Izdelava DIY Yagi-Uda Antene za VHF/UHF frekvenčno področje

Pozdravljeni bralci foruma,
Pred kratkim sem dokončal domačo izdelavo Yagice za UHF frekvenčno območje.
Ker sem nad produktom zelo zadovoljen, sem se odločil, da z vami delim načrte in finte, kateri naredijo postopek zelo hiter in enostaven.

Kaj sploh je Yagi antena? (Def) Yagi-Uda antena ali preprosto Yagi antena je usmerjena antena, sestavljena iz dveh ali več vzporednih resonančnih antenskih elementov. Ti elementi so najpogosteje kovinske palice, ki delujejo kot polvalovni dipoli. Antene Yagi–Uda so sestavljene iz enega sevalca, ki je povezan z radijskim oddajnikom in/ali sprejemnikom preko prenosnega voda (Coax), in dodatnih "pasivnih sevalnikov" brez električne povezave, ki običajno vključujejo en tako imenovani reflektor in poljubno število usmerjevalcev. Elementi so tako ali drugače namontirani na boom.
Torej, če odmislimo samo definicijo antene, kaj nam ta sploh ponuja? Hja odgovor je zelo preprost. Usmerjenost in zelo veliko ojačanje (gain). Medtem ko bo usmerjenost poskrbela, da boste lahko močno znižali ali pa skoraj povsem odstranili nezaželene signale ali motnje iz drugih smeri, pa bo sam dobitek antene močno izboljšal sprejemanje in oddajanje s smeri, v katero je obrnjena. Pri sorazmerno kratki in prenosni anteni s 7 elementi tako lahko pričakujete približno 10dbd ojačanja kar je na oddaji ekvivalentno povečanju moči za 10x. Torej, če bi uporabljali tako anteno in oddajali z močjo le 0.5W, je to v teoriji isto, kot če bi povečali oddajno moč na celih 5W preko neke neusmerjene antene z 0dbd ojačanja. To ojačanje pa je v nasprotju s povečanjem moči oddajanja obojesmerno, tako sprejeti kot oddajan signal bo ojačan. Logika torej pravi, da se za primere oteženih komunikacij najprej splača investirati v usmerjeno anteno, šele nato pa v oddajno moč.

"Daj nehaj že komplicirati s tem teoretičnim ozadjem, ki nobenega ne zanima. Raje mi pokaži načrte!"
Okej okej, pa si oglejmo še samo izdelavo. Skratka, najprej se mora posameznik odločiti, na katerem frekvenčnem območju bi želel "operirati" z anteno. Yagi Uda antene so po naravi zelo ozkopasovne, tako da je v primeru želje po uporabi na VHF ter UHF potrebno izdelati vsaj dve različne antene.
Obstaja več različnih alrogitmov za izdelavo, nekateri ponujajo optimizacijo na ojačanje, drugi na pasovno širino. Sam sem se zgledoval po spletnem kalkulatorju klikni, ki nam bo izdelal načrt antene z manjšo pasovno širino, a večjim ojačanjem. Najprej v programu določimo frekvenco, na kateri jo želimo uporabljati. V mojem primeru sem jo izdeloval za PMR446 področje, torej sem v polje freq[MHz] vnesel 446. Potrebno je vnesti tudi premer booma ter elementov v [mm] ter označiti, ali smo elemente izolirali od booma. Na koncu pa je potrebno razmisliti, za kaj bomo anteno uporabljali. Bodo to portable operacije, kjer bi priporočal dolžino do max 1.5m (cca 8 elementov + 25cm držalo), stacionarna raba? Pri slednji v dolžini tako rekoče nismo omejeni, je pa seveda montaža daljših anten težja. Število elementov določimo s klikom na puščice. Več kot bo elementov, daljša bo antena, vendar bo napredek pri ojačanju vse manjši in manjši. S klikom na show me the details pa bo program izpljunil vse potrebne podatke za samo izdelavo.

