Dar prieš pradėdamas rinktis antenos prototipą, buvau praleidęs kelis šimtus valandų prie kompiuterio - modeliavau įvairias UTB antenas. Tam naudojau Brian Beezley (K6STI) puikią programą YO (Yagi Optimizer), sukurtą dar 1989 metais.
Su šia programa buvau "išbandęs" beveik visas radijo mėgėjams žinomas Yagi tipo UTB antenas - F9FT, K1FO, DL6WU, DJ9BV, SP6LB ir t.t., taip pat antenas, aprašytas žinomose K.Rothamelio ir Špindlerio antenų knygose.
Be didelių abejonių prototipu pasirinkau DL6WU 9el. YAGI iš žinomos K.Rothamelio knygos. Nuo šios antenos "atsipjoviau" 150 cm gabalą. Reflektorių ir trečiąjį direktorių "pritvirtinau" per 1 cm nuo vamzdelio galų. Tada prasidėjo didysis elementų "karpymas" ir "stumdymas"
Galutiniai antenos išmatavimai atspindi kompromisą tarp daugelio viena kitai prieštaraujančių sąlygų. Galima būtų laimėti 0.5 - 0.8 decibelo stiprinimo, bet stipriai pablogėtų santykis "pirmyn-atgal", susiaurėtų dažnių juosta, kurioje SBK yra dar priimtinas. Galima labiau pagerinti SBK, bet tada sumažėtų stiprinimas. Galima pagerinti santykį "pirmyn-atgal", bet sumažės stiprinimas ir susiaurės dažnių juostaPer tuos keletą metų šio tipo antenos buvo gaminamos kelis kartus - skirtingi egzemplioriai šiek tiek skyrėsi - dėl medžiagų pasikeitimo, dėl žioplų klaidų (reflektorius nuo vamzdelio galo buvo pritvirtintas ne per 10 mm, o per 10 cm, hi), bet tai beveik neatsiliepė antenos praktiniams parametrams. Įvedus į kompiuterį tuos "žioplus" duomenis, pasirodė, kad ši antena yra pakankamai "tolerantiška" žiopliams
Nederintos antenos SBK matavimo rezultatai:
viena antena visame 144 -146MHz diapazone - geriau kaip 1.3 (50 omu traktas);
dviejų antenų sistema su prijungtu 20 m ilgio vidutinės kokybės kabeliu - geriau kaip 1.2 (50 om) visame diapazone.
Antenos parametrai (skaičiuoti):
| Dažnis, MHz | Stiprinimas, dBd | Stiprinimas, dBi | Santykis pirmyn/atgal, dB | Impedansas , omai | s.b.k |
| 144 | 8.06 | 10.21 | 19.51 | 41.5 - j11.7 | 1.19 |
| 145 | 8.2 | 10.35 | 21.62 | 41.4 - j 4.8 | 1.01 |
| 146 | 8.3 | 10.45 | 22.52 | 44 + j 3.2 | 1.21 |
Pastaba. Impedansas skaičiuotas antenai su paprastu dipoliu aktyvinio elemento vietoje. Praktinėje konstrukcijoje naudojamas "T" tipo priderinimas prie 50 omu kabelio ir simetrinimo kilpa (ilgis - 68 cm).
Radijo mėgėjai dažnai klausia, ar galima pasitikėti kompiuterinėmis antenų modeliavimo programomis. Specialistų tvirtinimu, geresniųjų modeliavimo programų skaičiavimo paklaidos neviršija tų, kurios gaunamos eksperimentinių matavimų metu pačiuose geriausiuose antenų eksperimentinio tyrimo poligonuose. Bet tam, kad tuos teisingus skaičiavimo rezultatus gauti, reikia teisingai suvesti realios antenos duomenis - įvertinti antenos tvirtinimo elementus, stiebą, atotampas. Galima pasakyti viena - norint gauti patikimus rezultatus, neužtenka turėti pačias geriausias programas ir kompiuterį, reikia dar ir patyrimo. O patyrimas atsiranda darant klaidas, t.y. dirbant
Lietuvoje jau beveik 10 metų naudojamos K6STI sukurtos programos YO ir MN, dirbančios DOS aplinkoje. Jos puikiai dirba visuose kompiuteriuose - pradedant PC-XT be koprocesoriaus, baigiant naujausiais Pentiumais. Šios senosios programos kai kuriais atvejais truputi "nuplaukia į šoną", bet praktiniams reikalams tai nekenkia.
