Richtantenne Yagi für UKW FM

      Richtantenne Yagi für UKW FM

      Anbei eine Yagiantenne 5 Elemente für Radio UKW

      Die Antenne ist recht einfach aufbaubar bei mittlerem handwerklichen Geschick.
      Sie entstand auf allgemeinem Wunsch eines Einzelnen.
      Etwas geflunkert, die Antenne dümpelt schon länger bei mir im Hinterkopf.
      Mehr oder minder ist es eine Weiterentwicklung dieser Antenne hier:
      dl2jas.com/antennen/ukwfm/yagi_ukw.html
      Sie hat ein Element mehr und somit auch etwa 2 dB Gewinn mehr.
      Allerdings ist sie etwas schmalbandiger als ihr Vorgänger, optimiert auf 98 MHz.

      Ich werde die Antenne demnächst bauen und hier die bebilderte Bauanleitung vorstellen.
      Der Boom, das Trägerrohr, wird 2 m Aluminiumvierkantrohr 15 mm sein, leicht erhältlich.
      Abgesehen vom Dipol sind die Elemente aus rundem Alurohr mit 8 mm Durchmesser.
      Die Besonderheit bei dieser Yagi, das Speiseelement ist ein Faltdipol 240/300 Ω.
      Man kann sie direkt an Bandleitung anschließen oder über Balun 1:4 an Koax 75 Ω.

      Bilder
      Im ersten Bild sieht man die Antenne ohne Boomrohr, die Simulation.
      Bei hori98 handelt es sich um ein horizontales Strahlungsdiagramm, Antenne horizontal.
      Deutsche Radiosender FM strahlen in aller Regel horizontal ab.
      Das Verhältnis vor/rück könnte besser sein.
      Wichtiger ist jedoch in der Praxis, daß es ein ausgeprägtes Minimum gibt, hier gut.
      Damit kann man unerwünschte Sender ausblenden.
      Bei Empfangsantennen ist das SWR, Stehwellenverhältnis, nicht so interessant.
      Hier ist das SWR besser 1,5 im Bereich 96 bis 104 MHz.
      Heißt im Klartext, in dem Bereich könnte man die Yagi auch als Sendeantenne nehmen.

      Andreas
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      Die Antenne wird konkreter!

      Gestern neue Simulation, jetzt an die Realität angepasst.
      Diesmal simulierte ich mit Boomrohr, der Einfluss ist aber bei der Konstruktion marginal.
      Beim speisenden Element, dem Schleifendipol, war ich am überlegen.
      Bezüglich Höhe ist der nicht mittig, hängt eigentlich zu tief.
      Beim Bau ist das vom Vorteil, auch der Dipol wird mit einem üblichen Elementhalter befestigt.
      Die Höhe des Schleifendipols beträgt 30 mm, Oberkante mit den anderen Elementen bündig.
      Das passt auch prima mit der Unterseite, wo das Antennenkabel angeschlossen wird.


      Bilder und Datei

      Die Datei, man entferne .txt am Ende, ist die Simulationsdatei für EZNEC.
      Man benötigt bei EZNEC mindestens die kleine Kaufversion, die Demo reicht nicht.

      Beim Bild elemente6.png sieht man, wie man den Simulator füttert.
      Das ist Sisyphusarbeit, man vertut sich da sehr schnell bei komplizierteren Antennenstrukturen.
      EZNEC hat einen design rule check, der viele Flüchtigkeitsfehler erkennt, warnt.
      Als ich noch jung und hübsch war, arbeitete ich mit MININEC.
      Da wurden Fehler nicht erkannt, lediglich syntax error gab es, musste man selbst suchen.

      Mit EZNEC ist die Eingabe viel besser, im Bild aufbau6.png sieht man, was man eingegeben hat.
      Ergänzt sind von mir die Maßangaben, zeichnete ich per Hand ein.
      Außen die Längenangaben in mm, wo welches Element auf dem Boom angeschraubt wird.
      Die Längenangaben beziehen sich auf Mitte, nicht auf Außenkante der Elemente.
      Der Speisepunkt, Dipol, ist der Nullpunkt, somit hat hinten der Reflektor eine negative Entfernung.
      Die weiteren Angaben in mm sind die jeweiligen Längen der Elemente, z.B. 1520 mm beim Reflektor.
      Alle Elemente werden mittig auf dem Boomrohr angeschraubt, dazu später mehr.

      Andreas

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      Dateien
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      Optimirungsversuch

      Ich arbeite mit zwei Antennenprogrammen.
      Hier die Darstellungen sind mit EZNEC, praktisch für jeden Antennentyp geeignet.
      Bei Yagis nehme ich noch gern YagiOptimizer, altes DOS-Programm.
      Das hat den Vorteil, daß man einstellbar Elemente variieren kann.
      Man gibt Grenzen ähnlich Bauteiletoleranzen vor und es wird automatisch variiert.

