości f=102MHz a nie (jak należałoby się spodziewać) dla 107MHz-108MHz.
    (Uwaga. Wykresy zysku enegetycznego dla anteny Quadix odnoszą się do parametrów odbioru fali elektromagnetycznej o polaryzacji kołowej prawoskrętnej a dla pozostałych anten dla polaryzacji poziomej.)

    Nie wyszło to więc idealnie, jeśli chodzi o odpowiednie rozłożenie zysku energetycznego w całym zakresie częstotliwości roboczych anteny, bo zysk dla 108MHz wynosi G=9.21dB czyli prawie 1.5dB mniej niż zysk maksymalny.
    Najlepiej byłoby, gdyby wzrost zysku energetycznego, wraz ze wzrostem częstotoliwości równoważył straty sygnału antenowego w przewodzie antenowym i spadek napięcia indukowanego na zaciskach anteny.
    Można założyć, że dopuszczalne obniżenie zysku energetycznego anteny na częstotliwości 108MHz nie powinno być większe niż 0.5dB, od zysku maksymalnego w górnym zakresie częstotliwośći roboczych.

    Prawdopodobnie -komputerowe- przeprojektowanie tej anteny (związane z niewielkim skróceniem wszystkich direktorów), tak aby maksymalny zysk osiągała gdzieś pomiędzy 106Mhz a 108MHz mogłoby jeszcze polepszyć jej parametry elektryczne.
    Odpowiednio zaprojektowane anteny tego typu mogą mieć niemal poziome spłaszczenie krzywej zysku energetycznego w dolnym zakresie częstotliwości roboczych.
    Stąd, prawdopodobnie zysk energetyczny w zakresie najniższych częstotliwości tj. 87.5MHz-92.0MHz, nie uległby zmniejszeniu o wartość większą od dotychczasowej niż 1.0dB-0.5dB, po takim przeprojektowaniu.

    UWAGA
    Wszelkie modyfikacje takiej zaprojektowanej programem komputerowym anteny, dokonywane "na wyczucie", np. wspomniane skracanie direktorów, zmiana lub przeliczanie długości elementów promieniujących (tu;dla średnicy rurek innej niż d=10mm), "mija się z celem".
    Anteny tego typu często "mają" nierównomiernie zmieniające się długości kolejnych direktorów i odległości pomiędzy nimi.

    W przeciwieństwie do standardowo projektowanych, dawnych anten typu Yagu-Uda, w których długość direktorów malała "regularnie" wraz ze wrostem odległości od elementu czynnego, w niektórych antenach projektowanych komputerowo, długości kolejnych direktorów mogą; "raz" wzrastać a "raz" maleć.
    Te nieregularne (i nie logiczne z pozoru) zmiany długości, zapewniają odpowiednio korzystne parametry elektryczne takich anten, (m.in. mało zmieniające się w funkcji częstotliwości parametry impedancji, dopasowania i WFS) ale powodują konieczność ścisłego zachowania "reżimów" wymiarowych podczas wykonywania anten, (nawet z dokładnością do 1mm).
    Ogólny opis (w języku angielskim) komputerowej optymalizacji anten Yagi-Uda, dostępny w formacie PDF, z "Computational Sciences Division NASA Ames Research Center" można znaleźć pod poniższym linkiem;
    Link;
    Evolutionary Optimization of Yagi-Uda Antennas
    Właśnie takie "nie po kolei" zmieniające się kolejnych długości direktorów można zauważyć w tzw. antenach profesjonalnych, 5-, 7-, i 9-elementowych UKF-FM 87.5-108MHz, firmy Dipol.
    Wszelkie zmiany średnicy i długości elementów promieniujących, jak i ich wzajemnych odległości, dokonywane "na wyczucie" zamiast w procesie ponownej optymalizacji programem komputerowym, mogą prawdopodobnie całkowicie zepsuć efekt, który osiągnięto w pierwowzorze anteny zaprojektowanej z pomocą dobrego programu komputerowego.


