НА ГЛАВНУЮ - - адрес этой страницы -- http://ra6foo.qrz.ru/\sm5bsz-stacks.html -- -- НА ГЛАВНУЮ

Это свободный перевод статьи Лейфа Асбринка SM 5 BSZ - Practical Design of Very High Gain Yagi Arrays (July 16 1998) c сайта SM5BSZ
для Российского УКВ Портала Ссылки можно делать только на оригинал, перевод статьи предназначен только для помощи в чтении вами.
Рис. 1b, 4, 5, 6 в оригинале отсутствуют. Также нет в нем ссылок на обозначенную в тексте литературу. Перевод RA6FOO 03 05 2012 г.

ПРИМЕЧАНИЕ ПЕРЕВОДЧИКА
Наиболее важным в статье является метод оптимизации антенн в составе стека по наилучшим параметрам всего стека. Казалось бы, оптимизированная по заданным параметрам программно или вручную отдельная антенна должна дать и в составе стека наилучший для его расстояний результат, однако это не так и резерв для улучшения требуемых параметров еще есть. Как мне представляется, заключается он в следующем. Диаграммы и отдельной антенны и стека имеют многолепестковый характер. У отдельной антенны он зависитот количества элементов, у стека от расстояния между антеннами (множитель антенной решетки). В обоих случаях - чем больше, тем большее количество лепестков с провалами между ними. Оптимизация в составе стека антенны методом "грубой силы" с изменением даже количества элементов в ней (в NEC) дает возможность выбрать такое соотношение между максимумами лепестков и углами межу ними, которое дает наиболее благоприятное наложение максимумов диаграммы антенны на минимумы антенной решетки и наоборот при фиксированном расстоянии между антеннами. Сравнивая диаграммы отдельных антенн YU7EF и стеков из них могу предположить, что YU7EF для достижения наилучшего G/T пользуется этим методом.
( 2 мая 2006 года)

Практическая разработка стеков Яги с высоким коэффициентом усиления

SM5BSZ, Лейф Асбринк


1. ВВЕДЕНИЕ

В предыдущей статье был описан метод оптимизации "грубая сила". Это стратегия оптимизации, когда окончательный проект не зависит от начальных предположений. Если в исходном проекте слишком много пассивных элементов, они исчезают, совмещаются с другими элементами, а если исходном проекте с локальным оптимумом слишком мало элементов, увеличение усиления достигается при добавлении еще одного элемента где-то между другими.

В этой статье представлены таблицы различных оптимальных антенн Яги. Все эти антенны рассчитаны с диаметром элементов 10 мм, расчет на центральной частоте 144,1 МГц. Антенны с сопротивлением в точке питания 50 Ом и небольшими потерями в материалах. Они аналогичны "хорошим" антеннам в предыдущей статье. Результаты всех расчетов представлены с высокой точностью. Это не потому, что я считаю, что точность модели настолько высока, что, позволяет проводить сопоставления между подобными антеннами, всё рассчитывается таким же образом. Я уверен, что эти различия с точностью не ниже 0,1 дБ.

2. РАЗМЕРЫ ДЛЯ ОДИНОЧНЫХ ЯГИ

В таблице 1 приведены теоретические длины элементов, в таблице 2 позиции элементов антенн, все оптимизировано для использования в качестве одной антенны на 144 МГц. Эти антенны образуют ряд тесно связанных проектов, ранее я использовал версию 9 элементов, теперь использую версию 14 элементов. В стеке эти антенны должны быть на большем, чем обычно расстоянии, чтобы получить очень узкий главный лепесток. Позиции и длины элементов для модели 144.1MHz приведены к десятым долям миллиметра.


 
        N  Refl  Rad   D1   D2   D3   D4   D5   D6   D7   D8
         4 10217 9438 9472 9443
         5 10208 9249 9418 9317 9285
         6 10198 9169 9403 9305 9119 9188
         7 10189 9143 9409 9299 9083 8997 9120
         8 10181 9190 9437 9289 9070 8947 8914 9070
         9 10168 9325 9492 9274 9066 8928 8855 8853 9031
        10 10155 9451 9534 9262 9064 8919 8829 8787 8806 9000
        11 10145 9546 9559 9256 9061 8914 8814 8754 8733 8766
        12 10135 9623 9575 9254 9059 8910 8805 8734 8694 8688
        13 10127 9680 9585 9253 9057 8907 8798 8722 8671 8646
        14 10122 9724 9591 9253 9055 8903 8793 8712 8655 8619
        15 10117 9755 9595 9253 9053 8901 8788 8705 8644 8601
        16 10116 9774 9597 9253 9051 8898 8784 8699 8635 8587
        17 10114 9791 9598 9253 9049 8895 8780 8693 8627 8577
        18 10113 9804 9599 9253 9048 8892 8777 8689 8621 8568
        19 10113 9814 9599 9252 9046 8890 8774 8685 8616 8563
        20 10108 9827 9598 9251 9043 8887 8771 8681 8611 8556