Ta spletna stran je fina, ker ponuja tudi kalkulator za sevalec. Pri sevalcu imamo dve varianti, zaviti ali ravni dipol. V primeru ravnega bo impedanca antene 75ohmov, pri zavitem pa 300ohmov. Razlika med njima pa je očitna, z zavitim dipolom boste pridobili dodatnih cca 3db ojačanja, kar je ekvivalentno podvojitvi oddajne moči. Žal pa ne pride to brez posledic. Ker je tokrat impedanca 300ohmov, radijske postaje pa so naštimane za 50ohmov, bo prišlo do grozljive neprilagojenosti, kar v primeru oddaje lahko skuri postajo. Da se zadevo simetrira, se izdela t.i. 4:1 simetrirni transformator, ki bo "pretvoril" 300ohmov v 75ohmov. Razlika slednjega proti 50ohmov za postajo pa je minimalna in se jo lahko pri majhnih močeh do 25w zanemari. Pri ravnem dipolu balun ni potreben. 4:1 Transformator oz. balun pa je v bistvu kos kabla, ki poveže oba konca zavitega dipola Klikni za 4:1 Balun

Edina stvar ki še ostane, je kako se pritrdi koasksialni kabel na zaviti sevalec. Če imate bakreni sevalec, se lahko nanj kar naspajka, če pa aluminijast, pa je laže uporabiti inštelacijsko sponko, nekaj v tem stilu: klik
Sponko se olušči plastike, tako da dobimo notranji kovinski del. Na polovico jo zataknemo na sevalec, v drugo polovico pa zatlačimo koaksialni kabel in ga dobro pričvrstimo z vijakom. To naredimo na obeh straneh oz. se zgledujemo po načrtu iz spletnega kalkulatorja oziroma strani s 4:1 balunom.
Ker je razmik med obema koncema sevalca pri UHF področju zelo majhen (beri 6mm za 446MHz), sponke ne bodo pasale ena zraven druge na sevalec. To se uredi tako, da preprosto odščipnemo konca sevalca, da naredimo večjo luknjo, razmak med pritrjenimi sponkami pa morajo biti na koncu enak tistemu na spletni strani kalkulatorja za sevalec.

Priporočam, da si pri boomu na začetku pustite dobrih 20cm prostora za držalo, po končnem elementu pa dodatnih 10cm, če bo treba kdaj kaj popravljati.

To je to! Sliši se mogoče zelo težko, vendar pa je sila preprosto. Z ustreznimi pripomočki pa je mogoče dokončati zadevo tudi v samo uri ali dveh.

Zdaj pa še na moj konkreten primer. V naprej sporočam, da nisem nikakor povezan s prodajalci, pripopani linki pa so pač tisto, kar sem jaz v danem trenutku lahko kupil in je bilo najbolj ugodno.
Recept, potrebujete:
1) Boom. Dolžina odvisna od namenov in števila elementov. Jaz sem uporabil kar leseno desko iz Merkurja dimenzij 2x1.5cm Obnese se super in v nasprotju s pričakovanji se ne krivi. Les ni primeren za stacionarno uporabo. Tam uporabite aluminij in se zgledujte po drugem kalkulatorju, ki omogoča tudi računanje dimenzij antene, v primeru da elementi niso izolirani od booma. Za elemente lahko zvrtate luknjo čez boom in jih potisnete skozi, prišraufate sponke na boom etc. Jaz sem pomotoma naročil preveč sponk, tako da sem kar pritrdil sponke na boom, dal elemente skozi in tako dobil anteno, ki se jo da tudi razstavit. Klik za kalkulator , Merkur letev 2x1.5
2) Koaksialni kabel in konektorji za postajo. Za izdelavo 4:1 Baluna priporočam RG58 kabel. Za stacionarno uporabo takega s čim manj izgubami, za portable nekaj kar ni predebelo.
3) Aluminij ali baker za elemente, vseeno je kar uporabite. Jaz sem kupil kar AlMg5 palice za varjenje Klik
4) Inšalacijska sponka (opcijsko). Sponka

Končni rezultat je antena z 8 elementi in 10.6dbd + 3dbd dobitka ter izmerjeno SWR prilagojenostjo pod 2.0 od 430 do 450Mhz, na 446Mhz pa SWR 1.4. SDR# kaže 15db močnejše signale kot z nagoyo 771. Dolžina 1.3m, kjer je držalo 30cm. Zaviti dipol in simetriranje 4:1. Cena ene antene okoli 10EUR. Skratka super!
Field test je pokazal, da je razlika med yagico in diamond verzijo nagoye 771 tako velika, da slednje ne bom več uporabljal. No razen, če ne bom imel placa za anteno HI

Če pa ima še kdo kako vprašanje, pa na dan z njim. Čisto možno je, da se bom tudi jaz še kaj spomnil pa dopisal.

73, Žiga

Živjo.

Pohvalno. Zelo lepo napisano. Zanima me ali lahko pripneš kakšno sliko končane antene. Za boljšo predstavo.