    PODSTAWOWE PARAMETRY ELEKTRYCZNE ANTENY "Körner 17.5"
    88.000 MHz:
    Impedancja =267 - j2 ohm
    SWR =1.12
    Zysk =8.59 dBd
    F/B =26.42 dB

    90.000 MHz:
    Impedancja =301 + j2 ohm
    SWR =1.01
    Zysk =8.95 dBd
    F/B =29.33 dB

    92.000 MHz:
    Impedancja =325 - j8 ohm
    SWR =1.09
    Zysk =9.31 dBd
    F/B =30.05 dB

    94.000 MHz:
    Impedancja =330 - j23 ohm
    SWR =1.13
    Zysk =9.68 dBd
    F/B =29.94 dB

    96.000 MHz:
    Impedancja =322 - j25 ohm
    SWR =1.11
    Zysk =10.07 dBd
    F/B =30.99 dB

    98.000 MHz:
    Impedancja =319 - j15 ohm
    SWR =1.08
    Zysk =10.43 dBd
    F/B =33.78 dB

    100.000 MHz:
    Impedancja =323 - j17 ohm
    SWR =1.10
    Zysk =10.72 dBd
    F/B =33.71 dB

    102.000 MHz:
    Impedancja =293 - j20 ohm
    SWR =1.08
    Zysk =10.85 dBd
    F/B =30.36 dB

    104.000 MHz:
    Impedancja =286 + j45 ohm
    SWR =1.18
    Zysk =10.66 dBd
    F/B =32.32 dB

    106.000 MHz:
    Impedancja =333 - j35 ohm
    SWR =1.16
    Zysk =10.03 dBd
    F/B =36.34 dB

    108.000 MHz:
    Impedancja =293 - j56 ohm
    SWR =1.21
    Zysk =9.21 dBd
    F/B =24.15 dB

    ELEMENT CZYNNY
    Element czynny wykonany został w postaci dipola pólfalowego-pętlowego z rurki o średnicy zewnętrznej R=10mm.
    Ze wspomnianego już, zdjęcia anteny "Körner 17.5" z witryny (dxtuner.com) widać, że element czynny (zwany też wibratorem) wykonany jako dipol pętlowy-półfalowy ma stosunkowo mały rozstaw D pomiędzy osiami symetrii ramienia "dzielonego" i ramienia "nie-dzielonego" (nie rozciętego, -inaczej -"całego") .
    Na "oko" widać, że rozstaw D wynosi około 30-35mm, w odniesieniu do grubości rurek d=10mm.

    Ze wględu na stosunkowo małe rozstawienie dolnej i górnej części dipola półfalowego-pętlowego, dipol ten zamocowano na wieszchu nośnika, tak aby nośnik nie wchodził w przestrzeń pomiędzy nimi.
    Ramię "dzielone" dipola pętlowego wraz z puszką antenową osłaniającą zaciski wejściowe tego dipola znajdują się ponad ramieniem nie-dzielonym (całym) i ponad nośnikiem głównym anteny.
    Główną przyczyną takiego odmiennego (odwrotnego niż w typowych antenach Yagi-Uda) zamocowania dipola pętlowego do nośnika głównego jest jednak prawdopodobnie duży rozmiar typowych puszek antenowych osłaniających zaciski wejściowe dipola.
    Puszka wraz z nośnikiem głównym anteny, nie zmieściłaby się pomiędzy górnym (tu dzielonym) i dolnym (tu całym) ramieniem dipola pętlowego.
    Zamocowanie "standardowe" dipola, tj. z puszką antenową i nośnikiem głównym pomiędzy górnym i dolnym ramieniem tego dipola pętlowego spowodowałoby więc, wymuszone "koniecznością wymiarową" oddalenie ramion dipola w jego środkowej części.
    Mogłoby to zmienić parametry elektryczne dipola i całej anteny (m.in. impedancję wejściową i dopasowanie) i pewnie z tego względu zdecydowano się na takie nie typowe zamocowanie dipola pętlowego do nośnika głównego anteny.

    Na dipolu pętlowym widać też zamocowane cztery poprzeczki wykonane najprawdopodobniej z materiału izolacyjnego (dieelektryka) mocujące górne ramiona dipola do dolnego ramienia, co zapewne służy usztywnieniu dipola pętlowego.
    Ale równie dobrze mogą to być jednak, 2 lub 4 zwieracze wykonane z materiału przewodzącego, służące do rozszerzenia właściwości szerokopasmowych dipola pętlowego.


    W zestawieniu wymiarowym anteny "Körner 17.5", jakie podaje Brian Beezley dla elementu czynnego wystepują dwie wartości;
    a/2 = 775mm
    b/2 = 790mm
    Najprawdopodobniej mogą one oznaczać wymiary; a=1550mm dla dipola pętlowego 300ohm (krótszy) i b=1580mm dla dipola prostego 75ohm (dłuższy, bo bardziej smukły).
    Zbliżoną długość (ok. 1580mm, -zależnie od średnicy zastosowanej rurki i smukłości dipola), ma na przykład dipol pętlowy we wspomnianej antenie 14 elementowej typu 14Y2,7-0.9 z poradnika Z.Bieńkowskiego, wyliczony z podanego tam współczynnika 0.57 dla częstotliwości 108MHz.