         N  D9   D10  D11  D12  D13  D14  D15  D16  D17  D18
        11 8972
        12 8733 8948
        13 8650 8704 8927
        14 8604 8618 8678 8908
        15 8575 8569 8589 8655 8890
        16 8555 8538 8539 8564 8635 8874
        17 8540 8516 8506 8512 8542 8616 8859
        18 8529 8500 8482 8477 8488 8522 8599 8846
        19 8521 8487 8465 8453 8453 8466 8504 8584 8833
        20 8512 8477 8451 8434 8426 8429 8447 8487 8569 8822 
Таблица 1.Оптимальные одиночные Яги. Длина элемента в десятых долях миллиметра для диаметра элементов 10 мм, центральная частота 144,1 МГц


      N  Rad  D1   D2    D3    D4     D5     D6    D7    D8    D9   D10
      4 2039 2865 8237
      5 2697 3498 9236 16332
      6 3252 4114 9662 17481 25135
      7 3545 4679 10080 17985 26390 34352
      8 3656 5276 10576 18452 27006 35705 43867
      9 3766 6027 11328 19079 27657 36533 45412 53718
     10 4010 6642 12077 19716 28279 37219 46286 55294 63710
     11 4250 7047 12645 20229 28781 37750 46906 56111 65217 73722
     12 4473 7341 13077 20647 29194 38182 47388 56691 65997 75178 83758
     13 4671 7555 13386 20965 29518 38522 47760 57122 66532 75916 85157
     14 4823 7704 13597 21195 29760 38781 48043 57445 66918 76408 85852
     15 4945 7814 13743 21362 29943 38977 48265 57694 67210 76761 86314
     16 5014 7864 13800 21442 30040 39096 48401 57854 67394 76995 86613
     17 5080 7917 13862 21522 30139 39211 48530 58006 67572 77200 86862
     18 5130 7951 13896 21575 30206 39293 48627 58114 67703 77357 87046
     19 5159 7967 13905 21600 30254 39347 48702 58201 67807 77463 87186
     20 5236 8042 13993 21702 30366 39477 48836 58355 67968 77654 87390


      N  D11    D12    D13    D14    D15    D16    D17    D18
     13 93801
     14 95146 103842
     15 95809 105146 113888
     16 96210 105747 115119 123901
     17 96524 106168 115738 125141 133958
     18 96756 106460 116141 125737 135168 144014
     19 96930 106680 116417 126124 135746 145197 154072
     20 97157 106941 116725 126494 136222 145871 155346 164244 
Таблица 2. Позиции элементов в десятых долях миллиметра для проектов таблицы 1.


Параметры Яги показаны в таблице 3. Эти антенны работают на DX участке 2 метра, обеспечивая приемлемый КСВ между 144,0 и 144.4MHz. На частотах выше 144,8 усиление по-прежнему хорошее, но КСВ очень высок. На мачте установлен предусилитель и КСВ будет иметь незначительное влияние на усиление при приеме при условии отсутствия паразитного возбуждения предварительного усилителя. Если вы хотите иметь антенны и для спутниковой связи и диапазон работы ниже 144...144,4 МГц, считаю необходимым выбрать другой дизайн, эти антенны имеют слишком низкое сопротивление на этих частотах.

-------- Текст, добавленный в мае 2006 ---------
(Страницы, ссылки на которые ранее были в Antennspecialisten сайте.)

Помимо неизбежных потерь в связи с конечной проводимостью элемента материала могут быть дополнительные потери из-за коррозии и из-за вихревых токов в траверсе и других металлических предметах рядом с центрами элементов. Также могут быть потери в диэлектрических материалах, например небольшой кусок пластика на конце элемента может привести к серьезным потерям. Эти ссылки могут дать некоторое представление о размерах этой проблемы: Потери в элементах при 413 МГц. Потери в элементах на 144 МГц.
--------- Конец добавленного текста -----------