Aja, kateri kabel uporabljaš?

Hvala in lep pozdrav.

Ziggy, pozabljaš da imaš na drugi strani radijske veze in foruma pretežno popolne analfabete , brez HAM tečaja.

Zadnjič oni tamal ni bil edini ki se je spraševal kaj za hudiča so one cifre ki jih naštevaš.
Predlagam da spišeš v PDF kratek slovar HAM latovščine.
Pa daj linke, ker samo suhoparne kratice nam PMR-ovcem ne pomenijo nič. Saj veš , slika pove več kot tisoč besed.

Ko ravno debatiramo o antenah, da ne bo zgledalo preveč kunštno!

ziggy42 je 18. jan 2023 ob 22:50 izjavil:

Slikice:

Antena

Konektanje kablov na sevalec. 4:1 Balun

Uporaba čokoladke za pritrditev elementov na boom

Spodnji del antene

Colt, hvala za info. Slikice so, opisi žargona pa pridejo ko pridejo :P

Slika o konektanju kablov na sevalec je nekoliko zavajujoča, pletenice kablov oz. ovoje se SAMO PREPLETE MED SEBOJ in NE vtika v desni konektor.

Zanimivo gledati, da se še kdo s tem ukvarja. V prejšnjem tisočletju sem za takšne zadeve uporabljal Radio priručnik za amatere i tehničare od dr. Božo Metzger. 4 elementna yagica na 11 m (27 MHz CB področje, ker licence nisem imel).

Živ,
Najprej malo teorije. Višja kot je frekvenca, večje bodo izgube kabla, ki se merijo v dB na meter dolžine. Pri visokih frekvencah nad GHz govorimo tudi o izgubah deset decibelov na meter in več, kar hitro onemogoči efektivnost sistema.

Kar se kablov tiče, je izbira dokaj preprosta. Je pa treba spet sprejet neko osnovno odločitev.
1. Če bomo kabel uporabljali za stacionarno uporabo, izberemo tistega s čim manj izgub na frekvencah, kjer ga želimo uporabljati. Za 446MHz je absolutni minimum H155 kabel, raje pa se vzame še kaj močnejšega. Bo pa to lahko tudi malo dražja investicija, če je potrebno napeljati dolg vod. No dolgega voda ni smiselno delati na UHF področju, saj bodo izgube tako velike, da je vseeno če bi uporabili kar gumico HI. Pri tem govorim o vodih dolžine 50 metrov in več. Normalno se napelje kabel od strehe do zgornjega nadstropja, dolžine tam 10m. Sam tega setupa nimam, tako da ne morem s prstom pokazati na kabel, ki bi bil najbolj ustrezen. Še enkrat, za dolžine do 10m zadostuje H155 kabel, ki je mimogrede zelo priljubljen zaradi sorazmerno nizkih izgub in cenovne dostopnosti, hkrati pa ni tako "trd", da se H155 krajših dolžin ne bi moglo vzeti na kako on field aktivacijo. Za večje dolžine pa bo moral svetovati kdo drug. Nizkoizgubni kabli so praviloma zelo debeli, okorni in težki, skratka totalno neprimerni za portable operacije.

2. Pri portable načinu se ponavadi uporabi kabel krajši od petih metrov, spet svetujem uporabo H155. Če boste uporabljali kabel krajši od enega metra (ne priporočam), se v teoriji lahko vzame tudi RG58. RG58 velja kot najbolj razširjen kabel nasploh, vendar njegove karateristike omogočajo efektivno uporabo le do okoli 50MHz, pri višjih frekvencah pa ima preveč izgub. Prednost njega pa je, da je izjemno lahek in upogljiv, zato ga večina radioamaterjev uporablja za KV (kratkovalovne postaje), kjer nima veliko izgub.

Karateristike kabla se preprosto pogoogla tako, da se vpiše ime in doda specifications.

Primerjava H155 in RG58:



Glede nakupa težko rečem. Dobi se ga v vsaki radioamaterski specializirani trgovini, verjetno tudi v trgovinah z elektroniko. Prodajajo tudi v Conradu. Jaz sem ga kupil preko Wimo iz Nemčije, vendar se to zaradi visoke poštnine več ne splača. Se pa lahko pri njih naroči že izdelane kable, take s pritrjenimi konektorji po želji. Če kdo drug pozna kako dobro prodajalno, pa naj napiše spodaj
Wimo Kabli (samo kabel)
Wimo Kabli (izdelani s konektorji)

Naslednjič morda kaj več o konektorjih, ki jih je potrebno namestiti na kabel.