    Jeśli długość dipola pętlowego wynosi b=1550mm to w zasadzie, zgodnie z wymiarowaniem technicznym, powinna być mierzona pomiędzy osiami symerii rurki na "skrajnych łukach" dipola pętlowego, (z rysunku jednoznacznie "tego nie widać").
    Może jednak się okazać, że odnosi się ona do odległości pomiędzy skrajnymi punktami zewnętrznych powieszchni rurek na "skrajnych łukach" dipola pętlowego, co daje różnicę wymiaru równą 10mm, (mogącą mieć wpływ na parametry dopasowania impedancji zacisków wejściowych anteny).

    Ponieważ sama długość dipola pętlowego jest "dość długa" jak na częstotliwość środkową zakresu UKF-FM 87.5-108MHz, czyli F=97,21MHz, to prawdopodobnie w celu pojemnościowego zkompensowania jej właściwości reaktancyjnych, w puszcze antenowej na zaciskach wejściowych anteny mogłobyć konieczne zastosowanie kondensatora kompensującego o nie znanej nam wartości.
    Takie, opisane w poradnikach antenowych, zastosowanie elementu czynnego o długości sporo większej (niż wynikałoby to z częstotliwości środkowej dla zakresu roboczego anteny typu Yagi Uda o poszerzonym paśmie częstotliwości roboczych), stosuje się czasem, właśnie dla poszerzenia użytecznego zakresu pasma roboczego anteny.

    Możliwe jednak, że w tym konkretnym wykonaniu anteny "Körner 17.5", zastosowanie kondensatora kompensującego, nie było konieczne?
    Bowiem zastosowanie dwóch direktorów silnie sprzężonych elektromagnetycznie (bo umieszczonych bardzo blisko elementu czynnego), z dipolem pętlowym w antenie "Körner 17.5", może być związane między innym z wymogiem odpowiedniego zestrojenia "za-długiego" elementu czynnego.
    W każdym razie, podobne zastosowanie "wydłużonego" dipola pętlowego, wraz z kompensacją pojemnościową w celu poszerzenia pasma roboczego anteny Yagi-Uda, opisuje w "Poradnik krótkofalarstwa" Z. Bieńkowski, str.869 wiersz 25 od góry;
    Cytat; "..Wibrator jest wydłużony poza rezonans (0.52-0.56l) i występująca reaktancja jest kompensowana dodatkową pojemnością 3.0-3.5pF..."

    DIREKTORY
    Długości poszczególnych direktorów, wykonanych z rurek lub prętów o średnicy zewnętrznej d=10mm, (numerowanych w kolejności oddalania się od dipola pólfalowego pętlowego) podane w milimetrach wynoszą odpowiednio;
    d1 = 1300mm
    d2 = 1316mm
    d3 = 1310mm
    d4 = 1260mm
    d5 = 1272mm
    d6 = 1252mm
    d7 = 1250mm
    d8 = 1240mm
    d9 = 1228mm
    d10 = 1250mm
    d11 = 1186mm

    ROZSTAW ELEMENTÓW
    Rozstaw poszczególnych elementów promieniujących podany jest jako odległości pomiędzy ich osiami symetrii a nie ich powieszchniami zewnętrznymi.

    Oś X układu współrzędnych, w którym (ogólnie) opisana jest na rysunkach geometria anteny "Körner 17.5" pokrywa się z nośnikiem głównym anteny.
    Oś Z układu współrzędnych jest na rysunku "pionowa" względem nośnika głównego anteny i "poziomej" osi X.
    Punkt zerowy układu współrzędnych (x, y, z), znajduje się na początku nośnika głównego anteny, w punkcie zamocowania reflektora r0 do nośnika głównego.