Net jei tų programų absoliutus tikslumas būtų nepatenkinamas - radijo mėgėjui pakanka santykinio tikslumo - jam svarbiausia yra išsiaiškinti "kas nuo ko priklauso". Po to būna žymiai lengviau pakoreguoti pasigamintos antenos parametrus. Modeliavimo programos sutaupo labai daug laiko, antenoms modeliuoti nereikia jokių medžiagų, įrankių. Antenos elemntų "stumdymas" kompiuteryje yra labai greitas, o rezultatams neturi įtakos aplinkos daiktai.
Pastaruoju metu pasirodė naujų, įvairių autorių sukurtų antenų modeliavimo programų Windows aplinkai. Jų apžvalga galėtų būti tema atskiram straipsneliui Bet skaičiavimų įvairiomis programomis rezultatai skiriasi nedaug, arba tie skirtumai - neesminiai. Juk radijo mėgėjui nėra labai svarbu, ar diapazono pakraštyje santykis "pirmyn - atgal" bus 17 dB, ar 24 dB, ar antenos varža bus 45 ar 55 omai - tai galima sukoreguoti derinimo metu. Net ir nederinant, minėtu atveju SBK bus mažesnis, nei radijo mėgėjų naudojamų matavimo prietaisų paklaidos
Antenos konstrukcija - klasikinė, aliuminio vielos elementai standžiai prakišami per skylutes, išgręžtas "boome". Reikia imtis priemonių, kad prakištas elementas turėtų gerą elektrinį kontaktą su "boomu", neklibėtų. Kad elementas neišsiklibintų vėliau, jį reikia įtvirtinti. Tam yra daug būdų, paprasčiausias ir pigiausias - standžiai apvynioti siūlu ar plona vielute elementą prie pat "boomo", ir aptepti tą vietą kokiais nors klijais - "Moment", epoksidiniais, ar pan. Nepaprastai svarbu apsaugoti kokaksialų kabelį nuo drėgmės - ypač, kad drėgmė nepatektų tarp kabelio izoliacijos ir varinės apnaros-ekrano. Vienas patikimiausių, laiko patikrintų, būdų - aptepti plastilinu. Žinoma, aptepti reikia taip, kad plastilinas nešuntuotų signalo kelio - nebūtų ištisinio plastilininio "takelio" tarp kabelio centrinės gyslos ir jo ekrano.
Viena iš svarbiausių antenos charakteristikų - jos spinduliavimo kryptinės diagramos. Kuo siauresnė spinduliavimo diagrama, tuo didesnis jos stiprinimo koeficientas. Prie pagrindinio diagramos lapelio esantys šoniniai lapeliai turi būti bent 10 - 15 dB mažesni už pagrindinį, užpakalinis lapelis - bent 16 - 20 dB mažesnės už pagrindinį.
Čia pavaizduotos antenos spinduliavimo diagramos jos elementų plokštumoje , t.y. horizontalios poliarizacijos antenai - horizontalioje plokštumoje, vertikalios poliarizacijos antenai - vertikalioje plokštumoje, trims dažniams.
Viršutinė skaičių eilutė - dažnis, antroji - antenos stiprinimas izotropinio spiduolio atžvilgiu, trečioji - santykis "pirmyn-atgal", ketvirtoji eilutė - antenos kompleksinė varža (aktyvinė ir reaktyvinė dedamosios), penktoji - S.B.K. tuo atveju, kai antena suderinta minimaliam S.B.K. diapazono viduryje.
Detalesnė spinduliavimo diagrama, elementų plokštumoje, viduriniam diapazono dažniui.
Detalesnė spinduliavimo diagrama plokštumoje, statmenoje elementų plokštumai, viduriniam diapazono dažniui.
Tokias elementarias antenas galima jungti į grupes po 2, 3, 4, 6, 8 ir t.t.
Kiekviena antena aplink save turi tam tikra "savą" erdvės sritį, iš kurios "iščiulpia" elektromagnetinių bangų energiją. Ta ervės sritis neturi ryškaus kontūro - negalima sakyti, kad: "štai iš čia energija paimama 100%, o iš čia (gretimos srities) - 0%". Todėl nėra griežtai nustatytų kriterijų parenkant atstumą tarp gretimų antenų. Kuo viena antena toliau nuo kitos - tuo daugiau signalo (stiprinimo) galima tikėtis gauti iš antenų sistemos. Bet, pradedant tam tikra riba, stiprinimo prieaugis jau nebeatperka padidėjusių antenų sistemos gabaritų, be to, pernelyg susiaurėja kryptinės diagramos pagrindinis lapelis ir padidėja kitų lapelių dydis. Optimalų atstumą galima apskaičiuoti žinant atskirų antenų kryptinės diagramos pločius, arba žinant jų stiprinimo koeficientą. Bet tai - ne šio straipsnelio tema.