        
          NGF/B effic             VSWR/Gain loss (dB)
          (dBd)  (dB) (%)     144.0     144.1     144.3     144.5     144.8 
        4  7.74  7.3 99.0   1.13/0.00 1.04/0.00 1.21/0.01 1.49/0.02 2.00/0.05
        5  9.45  8.6 98.9   1.13/0.00 1.01/0.00 1.30/0.01 1.70/0.03 2.51/0.09
        6 10.70  9.7 98.8   1.15/0.00 1.01/0.00 1.37/0.01 1.88/0.04 3.02/0.14
        7 11.67 10.6 98.7   1.16/0.00 1.01/0.00 1.42/0.01 2.03/0.05 3.47/0.18
        8 12.47 11.3 98.6   1.17/0.01 1.01/0.00 1.45/0.01 2.12/0.05 3.77/0.19
        9 13.14 11.6 98.6   1.16/0.01 1.01/0.00 1.44/0.01 2.11/0.05 3.81/0.17
       10 13.72 11.9 98.7   1.16/0.01 1.01/0.00 1.43/0.01 2.09/0.04 3.82/0.15
       11 14.24 12.2 98.6   1.16/0.01 1.01/0.00 1.42/0.00 2.10/0.04 3.93/0.14
       12 14.70 12.5 98.6   1.16/0.01 1.01/0.00 1.43/0.00 2.13/0.04 4.11/0.14
       13 15.12 12.8 98.6   1.16/0.01 1.00/0.00 1.43/0.00 2.18/0.04 4.36/0.15
       14 15.50 13.2 98.6   1.17/0.01 1.00/0.00 1.45/0.00 2.24/0.04 4.65/0.17
       15 15.85 13.5 98.5   1.17/0.01 1.00/0.00 1.46/0.00 2.30/0.05 4.97/0.19
       16 16.17 13.9 98.5   1.18/0.02 1.00/0.00 1.48/0.00 2.38/0.05 5.31/0.22
       17 16.47 14.3 98.5   1.18/0.02 1.01/0.00 1.49/0.00 2.44/0.05 5.63/0.25
       18 16.74 14.7 98.5   1.19/0.02 1.01/0.00 1.50/0.00 2.51/0.06 5.96/0.29 
       19 17.00 15.0 98.4   1.19/0.02 1.01/0.00 1.52/0.00 2.57/0.07 6.26/0.33
       20 17.25 15.3 98.4   1.19/0.02 1.01/0.00 1.53/0.00 2.62/0.08 6.54/0.37 
Таблица 3.Параметры Яги, оптимизированной для использования в качестве одной антенны

3. ОТ ТЕОРИИ К РЕАЛЬНЫМ АНТЕННАМ.

С помощью метода, описанного в предыдущей статье, легко проектировать стеки из длинных Яги, которые имеют очень хорошие результаты в соответствии с компьютерным расчетом.

Расчетные параметры конструкции с 14 элементами приведены в таблице 4, а соответствующие размеры в таблице 5. При проектировании этого стека в параметры добавлены отклонения от 50 Ом, отношение F/B и омические потери в %. Все с небольшими величинами. Это антенны я использовал в качестве 4x14 кросс - Яги стек с очень хорошими результатами. Несколько ниже усиление по сравнению с таблицей 3, потому что чуть больше акцент на дополнительные параметры и F/B. У обычных высокодобротных конструкций почти вдвое больше элементов, необходимых для производства такого же усиления, 21,4 DBD.


    
      Freq.  Gain  Impedance   F/B   Effic. 
       MHz     dBd    Re  Im          dB %
      143.6   15.20   31  -6   20.4   99.0 
      143.7   15.24   33  -4   20.2   98.9
      143.8   15.29   35  -2   19.8   98.9
      143.9   15.32   39   0   19.3   98.8
      144.0   15.36   43   0   18.6   98.8
      144.1   15.39   49   1   17.9   98.7 
      144.2   15.41   56   0   17.1   98.6
      144.3   15.43   64  -4   16.3   98.5
      144.4   15.44   72 -12   15.5   98.3
      144.5   15.44   77 -26   14.7   98.2
      144.6   15.44   74 -43   13.9   98.0
Таблица 4. Расчетные усиление, сопротивление, отношение F/B и эффективность антенны 14 элементов с размерами в таблице 5.



      
        Position   Theory      Experiment
          mm      Length mm    Length mm
          0.0      1012.4      1005.5
        459.6       974.8       967.8
        716.5       960.4       953.4
       1260.4       929.8       922.8
       2015.4       906.9       899.9
       2879.2       891.0       884.0
       3751.7       881.2       874.1
       4677.7       869.2       862.2
       5653.0       856.9       849.9
       6641.5       851.8       844.8
       7602.0       856.4       849.4
       8445.7       866.8       859.8
       9456.1       848.6       841.5
      10293.3       883.2       876.2

Таблица 5. Антенна 14 элем. Дизайн частоте 144,1 МГц. Элементы диаметром 10 мм. Материал алюминий. Экспериментальные длины для элементов, центры которых расположены на 14 мм выше 50 мм траверсы, под прямым углом к ней. Если нет металла (траверсы) близко к элементам, они должны быть укорочены на 8 мм.

Эта антенна была скорректирована в соответствии с процедурой, описанной в (5), экспериментальные длины элементов приведены в таблице 5. Отметим, что экспериментальные длины элементов зависят от траверсы, сделанной из 50-мм трубы и расположенной на 14 мм ниже каждого элемента (воздушный зазор между траверсой и элементами 14 мм). При использовании непроводящей траверсы разница между теорией и экспериментом немного больше, около 15 мм на 144 MHz. Измерение согласования в зависимости от частоты показывает, что сопротивление экспериментальной антенны после процедуры настройки на частоте дизайна является очень близким к 50 Ом. Изменение уровня КСВ и боковых лепестков с частотой очень хорошо согласуются между теорией и экспериментом. Обратите внимание, что процедура согласования в (5) использует только диаграммы. Это наблюдение приводит к следующей полной методике расчета, которая также была проверена экспериментально:

a) Сделайте свою модель или возьмите из этой статьи или любого другого источника. Приведенный ниже предполагаемый дизайн имеет расчетный импеданс 50 Ом. Если вы выбираете другое сопротивление, необходимые изменения очевидны.