    Odległość wzdłuż osi X, od reflektora r0 (tj, tego zamocowanego, w tej samej płaszczyźnie, co reszta direktorów, czyli bezpośrednio na początku nośnika głównego anteny) do elementu czynnego (wibratora) wynosi dp=590mm

    Odległości poszczególnych direktorów, wzdłuż osi X, od reflektora r0 (Uwaga:-> "a nie" od dipola pętlowego), wynoszą kolejno;
    p1 = 660mm
    p2 = 760mm
    p3 = 1002mm
    p4 = 1306mm
    p5 = 1600mm
    p6 = 2010mm
    p7 = 2460mm
    p8 = 3052mm
    p9 = 3703mm
    p10 = 4352mm
    p11 = 5080mm

    Dość ciekawie zbudowany jest pięcioelementowy reflektor.
    Elementy reflektora występują w trzech różnych długościach, co mogłoby sugerować, że cały układ właściwości "rezonansowo-odbijających) reflektora może mieć dzięki temu bardziej równomierne tłumienie wsteczne dla wszystkich częstotliwości pasma roboczego anteny.
    Ale zróżnicowanie długości poszczególnych prętów reflektora może też wynikać z kompensacji właściwości reaktancyjno-pojemnościowych (zmienianych długością tych elementów reflektora) i dostrojenia fazy sygnału odbijanego, ponieważ poszczególne pręty reflektora położone są w różnym oddaleniu od elementu czynnego, czyli od dipola pętlowego.

    Na początku nośnika głównego anteny zamocowany jest element reflektora rO, (w tej samej płaszczyźnie co direktory, a jednocześnie w punkcie zerowym (0,0,0) układu współrzędnych XYZ).
    Długość tego elementu wynosi; r0 = 1980mm

    Dwa elementy reflektora r1 mają długość r1=1970mm.
    Reflektory r1 zamocowane są do nośnika porzecznego anteny w punktach układu wspórzędnych XYZ;
    +r1;(+40,0,+370),
    -r1;(+40.0.-370),

    Dwa elementy reflektora r2 mają długość r2=1900mm.
    Reflektory r2 zamocowane są do nośnika poprzecznego anteny w punktach układu wspórzędnych XYZ;
    +r2;(+70,0,+730),
    -r2;(+70,0,-730),
    r0 = 1980mm
    r1 = 1970mm
    z1 = 370mm
    x1 = 40mm
    r2 = 1900mm
    x2 = 90mm
    z2 = 730mm
    d = 10mm

    Uwaga.
    Ponieważ z wykształcenia nie jestem elektronikiem lecz technologiem drewna, moja "artystyczna wizja" projektowania anten nie jest za bardzo naukowo pewna.
    Bardzo prawdopodobne jest szalenie, że moje hobby teoretyczno-antenowe, badziej, w skutkach oddziaływania, przypomina struganie kołków na głowie, niźli "fachowe tematu rzeźbienie".
    Wiadomo bowiem, że zagmatwany opis techniczny, zbyt długi i mało fachowy, może zarówno u znawców tematu jak i u całkowitych dyletantów wywołać; spory, spory zamęt i spory ból głowy.

    NADZIEJA.
    "Bliskie w czasie", wprowadzenie powszechnej sieci naziemnego rozsyłu cyfrowego programów radiowych zlikwiduje masowy popyt na silne anteny UKF-FM 87.5-108MHz.
    Dla tego miejmy nadzieję, że znajdzie się w Polsce ktoś, (najlepiej społecznik lub altruista-radioamator) kto;
    - mając odpowiednią, najnowszą wiedzę z zakresu projektowania anten Yagi-Uda,
    - dostęp do odpowiednio doskonałego oprogramowania i wydajnego komputera,
    - lekceważąc (krytykowane przez autorytety moralne), powszechnie panoszące się we współczesnym świecie potrzeby handlowo-zarobkowe i upośledzające duchowość zachcianki materialne,
    zaprojektuje dobrą antenę UKF_FM 87.5-108MHz do otwartego i bezpłatnego wykorzystania przez amatorów dalekiego DX'owego odbioru.
    Może dokona tego jakiś zespół studentów, któregoś z politechnicznych wydziałów radiokomunikacji, w ramach tzw. "pracy magisterskiej", (notabene zamiarowanej do likwidacji w obecnie lansowanym z projekcie reformy wyższej edukacji)?
    Byłoby też ślicznie, gdyby takiej ofiary na rzecz radioamatorów dokonał, ktoś z Wojskowej Akademi Technicznej lubo Instytutu Telekomunikacji, Warszawskiej Fabryki Radarów.
    Na taką antenę bowiem czeka cała, niskobudżetowych "DX"siarzy -sympatyczna zgraja.
    PZDR, Jerzy Cieślański.
    NIECH SIĘ ŚWIĘCI, (WYNALEZIONY i WDROŻONY W USA), PIERWSZY MAJA. :D