      Ich wollte noch was bei Gewinn und vor/rück in der Gegend 98 MHz herausholen.
      Siehe da, ich erhielt teilweise recht traumhafte Werte!
      Ganz großer Haken, der Speisepunkt wurde sehr niederohmig, hier unbrauchbar.
      Bei Hochgewinnyagis macht man das gern mal und passt entsprechend an.
      Nur soll es bei 240/300 Ω bleiben, z.B. 45 Ω sind nicht erstrebenswert.
      So verwarf ich die Simulationsergebnisse, es bleibt bei der Version im letzten Beitrag.
      Nebenbei, Antennenmaterial ist bestellt, kommt eventuell noch diese Woche.

      Andreas
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      Wie entwickle ich eine Antenne?

      Keine Sorge, Uni-Wissen gebe ich hier nicht wieder, ist eine einfache Beschreibung!
      Es gibt rechnerisch den isotropen Kugelstrahler, eigentlich nur ein Gedankenmodell.
      Der hat 0 dBi und strahlt rund nach allen Seiten wie ein Fußball oder runder Luftballon.

      An der eigentlichen Antenne, dem Strahler, kann man den Gewinn nicht verändern.
      Wohl kann man das Strahlungsverhalten beeinflussen, ihm eine Vorzugsrichtung geben.
      Ein prima Beispiel ist die Yagi, man trimmt sie auf Richtwirkung.

      Nehmen wir erst mal einen Dipol, Strahlungsdiagramm im ersten Bild.
      Sein Strahlungsdiagramm entspricht zwei Fußbällen, eine 8.
      Auf der x-Achse, beide Richtungen identisch, ist die Hauptempfangsrichtung.
      Drehe ich in y-Richtung, geht der Empfang zunehmend in Richtung 0.

      Luftballons kann man formen, drücken und abschnüren.
      So ähnlich funktioniert das auch beim Entwurf von Antennen!
      Man nehme sich den runden Luftballon und schüre ihn in der Mitte ab.
      So entsteht dann die 8, charakteristisch für Dipol und Verwandte.
      Was man an der Abschürstelle verliert, geht ja nicht wirklich verloren.
      Das Volumen macht sich in x-Richtung breit, sorgt für den Gewinn.
      Man merke sich, ein Dipol hat ca. 2,17 dB Gewinn gegenüber dem Kugelstrahler.
      Häufig wird bei Yagis der Gewinn in dBd angegeben, also gegenüber Dipol.
      Bei mir in den Diagrammen erscheint dBi, also bezogen auf Kugelstrahler.
      Steht im Diagramm z.B. 9,2 dBi, weiß man, es sind 7 dB gegenüber Dipol.

      Jetzt drücken wir mal auf die hintere Seite des eingeschnürten Luftballons!
      Das Hinterteil wird kleiner und die Luft geht nach vorn.
      Vorne habe ich somit mehr Gewinn und die Richtwirkung nimmt zu.
      Das sieht man im zweiten Bild, ich gönnte dem Dipol einen Reflektor.
      Der Gewinn wird besser, wenn ich auch noch einen Direktor vorsehe.

      Auf Polarisation von Antennen gehe ich (noch) nicht ein.
      Man merke sich nur, Sende- und Empfangsantenne sollten identische Polarisation haben.
      Fast alle deutschen Radiosender UKW FM strahlen horizontal ab.
      Autoantennen haben eine vertikale Polarisation, ganz weg ist der Empfang nicht.
      Er wird wesentlich schlechter, macht in der Praxis etwa 20 dB aus.
      Deswegen, nicht nur, ist auf der Autobahn der eingestellte Sender bald weg.

      Andreas
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      Anbei noch ein paar Diagramme!

      Es bleibt bei der derzeitigen Antennenversion, bei mir mit 6 gekennzeichnet.
      Somit gelten die Maßangaben, die im Bild aufbau6.png weiter oben zu sehen sind.
      Der Aufbau wird unkritisch, muss nicht exakt auf den Millimeter genau sein.
      Der Reflektor ist mit 1520 mm angegeben.
      Bekommt man z.B. im Baumarkt nur maximal 1500 mm, geht das auch.

      hori6-92a.png
      Bei 92 MHz, also weit unter der Designfrequenz, wird das Diagramm ungünstiger.
      Der Gewinn nimmt ab und vor/rück ebenfalls, nur noch knapp 4 dB.

      hori6-102a.png
      Gleiches Diagramm, nur jetzt für 102 MHz.
      Kleiner Überraschungseffekt, Gewinn wie bei 98 MHz, vor/rück wurde besser.

      swr300-6a.png
      Man sieht wieder das Stehwellenverhältnis, bezogen auf symmetrische 300 Ω.
      Es wurde gegenüber vorherigen Versionen etwas besser, auch der Bereich ist weiter.

      hori6-92-3da.png
      Das ist die dreidimensionale Version zum obigen Horizontaldiagramm 92 MHz.
      Da sieht man schön, was ich mit Einschnüren eines Luftballons meinte.