b) Сделайте экспериментальную антенну на непроводящем буме. Убедитесь в том, что она находится подальше от проводников. Используйте правильно спроектированный 1:1 балун для подключения кабеля к антенне. По моему опыту ферритовые балуны недостаточно хороши. Убедитесь, что балун имеет 50 Ом, КСВ должно быть очень близко к 1,00. Для этого измерьте затухание при передаче сигнала через балун, нагруженный на резистор 50 Ом, подключенный к измерителю уровня к одной из сторон резистора и другой, на рис 1. Затухание должно быть 30 дБ или более, независимо от того, какая сторона остается неподключенной. КСВ должен оставаться 1.00. Хороший балун легко сделать с помощью электрического 1/ 4? стакана, рис. 1b.

c) Выясните, на какой частоте зависимость сопротивления от частоты похожа на расчетную кривую графика и вычислите относительную погрешность частоты ?f = (f измер. - f расчетная)|f расчетная. Если разность этих частот достаточно мала, этот шаг завершен.

d) Измените длины всех элементов в равной доле = 1/3λ х ?f. Повторите пункты "c" и "d". 2 или 3 шага повторения должно быть достаточно. Если вы хотите иметь антенну с непроводящей траверсой, на этом можно закончить. e) Установите рефлектор и все директоры, за исключением одного ближайшего к вибратору, на отрезки длиной 0,1 длины волны такой же трубы, какую вы хотите использовать для траверсы и с точно таким же способом крепления, как для окончательного варианта антенны. Если элемент установлен через бум, внутренний и внешний диаметры отрезков должны быть одинаковыми для всех элементов. Если вы хотите использовать бум, который толще в центре, повторите шаги от "e" до "h" для всех различных размеров бума, по одному за раз.

f) Для проектирования шага "e" с металлическим бумом повторите шаги "c" и "d" , но регулируйте только элементы, которые крепятся на металлические отрезки, вибратор и 1 директор при этом не изменяйте. Когда частично смонтированная на металл антенна находится на нужной частоте, вы выяснили, какая именно коррекция необходима, чтобы сделать бум-коррекцию для способа монтажа элементов по вашему выбору.

g) Сделайте компенсацию длины 1 директора, полученную при шаге "f", и смонтируйте его и вибратор на куске бума такой длины, чтобы он выступал по меньшей мере 0,05 длины волны за пределы этих двух элементов. 1 директор конечно должен быть установлен точно так же, как и другие директоры, но вибратор может быть установлен иначе. Если директора и рефлектор установлены через бум, удобно смонтировать вибратор над бумом, например, на квадратном куске полипропилена толщиной 3 мм. Перемещение вибратора немного в сторону от прямой, соединяющей центральную точку других элементов не приводит к большому изменению свойств излучения антенн, особенно если вибратор рассчитан на высокое сопротивление, и, следовательно, низкие токи, как например модели в этой статье.

h) Отрегулируйте длину вибратора до КСВ = 1 на расчетной частоте. Вибратор иначе реагирует на бум, ему необходима другая коррекция.

i) Если вы не хотите, чтобы трубки бума выступали около 0,05 длины волны на концах, отрежьте кусок трубы бума так близко, как механически возможно перед последним директором. Если КСВ изменился, удлините последний директор так, чтобы КСВ вернулся на свое прежнее значение. На этом этапе проверьте КСВ на нескольких частотах. Если вы делаете кросс - Яги, вам потребуются некоторая дополнительная длина бума позади рефлектора для поддержки фидеров, которые в таком случае выводятся назад за рефлектор. В противном случае вы можете сократить длину бума также, как это сделано на переднем конце бума, и использовать те же поправки к рефлектору.




Рисунок 1. Проверка балуна. Сопротивление резистора должно соответствовать сопротивлению нагрузки балуна (такое, чтобы иметь КСВ = 1 для источника сигнала). Земляная тока кабеля между источником сигнала и балуном должна быть рядом с точками симметричного выхода балуна.

Измеритель уровня подключается сначала к верхнему концу резистора, а затем к нижнему концу, как это указано пунктирными стрелками. В обоих случаях должны быть получены очень низкие показания. Используйте очень короткие провода и избегайте паразитных емкостей. Если другой конец резистора соединить с землей, уровень сигнала должен вырасти приблизительно на 30 дБ.




Рис. 1а. Любой стакан - хороший балун на некоторой частоте, если он не содержит плохой диэлектрик, как например ПВХ. На этом рисунке ПВХ коаксиальный кабель покрывается тонкой трубкой, в которой внешний проводник кабеля соединен с этой трубкой на правой по рисунку (ближней к антенне) стороне. С другой стороны трубка подключена к внешнему рукаву. Не имеет значения, есть здесь связь между экраном кабеля и трубкой, тока по внешней стороне нет. Если кабель покрыт полиэтиленом, или, если пластиковая оболочка снимается с кабеля, внутренняя труба не нужна. Тогда гильза просто подключена к внешнему проводнику коаксиального кабеля на левой (по рисунку) стороне.