Optimalus atstumas tarp dviejų antenų, aprašytų šiame straipsnelyje - 150 cm. Jis nėra kritiškas, parametrai nežymiai keisis į vieną, ar kitą pusę, kai atstumas kis 130 - 180 cm ribose.
Kiekvieną kartą padvigubinus sistemos antenų skaičių, galima tikėtis stiprinimo padidėjimo iki 3 dB (du kartai pagal galingumą). Praktiškai pasiekiama apie 2.7db, bet sujungiant nedideles antenas, turinčias stipriau išreikštus šoninius lapelius, kartais išlošiama ir daugiau nei 3 dB. Žinoma, tai labiau būdinga pirmųjų dviejų antenų jungimui, mažiau - prijungiant trečiąją, ketvirtąją, ir t.t.
Žemiau pavaizduotas dviejų tokiu antenų prijungimas prie 50 omų kabelio. Simetrinimo kilpos nepažymėtos. Atkreipkite dėmesį, kad centrinės kabelių gyslos turi būti jungiamos prie tų pačių pusių abiejose antenose !!! T.y., kai antenos yra vertikalios poliarizacijos, abiejų kabelių centrinės gyslos jungiamos prie viršutinių maitinančiųjų strypelių. Arba - prie apatinių, bet vienodai abiejoms antenoms!
"Dviejų aukštų" antenų sistemos (atstumas tarp antenų - 150 cm) spiduliavimo diagrama plokštumoje, statmenoje elementams, t.y. horizontalios poliarizacijos antenai - vertikalioje plokštumoje, vertikalios poliarizacijos antenai - horizontalioje plokštumoje:
Matome, kad, lyginant su viena antena, stiprinimo koeficientas padidėjo 3dB, o spinduliavimo diagrama šioje plokštumoje susiaurėjo dvigubai.
"Dviejų aukštų" antenų sistemos (atstumas tarp antenų - 150 cm) spiduliavimo diagrama plokštumoje, t.y. horizontalios poliarizacijos antenai - horizontalioje plokštumoje, vertikalios poliarizacijos antenai - vertikalioje plokštumoje:
Kaip ir reikėjo laukti, ji nesiskiria nuo vienos antenos diagramos toje pat plokštumoje.
Viena tokia antena sveria vos keleta šimtų gramų, jos pasipriešinimas vėjui taip pat nedidelis. Dviejų tokių antenų stiprinimas nenusileidžia 9 - 10 elementų, 4 - 5 metrų ilgio "single yagi" antenai, bet jų spinduliavimo diagrama yra "suspausta" vertikalioje plokštumoje (horizontalios poliarizacijos atveju), o horizontalioje plokštumoje yra plati. Tai reiškia, kad tokią anteną galima mažiau sukinėti, o šaukimą "CQ" išgirs daugiau korespondentų.
Dvi mažas antenas lengviau naudoti esant ribotai erdvei - ant stogo, ar tarp medžių. Dvi mažos antenos turi nepalyginami mažesnę inerciją, joms pasukti ir išlaikyti toje padėtyje pakanka daug mažesnio pajėgumo sukimo mechanizmo.
73, Vytas LY2PU
Papildymai:
1. Atstumas "x x" - nekritiškas. Maždaug 20-30 mm - kad būtų patogu prijungti kabelį ir kilpą.
2. Atstumas tarp vibratoriaus ir maitinančių vamzdelių - 25 mm, matuojant atstumą tarp vamzdelių centrų. Jei matuoti tarpą tarp vamzdelių - 19 mm (gali būti ir 20 mm). Šis atstumas gaunamas sudėjus "boomo" diametrą ir izoliacinių plokštelių storį: 1.5 +1.5 +16 = 19 mm, todėl brėžinyje nebuvo pažymėtas.
3. Padidinus atstumą tarp dviejų antenų iki 2m (tnx Dariui LY3DA už tyrinėjimus!), niekas neblogėja, o stiprinimas net pagerėja . Taip tvirtina bent kelios antenu modeliavimo programos. Todel norintieji išpešti maksimumą iš dviejų tokių antenų gali drąsiai padidinti atstumą tarp antenų iki 2m. Jei, esant tokiam atstumui, pritrūktų 75 omų kabeliukų ilgio, galima tų kabeliukų ilgį daryti ne 3/4, o 5/4 bangos ilgio, t.y. 170 cm (3x34cm=102cm, o 5x34cm=170cm).
Dar kartą visiems primenu, kad ketvirtis bangos 2 m diapazone yra 34 cm tik kabeliuose su ištisine polietilenine vidine izoliacija. Kitų kabelių, ypač tų su balta "burbuliuota" izoliacija, bangos sutrumpėjimo koeficientą geriausia pasimatuoti praktiškai.