1-2-3: 1 траверса, 2 диапазона, 3 элемента, каждая. Эволюция моделирования разработки. L. B. Cebik, W4RNL

\главная\р.л. конструкции\антенны\...

1-2-3: 1 траверса, 2 диапазона, 3 элемента, каждая. Эволюция моделирования разработки

L. B. Cebik, W4RNL

1. Проект и его составляющие.

Я уже с давних пор интересуюсь разработкой многодиапазонных антенн типа Yagi. Хотя порой любители чисто однодиапазонных антенн “брызжут ядом”, антенные многодиапазонные системы живут и служат радиолюбителям (и не только) везде. Проблемы получения единой антенной системы, работающей одинаково хорошо на двух или более диапазонах, должны быть учтены при разработке в первую очередь. То, что готовые продукты на рынке удобны в эксплуатации – плод усилий многих замечательных разработчиков во всём мире.

Наиболее часто встречающийся метод разработки многодиапазонной Yagi тот, что начинается с антенны диапазона 20 метров, к которой добавляются элементы, работающие на других диапазонах. Сама конструкция антенны на 20 метров, обычно остаётся неизменной при добавлении элементов на диапазоны 15, 10 метров или других высокочастотных и только небольшая подстройка требуется порой, чтобы вернуть антенне на “двадцатку” её былые характеристики.

Совсем другое дело на добавляемых диапазонах. Вложение Yagi 15-метрового диапазона внутрь антенны на 20-метровый диапазон, обычно ухудшает пространственные характеристики первой, по отношению к такой же антенне, но эксплуатируемой отдельно. Некоторые разработчики добавляют пассивные элементы, чтобы восстановить характеристики антенны, так что, четырёхэлементная антенна в составе системы работает как трёхэлементная, вне её. Очевидно, что с увеличением количества элементов, растёт и вес антенны.

Чтобы как-то противодействовать этой тенденции, разработчики используют методики использования одних и тех же элементов на разных диапазонах, включая шлейфы. Шлейфы (traps) применяются на диапазоне 20 метров с активным вибратором, поскольку позволяют использовать один элемент в качестве активного вибратора и один, питающий систему, кабель. Есть и альтернативные методы питания многодиапазонных антенных систем одним кабелем, например, логопериодический набор элементов и связь за счёт открытых шлейфов, но использование одной фидерной линии подразумевает увеличение сложности проектирования системы, повышенной взаимозависимости составляющих антенной системы и изощрённости в настройке.

Можно, конечно, “прожить” и со множеством фидерных линий (или предусмотреть переключатель на мачте), сложность исполнения многодиапазонных конструкций каким-либо способом можно преодолеть. Отдельные фидерные линии позволят размещать активные элементы там, где это потребуется. Также можно преодолеть и боязнь близкого расположения друг к другу активных вибраторов разных диапазонов.

“Эффект клетки” (экранирование) требует применения внешних элементов и (или) других усложнений конструкции, но и это можно преодолеть – выдвижением антенн верхних диапазонов вперёд по траверсе. Если в антенне на самый низкий диапазон содержится только рефлектор и активный вибратор, то сдвиг элементов антенн по траверсе вперёд не составит проблем. Если же мы установим третий элемент в антенну низкочастотного диапазона, то добавление антенны другого (более высокочастотного диапазона) отразится, в первую очередь, на длине траверсы.

Что ж, я пoупражнялся в моделировании: задача стояла – разработать повторяемую конструкцию двухдиапазонной направленной антенны (20 и 15 метров), 3-элементной, на каждый диапазон и при траверсе умеренной длины. Антенны должны быть питаемы раздельно и, по-возможности, сохранять свои исходные характеристики как однодиапазонные антенны (т. е., до сведения их в систему).

Первыйшаг: пробныемодели.