Гильза может быть сделана с распорками. Также можно сделать стакан из толстого коаксиального кабеля, в котором внутренний проводник пустой. Внутренний проводник может быть оставлен или удален. Как видно из антенны стороны, стакан это короткий, 1/4? кабель с внешним рукавом, как внешний проводник и экрана кабеля (или внутренней трубки), как внутреннего проводника. Ток не будет течь на внешней стороне рукава из-за высокого сопротивления четвертьволнового стакана.

Проблема в том, чтобы знать реальный коэффициент укорочения этого стакана. Каждый делает своё предположение об этом.Сделав стакан, а затем, измерив его рабочую частоту, при известной его длине легко вычислить К укор. и сделать новый стакан, который будет соответствовать нужной частоте. Небольшой зазор в стакане (низкое волновое сопротивление) приводит к узкой полосе рабочих частот.

Если используются очень короткие тефлоновые прокладки, скорость волны равна скорости света, но если диэлектрическая пена заполняет весь стакан (например, из вспененного диэлектрика кабеля) скорость волны близка к спецификации для данного кабеля. Частоту можно регулировать сжатием внешнего проводника. Сжатие на конце ближе к антенне снижает частоту. Сжатие на другом конце увеличивает частоту. (Это надо понимать, как увеличение C соответственно снижение L в цепи LC резонанса. C, где электрическое поле - ближе к антенне, и L, где магнитное - ближе к дну стакана).



Процедура, описанная выше, может показаться сложной и трудоемкой. Это не совсем так, этот процесс быстро сходится, и не требует много часов. Необходимостью этого процесса является то, что бум поправки, доступные в любительской литературе, весьма неточны и для оптимизации Яги, таких как те, что в этой статье, они не достаточно хороши. Например, как правило, не известна толщина стенки трубы бума, а также диаметр отверстия и диаметра элемента, которые влияют на величину коррекции элементов, установленных через отверстия в бум. Для того чтобы понять физическую причину бумкоррекции, принимают во внимание центральную часть элемента, проходящего через отверстие в бум. Главным фактором влияния бума является то, что он снижает индуктивность элемента внутри бума. Общая формула индуктивности - интеграл от квадрата магнитного поля. Токи внутри бума уменьшают этот интеграл, в крайнем случае, случае бума в виде сплошного стержня с отверстием в ней позволяет использовать только очень тонкий изолятор, вплоть до нуля. В последнем случае эффект бума такой же, как и для неизолированных элементов. Из этого аргумента должно быть ясно, что размер отверстия, а также толщина стенки имеют большое значение.

-------- Текст, добавленный в мае 2006 ---------
(Страницы, ссылки на которые ранее были в Antennspecialisten сайте.)

Практические процедуры, описанные выше, не так важны, как это было в 1998 году, когда эта статья была написана. Ниже приведены ссылки на некоторые более поздние сведения, которые могут быть использованы для оценки того, как бумкоррекцию применять, когда отдельные элементы крепятся через отверстия в трубе бум.
Общая дискуссия о бумкоррекции. BC , программы для бумкоррекции. Бумкоррекция в других источниках Предыдущие работы других. Экспериментальная установка для измерения бумкоррекции.
Подробнее об оценке бумкоррекции в полости для измерений.
------- Конец добавленного текста ---------

4. УСТРОЙСТВО СТЕКОВ ЯГИ.

Когда делают стек из антенн предназначенных для использования в качестве одиночных Яги, рассчитанное усиление, как правило, то, как показано для 9 и 14 элементов на рис 2. На рисунке показано усиление для стека из 4 антенн с одинаковым расстоянием в E и H плоскостях. Для 14 элементов прибавка усиления 6,15 дБ достигается при расстоянии 6,2 метра. При этом большое расстояние между антеннами в стеке делает главный лепесток очень узким и боковые лепестки очень большими и большинство или все любители предпочитают более короткие расстояния для уменьшения боковых лепестков.


Рисунок 2. Зависимость усиления и КСВ от расстояния в стеке из 4 антенн. Эти Яги оптимизированы по максимальному усилению и КСВ по отношению к номинальному сопротивлению 50 Ом для одиночной антенны. Цифры прироста усиления предполагают надлежащее соответствие с фактическим сопротивлением в точке питания (как должно быть всегда в случае, когда антенна имеет узкую полосу)


Для иллюстрации эффекта изменения расстояния в стеке на рис 3 показано общее количество энергии, излучаемой в прямом направлении до определенного угла в зависимости от этого угла. Для одной антенны 14 элементов - кривая А. Те же четыре антенны в стеках 6,5 и 4,5 метров показаны кривой B и C соответственно. Около 10% энергии излучается под углом выше 50 градусов независимо от расстояния в стеке. Стек с 6,5 х 6,5 метра влияет только на излучение в диапазоне от 0 до 12 градусов, выше 12 градусов широкий интервал стека излучает как одна антенна. Стек с 4,5 х 4,5 метра, очевидно, делает главный лепесток шире (примерно в пропорции на 6.5/4.5), но боковые лепестки исчезают, и даже части боковых лепестков одной антенны под углом 28 градусов немного ослабляются. Стек 4,5 метра дает прирост усиления всего 5,6 дБ. Хотя вполне обычный, такой выбор расстояния слабо использует возможности стека. Повторяя процесс оптимизации, на этот раз все 56 элементов стека 4,5 м из четырех Яги, получаем новый дизайн, оптимизированный для расстояний 4,5 х 4,5 метра. Эта повторная оптимизация дает немного более высокий коэффициент усиления, и это хорошо конечно, но важным преимуществом является то, что при реоптимизации улучшение усиления приходит только от снижения излучения в ложной доле боковых лепестков без каких-либо изменений в форме главного лепестка. В результате повторного оптимизированная антенна имеет только около 5% от мощности излучения выше 50 градусов или в два раза меньше.