    0
  • #12 27 Kwi 2007 00:22
    Driver-
    Poziom 38  

    Tak wszystko pięknie rozpływacie się nad antenami Yagi-Uda, a już grubo grubo ponad pół wieku temu wymyślono anteny logarytmiczno-periodyczne. Nie trzeba do nich optymalizacji komputerowej i zaawansowanych programów (wtedy ich przecież nie było). Antena o tych samych parametrach i o tej samej ilości elementów będzie o ponad połowę krótsza, nie ustępując zyskiem i tłumieniem F/B, zoptymalizowanej komputerowo antenie Yagi-Uda. W tak wąskim paśmie radiodyfuzji UKF (20 MHz) nie trzeba nawet stosować zmiennej średnicy elementów (chyba że ktoś by bardzo chciał) :). Obliczenie na kanały od 6-12 to to około pół godziny do godziny z kalkulatorem w ręku. Wykonanie dla sprytnego i średnio zaawansowanego w pracach ślusarskich wykonawcy, też nie stanowi problemu. Oczywiście nie są produkowane masowo, ale to tylko z tej przyczyny że są nieco droższe w wykonaniu od anten Yagi-Uda, wiec firmy trzęsące się nad każdym groszem nie zaprzątają sobie nimi głowy, a szkoda. Stąd ich mała popularność i zapominanie o ich wspaniałych możliwościach. Natomiast profesjonaliści w specjalnych zastosowaniach radiokomunikacyjnych, z powodzeniem je wykorzystują. Miałem możliwość zobaczenia na własne oczy krzyżowych (crosspol. H/V) anten LPDA pracujących od 6 do 450 MHz z dwoma kątami wierzchołkowymi (po prostu akurat w paśmie HF potrzebny był większy zysk). W większości przypadków, zwłaszcza przy węższych pasmach, anteny te można łączyć z elementami Yagi (dodatkowe direktory i reflektory), które dodatkowo zwiekszają zysk i tłumienie F/B, można też łączyć je nawet z dipolami petlowymi znacznie odbiegającymi czestotliwością pracy od pasma LPDA i robić inne cuda. Sam obliczyłem i wykonałem 5LPD+4Y na pasmo 144-146 MHz, antena ta nie ustępowała parametrami antenie Yagi w/g SP6LB na to samo pasmo, ale miała o ponad połowę mniejszą długość nośnika. Niestety lekkomyślnie wypożyczyłem ją koledze i już do mnie nie wróciła :(

    0
  • #13 29 Kwi 2007 19:51
    Jerzy Cieślański
    Poziom 19  

    Jest sporo prawdy w tym co napisał Driver, -co do anten logarytniczno-periodycznych i ich, w miarę dużej, zgodności parametrów z założeniami teoretycznymi .
    Ale nie wyklucza to oczywiście możliwości ich optymalizacji za pomocą odpowiedniego oprogramowania.
    Ze wględu na potrzebę uzyskania większego zysku energetycznego w górnym zakresie częstotliwości roboczych szerokopasmowej anteny odbiorczej; na ogół stosuje się kombinację Log-Yagi tj. -połączenie struktury anteny logarytmiczno periodycznej (z kilku pólfalowych dipoli czynnych) oraz struktury Yagi-Uda z elmentów pasywnych (direktorów).
    Przykład takiej anteny na zakres UKF_FM 87.5-109MHz to antena APS-13.
    Opis jej optymalizacji komputerowej można zobaczyć pod poniższym linkiem;
    Antenna Performance Specialties APS-13
    Driwer-, czy mógłbyś podać dokładny przepis do sposobu, według którego można by bez komputera, samym kalkulatorem, obliczyć i wykonać antenę logarytmiczno-periodyczną na zakres UKF-FM 87.5-108MHz?
    No i jakieś osobiste wskazówki, uwagi, na temat sposobu i niuansów samodzielnego wykonania takiej anteny.
    Mile widziany byłby praktyczny komentarz do takiego opisu, bo dla wielu amatorów opisy podręcznikowe są jednak za bardzo naukowe a stąd trudne do praktycznego wykorzystania.
    Może być link np, zdjęć stron literatury z opisem takiego obliczania.
    Napewno wiele osób chętnie by z tej metody skorzystało, no i niniejszy temat stałby się bardziej pouczająco-dokształcający.
    Prawdopodobnie zysk energetyczny takiej anteny, ograniczony maksymalnym wymiarem podłużny i ilością elementów, nie będzie jednak większy niż 9-10dBd (tj. w odniesieniu do dipola półfalowego).

    0