      Andreas
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      Christian, die Antenne wird unendlich hoch montiert!

      Üblicherweise erstellt man Antennendiagramme im Freiraum, hier gemacht.
      In der Realität geht das natürlich nicht, man kann nur ein paar Meter realisieren.
      Du hast mich auf eine Idee gebracht, ich kann auch über realer Erde simulieren.

      Wenn möglich, sollte man schon die Antenne aufs Dach setzen.
      Hat man keinen Mast, kommt sie knapp unter den First.
      Das geht natürlich nur, wenn da kein leitendes Material in der Gegend ist.

      Ich werde mal ein paar Höhen simulieren wie 2, 4 und 6 Meter.
      Irgendwann war mal ein Fußballereignis, da gab es günstig Fahnenmasten.
      So einer, Steckmast 6 Meter für 25 Euro, lächelt mich an, kaufte ich für Antennenzwecke.
      Auch baute ich schon mehrfach provisorische Masten mit einfachen Dachlatten.
      Hier sieht man so ein Beispiel, der Prügel, Hochgewinnyagi für 144 MHz, ist 8 m lang:
      dl2jas.com/antennen/yagi2m/IM003004.JPG
      Kommt man deutlich über 1 Lambda, hier 3 m, geht das langsam mit den Elevationsdiagrammen.
      Ich werde berichten!

      Andreas
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      Elevationsdiagramme bei bodennaher Antenne

      Christians Vermutung ist schon ganz richtig, da ändert sich was bei den Diagrammen!
      Bei EZNEC kann ich per Hand beliebige Bodentypen eingeben, ich nahm die Standardeinstellung.
      In den meisten Fällen passt die gut, entspricht etwa Mutter- oder Lehmboden üblicher Feuchte.
      Anders sieht es aus bei trockenem Sandboden in Brandenburg oder saurem Moor.
      Bei allen Diagrammen über Erde sieht man einen Gewinn, leider auch Elevation.
      Dieser Gewinn wird, nicht nur von Funkamateuren, gern ground gain genannt.
      Bei perfekter Erde ist der Gewinn auch vorhanden, jedoch ebenfalls mit Elevationswinkel.

      elev98-6-fsa.png
      Das Elevationsdiagramm zum Vergleich, bezieht sich auf Freiraum, also ohne Erde.

      elev98-6-2ma.png
      Hier befindet sich die Antenne 2 m über realem Boden.
      Gegenüber Freiraum ca. 4 dB mehr Gewinn, jedoch bei einem Winkel von 22 °.
      Manchmal ist so eine geringe Aufbauhöhe sinnvoll, wenn man an einem steilen Hang wohnt.

      elev98-6-4ma.png
      Bei der Aufbauhöhe 4 m sieht das mit dem Höhenwinkel von 11 ° schon wesentlich besser aus!
      Nebenbei, ich setzte den Cursor auf etwa 9,5 dB, um mit dem Freiraumdiagramm vergleichen zu können.
      An dem Punkt hat man bei identischem Gewinn jetzt nur noch 4° Elevation.
      Man beachte, die erste Nebenkeule, die schräg nach oben strahlt, taucht auf.
      4 m Aufbauhöhe lässt sich im Garten, z.B. mit zwei Dachlatten als Mast, gut bewerkstelligen.

      elev98-6-6ma.png
      Jetzt sind wir bei zwei Lambda Aufbauhöhe, also 6 m über Erde.
      Das Diagramm wird zunehmend zum Igel.
      Viel hat sich bei Gewinn nicht getan, in Hauptstrahlrichtung ist jetzt der Elevationswinkel bei 7,3 °.
      Aufbauhöhe 6 m ist ungefähr Montage unter Dach bei einem Einfamilienhaus.

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      8 m Aufbauhöhe kann ich ganz gut bei mir auf dem Balkon mit dem Alusteckmast realisieren.
      Auch ist das etwa die Höhe, wenn man beim Einfamilienhaus noch einen kürzeren Antennenmast hat.
      Beim Gewinn in der Hauptkeule hat sich gegenüber 6 m fast nichts getan, Elevation jetzt 5,5 °.

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      Nun 10 m über Grund, bringt kaum noch was, Hauptkeule jetzt bei 4,3 °.
      Aufbauhöhe 10 m dürfte interessant sein für ein kleineres Mehrfamilienhaus.

      Andreas
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