Рисунок 3. Доля мощности, излучаемой в интервале углов V от 0 до 180 градусов от направления главного лепестка 14 элементной Яги. При V = 180 градусов, все направления входят и 100% получено для всех антенн. Традиционное определение G/T предполагает, что любое усиление в направлениях V меньше 30 градусов является безвредным, а при V> 30 градусов антенна начинает видеть источники шума.
A = Одиночная 14 элем. антенна. Оптимизированная как одиночная.
B = 4 х 14 элементов в стеке 6,5 х 6,5 метра. Оптимизированная как одиночная.
C = 4 х 14 элементов в стеке 4,5 х 4,5 метра. Оптимизированная как одиночная.
D = 4 х 14 элементов в стеке 4,5 х 4,5 метра. Оптимизированная для стека 4,5 х 4,5 метра.



Антенна, предназначенная для стека 4,5 х 4,5 метра, имеет более чистую диаграмму, чем предназначенная для использования в качестве одной антенны и больше подходит в качестве кандидата на окончательный продукт. Если вы планируете использовать одну антенну, небольшая потеря усиления в прямом направлении не является большой проблемой. Если вы хотите использовать много антенн в стеке, чистая диаграмма является чрезвычайно ценной и, кроме того, трудно использовать очень большие расстояния в стеке по механическим причинам, поэтому очень острый основной лепесток антенны, оптимизированной как одиночная, в любом случае невыгоден.

Для иллюстрации того, что можно получить в стеке из 4 Яги длиной около 5 волн, набор конструкций представлен в таблице 6 и 7, их эффективность в таблице 8.


 
        Dist Refl  Rad  D1   D2   D3   D4   D5   D6   D7
        1.5 10119 9543 9649 9100 8658 8506 8547 8455 8104
        2.0 10123 9760 9659 9323 9026 8611 8175 8104 8333
        2.5 10154 9841 9609 9310 9126 8979 8854 8755 8681
        3.0 10175 9895 9644 9346 9180 9059 8949 8834 8709
        3.5 10145 9872 9650 9328 9153 9019 8908 8807 8705
        4.0 10080 9816 9667 9289 9107 8972 8861 8755 8683
        4.5 10140 9819 9637 9293 9069 8910 8831 8760 8658
        5.0 10166 9788 9585 9289 9063 8885 8767 8690 8628
        5.5 10212 9713 9574 9267 9069 8873 8703 8620 8613
        6.0 10106 9684 9598 9231 9048 8886 8716 8592 8630
        6.5 10133 9694 9581 9235 9015 8873 8788 8716 8655
      
        Dist  D8  D9   D10  D11  D12
        1.5 7640 7635 8233 8819 8853
        2.0 8557 8719 8779 8713 8544
        2.5 8626 8578 8526 8470 8547
        3.0 8578 8448 8331 8225 8418
        3.5 8600 8497 8377 8274 8603
        4.0 8619 8515 8444 8569 8681
        4.5 8551 8534 8617 8708 8726
        5.0 8598 8617 8683 8635 8884
        5.5 8643 8705 8685 8570 9013
        6.0 8688 8655 8592 8760 8950
        6.5 8594 8571 8647 8775 8923

Таблица 6. Оптимальные 14 элементные Яги для стека. Теоретическая длина элемента в десятых долях миллиметра для диаметра элементов 10 мм и центральной частоты 144,1 МГц



        Dist Rad   D1   D2    D3    D4    D5    D6    D7    D8    D9   D10
        1.5 4610 6992 12169 20066 29581 38500 47353 56984 67276 77412 86385
        2.0 4710 7152 12486 19462 28097 38183 48711 58624 67509 75986 84847
        2.5 4786 7684 13768 21277 29424 37937 46745 55841 65209 74800 84534
        3.0 5029 7710 13464 20671 28617 36995 45773 54928 64374 74030 83768
        3.5 5104 7626 13114 20428 28525 37196 46132 55317 64717 74180 83862
        4.0 5400 7774 13085 20569 28997 37669 46903 56238 65482 75095 84867
        4.5 4889 7399 12867 20193 29026 38047 46968 56252 66054 75840 84871
        5.0 4789 7563 13331 20622 29228 38429 47829 57353 66906 76208 85208
        5.5 4915 7806 13564 21034 29284 38857 48535 58208 67684 76422 85808
        6.0 4827 7528 13071 20911 29457 38323 48452 58199 66956 76387 86216
        6.5 4683 7477 13235 20874 29977 39070 47905 57151 67001 76903 86028