Kabel in SMA konektorje zanj sem danes dobil v TSP elektroniki.
Žal nimajo H155. Vzel sem (malo draži) Tri LAN 240.

Ali kdo prepozna ta tip konektorja:

Argonavt je 24. jan 2023 ob 21:23 izjavil:

Ali kdo prepozna ta tip konektorja:

Meni izgleda kot RF SMA ženski, samo bolj čudne izvedbe. Poskusi, če paše moški RF SMA gor.

http://www.wlan-sat.com/adapter-sma-fem...

int47 je 24. jan 2023 ob 19:29 izjavil:

Kabel in SMA konektorje zanj sem danes dobil v TSP elektroniki.
Žal nimajo H155. Vzel sem (malo draži) Tri LAN 240.

Malo sem pobrskal po internetu, pa ima ta kabel baje še manj izgub kot H155. Kako upogljiv pa je?

OK nekaj je uspelo.

Boom je aluminijast 1m profil 15x15mm. Nosilci za elemente so natisnjeni s FDM tiskalnikom.

Današnji preizkus antene je uspel. Sprejem je veliko boljši, kot z original anteno.
Je pa ostalo še par malenkosti za rešit. Dipol in njegova montaža nista najbolj posrečeni + manjka še nosilec, oz. pritrditev, ker je anteno po nekaj časa kar težko držat v roki...

Pa ta dipol kaj prinese zraven. Moja ima navadno palčko seveda razdeljeno-izolirano na dva dela.

ziggy42 je 15. jan 2023 ob 16:37 izjavil:

Klikni za 4:1 Balun

Živjo.

Mi lahko nekdo prosim razloži tale 4:1 balun za yagice? Pred leti sem se lotil izdelave svoje antene, ki pa je nisem nikoli dokončal, saj sem obupal zaradi točno te zadeve. Razumem, da stvar služi kot prilagoditev impedance med folded-dipole anteno (200 ohm) in koaksialcem (50 ohm). Razumem tudi, da je koaksialec neuravnovešen (unbalanced) vodnik, antena pa je simetrična oz. uravnovešena (balanced), zato je pač potreben balun. Ne razumem pa kako tale zadeva lahko sploh deluje le z enim polom. Antene so ponavadi dipoli, tukaj pa se pletenica koaksialca zaključi pri anteni, nikjer pa ni povezana z njo. Aktivni element yagi-ce je v stiku le z notranjim vodnikom koaksialca. Nekje sem zasledil, da bi se pletenica morala praviloma vezati na sredino sevalnega elementa oz. na boom, če je ta iz prevodnega materiala.

lp

V vmesnem času, ko sem čakal na dostavo NanoVNA je nastala naslednja iteracija YAGI V2.1 antene.
Konci dipola in impendančni transformator so pospravljeni v sprintani dozi.

Ko sem glede na izkušnje kar dobro delujočo anteno pomeril z NanoVNA sem ugotovil, da ni v resonanci, SWR pa je na meji.
Če bo še kdorkoli poskušal kaj podobnega, mu priporočam eksperimentiranje z navadnim dipolom. Krivljenje zaprtega dipola in spreminjanje njegove dolžine, glede na mojo izkušnjo, lahko priporočam le mazohistom.
Po izgubljenih 4h urah imam anteno, ki ima 10% večji dipol, kot ga je izračunal spletni kalkulator. Antena ima dve resonanci, od katerih je ena 10MHz prenizko, druga pa 5MHz previsoko...

Ko sem imel vsega dovolj, sem iz firbca pomeril še moje ostale moje kupljene antene.
Mogoče bo še koga zanimalo:

Original BAOFENG UV-10R.

Wouxun Dual band dobavljena z Wouxun KG-UV9K.

Wouxun High gain full band antena dobavljena z Wouxun KG-UV9k.

Wouxun 42cm. Specifikacije.

Tri band antena z Ebay-a. Specifikacije

NAGOYA NA-24 J.com. Specifikacije.

Tactical foldable 136 - 520MHz iz Ebay-a. Specifikacije.

Žal so moje zgornje povezave, ki kažejo na *.asuscomm.com domeno, postale nedosegljive, ker sem moral zamenjat ASUS-ove smeti z nečim, kar (upam da) deluje.
Ko uredim, bom objavil nove delujoče povezave.