        Dist  D8   D9    D10    D11   D12
        1.5 67276 77412 86385 94883 104069 
        2.0 67509 75986 84847 94168 103330
        2.5 65209 74800 84534 94302 103289
        3.0 64374 74030 83768 93612 102363
        3.5 64717 74180 83862 93603 102106
        4.0 65482 75095 84867 93827 102567
        4.5 66054 75840 84871 93812 102593 
        5.0 66906 76208 85208 94748 103167
        5.5 67687 76422 85808 95404 103778
        6.0 66956 76387 86216 94961 103657
        6.5 67001 76903 86028 95037 103789
Таблица 7. Позиции элементов в десятых долях миллиметра для проектов по таблице 6.



        Dist     G      F/B Effic.    G loss     Power 0 to x degrees (%)    Single ant  
        (m)    (dBd)     (dB)  (%)   145.1(dB)   x=10   x=20   x=30   x=50    Z (ohms)   G (dBd)
         -     15.50     13.2  98.6    0.36      37.9   77.0   80.8   90.0   50.0 +i0.1    15.50
        1.5    17.63     13.2  98.9    0.20      53.3   83.2   88.9   91.9   21.5,-i29.0   13.21
        2.0    18.33     14.7  98.8    0.16      59.5   86.6   90.5   92.9   24.3,-i18.5   14.12
        2.5    18.76     16.7  98.4    0.20      62.0   85.8   86.4   93.1   20.0,-i2.1    15.24
        3.0    19.38     24.8  98.4    0.18      69.0   92.5   92.8   96.5   33.6,+i1.4    15.06
        3.5    20.17     27.7  98.6    0.25      75.6   92.9   93.9   97.0   41.4,+i0.5    15.17
        4.0    20.79     25.0  98.7    0.33      77.5   89.3   91.9   96.0   43.1,+i1.1    15.33
        4.5    21.20     20.7  98.7    0.35      74.3   84.7   88.8   94.4   46.9,+i3.1    15.41
        5.0    21.44     17.2  98.7    0.33      67.8   80.8   85.7   92.3   48.9,+i3.5    15.44
        5.5    21.61     15.2  98.7    0.37      60.6   78.8   83.9   91.4   50.6,+i4.0    15.43
        6.0    21.67     14.0  98.7    0.40      52.8   77.1   82.4   90.6   52.2,+i3.0    15.44
        6.5    21.65     12.7  98.6    0.50      45.4   75.2   80.0   89.0   52.9,+i0.6    15.46

Таблица 8. Параметры стеков 4 x 14 элементов при разных расстояниях в стеке. Антенны таблицы 6 и 7 для стеков с расстояниями, для которых они предназначены. Первая строка предназначена для работы на одну антенну по моделям таблицы 1 и 2.

Если вы хотите антенну только для EME и вы живете в спокойном месте, как я, хорошая антенна будет 4 x 14 в стеке 5 х 5 или 5,5 х 5,5 метра. Если вы заинтересованы также в связях через отражения от ионосферы и следов метеоров, 4,5 метра будет лучшим выбором, потому что при 4,5 м 75% мощности, близкой к основному направлению, находится в пределах + / -10 градусов, в то время как потеря усиления только 0.47dB от максимума при 6 х 6 метров (только с 50% в пределах 10 градусов). Если вы живете в густонаселенном районе с большим количеством техногенных шумов и TVI оптимальным будет 3,5 х 3,5 метра, что дает 93% мощности в пределах + / - 20 градусов и усиление 20,17 DBD которое еще хороший показатель усиления и для EME. Обратите внимание, что антенна, предназначенная для использования в качестве одиночной антенны, на этом коротком расстоянии в стеке 3,5 х 3.5 м дает только 19.67dB с мощностью только 76% в пределах + / -20 градусов и потеря усиления исходит от нежелательного излучения боковых лепестков. Если возможности вашей станции ограничены QRM или TVI, реоптимизация для стека 3,5 х 3,5 метра дает близкие к максимуму 6 дБ прибавки в стеке!! Это должно стать напоминанием всем желающим получить чистый образец с Яги не предназначенными для этого.

Из сказанного выше должно быть ясно, что оптимальная антенна не обязательно та, что имеет максимальное усиление. G/T (усиление, деленное на шумовую температуру), как единственное число качества, стало популярным. Для 144MHz однако эта величина достаточно произвольна, поскольку зависит от предположения, что техногенный шум можно рассматривать как повышение температуры земли с 290 до 1000 градусов Кельвина или около того. Несмотря на то, что G/T тесно связан с G/(доля мощности излучения выше 30 градусов), я думаю, что правильный выбор антенны лучше всего сделать, рассматривая более одного показателя качества, по крайней мере для 144MHz. Интегрированное излучение в прямом направлении выше фиксированного угла легко вычисляется, и лучше рассматривать эти цифры в совокупности с усилением и омическими потерями.

Найти правильные поправки на систематические ошибки, и на влияние бума на близко расположенные конфигурации стеков возможно. Один из способов заключается в оценке всех поправок на модель, оптимизированную в качестве одиночной антенны, а затем, используя те же корректировки, антенны, предназначенные для стека. Другой альтернативой является использование конденсаторов и резисторов последовательно или параллельно, чтобы изменить сопротивление одной антенны на 50 Ом, тогда поправки могут быть оценены как указано выше. (Для 14 элементов в стеке 3,5 на 3,5 м, подключение 2 x 4.7 резистора последовательно с антенной, по одному на каждой стороне). Сетевой анализатор, который дает сопротивление непосредственно, конечно, будет лучше для этого.

5. некоторые другие варианты оптимизаций.



До сих пор были представлены результаты для максимального усиления с определенным количеством элементов, с требованием в 50 Ом в точке питания. Если первый директор удалить, сопротивление в точке питания заметно уменьшится, но усиление уменьшится незначительно, так что такие проекты увеличивают усиление на каждый элемент и несколько уменьшают усиление на единицу длины бума. Вставка нескольких элементов на той же длине бума после повторной оптимизации дает очень небольшое увеличение усиления (порядка 0.01дБ). Лишние элементы между директорами в процессе оптимизации будут удаляться (прим.: только в NEC). Конечно, я не пробовал все возможности, но от всех начальных конструкций с бОльшим количеством элементов я пришел в конечном итоге в конструкции выше.

При систематическом изучении усиления симметричных массивов 4 Яги, оптимизированных для различных расстояний в стеке получено много данных, которые опубликованы здесь. Результаты этих антенн приведены в таблице 9, рис 4.

При расчете зависимости коэффициента усиления от расстояния в стеке для симметричного массива из 16 небольших Яги можно найти максимум при расстоянии 3,7 или 3,8 метра. Этот максимум порождает тот же фактор, который образует диаграмму направленности стека из изотропных излучателей. Оптимизация антенн для использования в антенной решетке из 16 Яги для стека с расстояниями максимума усиления дает результаты, показанные в таблице 10 и рис 5. Для бОльших конструкций максимум исчезает, и эти антенны оптимизируются для расстояния 3,8 метра. Существует второй максимум, наступающий при расстоянии 5,7 х 5,7 метра, но у антенны, пригодной для стекирования на таком большом расстоянии слишком много элементов, чтобы быть практичной для ее изучения моими вычислительными ресурсами.

6. Влияние металла вблизи антенны.

Для одиночной Яги нет необходимости иметь в конструкции металл в таком положении относительно антенны, когда он будет взаимодействовать с электрическим полем антенны. Все металлические части вблизи плоскости симметрии антенны (плоскость, которая режет каждый элемент на две равные части) являются безопасными с точки зрения электрического поля симметричной антенны. Конечно, трубы или металлические листы в пределах или вблизи плоскости симметрии будут по-прежнему влиять на длину элементов также, как траверса, если они расположены в непосредственной близости от элементов, но это можно легко избежать.

Для стека из 4 горизонтальных Яги центральная горизонтальная часть обычного металлического Н-образного фрейма далека при нормальном расстоянии и влияние также невелико. Для больших массивов горизонтальных Яги, как правило, используется длинные горизонтальные металлические конструкции. Они расположены на половине расстояния между антеннами, и они могут незначительно влиять на усиление. Я пытался имитировать эффект этого окружающего антенны металла, необходимого для стека в большой структуре 4 х 4 м (как горизонтальные и вертикальные части - они взаимодействуют), влияние на усиление зависит от позиционирования Яги вдоль бума, и результаты этого моделирования приведены на рис 6.(прим. переводчика: рис. 6 в оригинале отсутствует). Увеличение в модели расстояний в стеке не меняет общей картины, поэтому она не связана с любым острым резонансом длинных труб. Это не просто рассуждения, это моделирование дает реалистичную оценку того, что можно ожидать в реальности. Было бы интересно посмотреть, как влияние окружения рассчитывается различными компьютерными программами. В любом случае кажется достаточно безопасным использование металлических конструкций обычным способом и для стеков из оптимизированных горизонтально поляризованных Яги.

Кросс-Яги, конечно, сложнее. В моей конструкции бумы из алюминия, но структура поддержки ближе 0,8 м до антенн сделана из пластиковых труб (со стекловолокном), а фидеры от антенн отведены далеко позади рефлекторов. Однако модельные расчеты показывают, что металлические трубы прямо через антенны практически безвредны, если правильно выбрана точка, где труба проходит через антенну. Расчет предполагает, что бум непроводящий, но замена на проводящий бум не вызывает никаких существенных различий. Я не уверен, что эта модель расчета на самом деле показывает истинное влияние металла в сильном электрическом поле вблизи антенны. Напротив, мой опыт с измерением дальнего поля при перемещении длинной трубы в положения, соответствующие модельным расчетам заставили меня выбрать конструкцию из стеклопластиковой трубы.

НА ГЛАВНУЮ
              HitMeter.ru - счетчик посетителей сайта, бесплатная статистика