Выбор антенн: Среди моей коллекции моделей была разработка 3-элементной антенны на диапазон 20 метров, присланная Brian’ом Beezley, K6STI, в формате AO-5. В модели использовались элементы прямой (не конической) формы диаметром 1 дюйм, а сама антенна обеспечивала усиление 8,1 дБ (по отношению к изотропному излучателю) в свободном пространстве в середине рабочего диапазона, соотношение излучений вперёд-назад было лучше 20 дБ на протяжении первых 2/3 диапазона. Предполагаемая длина траверсы 24 фута.

Поскольку, последовательно сходящиеся на конус элементы прочно механически скреплённые, могут быть заменены элементами с эквивалентным (меньшим, чем наибольший у конусообразных) диаметром, постоянным на протяжении всего элемента, то и направленные антенны могут быть рассчитаны в программах с точностью, приближающейся к практической. Дополнительно, потребуется расчёт и антенны на 15 метров. В конце концов, потребуется пересчёт элементов с постоянным диаметром под конические и соответствующая окончательная подстройка элементов на практике.

Длина траверсы. Целью проекта являлось использование “средней длины траверсы”, что было направлением разработки, пока не появились другие его определения. Используя конструкцию нижнего диапазона для задания параметров системы, мы должны принять среднюю длину траверсы антенны, примерно, вдвое большей радиуса поворота антенны, определяемого протяжённостью самых длинных элементов. Эта мера не обязательно точная, поскольку радиус поворота является функцией длины рефлектора антенны 20-метрового диапазона и расстоянием элемента от сочленения траверсы с мачтой. Как бы там ни было, а 35 футов на 20-метровом диапазоне – величина реальная и является общепринятой (плюс-минус около фута) для многодиапазонных направленных антенн. Величины, превосходящие только что упомянутую, относятся к Yagi с удлинённой траверсой (40 футов или более на 20 метрах), а менее 2/3 упомянутой (менее 24 футов), обычно, определяют направленные антенны диапазона 20 метров с короткой траверсой.

Turn Radius – радиус поворота. Boom – траверса. Longest Element – самый протяжённый элемент. Boom Lengths – длины траверс. Long – длинный. Medium – средней длины. Short – короткий.

Целью было также обеспечить длину траверсы как можно меньшей, при сохранении всех характеристик антенной системы, свойственных отдельным однодиапазонным антеннам. Эта цель подразумевала, что я не мог просто так взять и поставить одну антенну перед другой, чтобы получить общие 24 фута, плюс 16 футов, плюс немного запаса, итого: 45 футов длины траверсы антенны. Размер, ближе к 30 футам, был бы более приемлемым нижним значением, но тогда оставшиеся элементы не к чему было бы крепить.

Сперва – первое: Отдельные антенны: Наметив цели проекта, первое, что нужно определить, так это характеристики отдельных пересчитанных (под имеющийся диаметр элементов) однодиапазонных антенн. Я смоделировал “бим” 20-метрового диапазона под диаметр элементов 5/8 дюйма и получил, в пределах диапазона 20 метров, следующие результаты:

Fq 14.0 14.15 14.35
Gain dBi 8.03 8.18 8.45
F-B dB 21.41 26.33 16.20
Feed Z ohms 67.6 - j29.6 50.7 - j10.7 32.4 + j11.8
SWR 50 1.79 1.24 1.69

Я также пересчитал и антенну на диапазон 15 метров под диаметр элементов в ½ дюйма. После доводки получил следующие результаты по диапазону:

Fq 21.0 21.2 21.45
Gain dBi 8.13 8.28 8.51
F-B dB 23.29 25.22 16.75
Feed Z ohms 60.4 - j27.8 48.8 - j9.7 35.3 + j11.6
SWR 50 1.71 1.22 1.56

Немного лучшие параметры (проявляющиеся только после запятых и не оказывающие существенных влияний на практике) на 15-метровом диапазоне обусловлены фактом, что по отношению к длине волны элементы антенны на этом диапазоне оказались значительно толще.

Напротив, отношение излучений вперёд-назад падает, особенно, в верхней части диапазона, где усиление продолжает расти.

Для соотнесения, длины проводников и расстояния между элементами обоих направленных антенн приведены ниже:

Frequency = 14.15 MHz.
--------------- WIRES ---------------
Wire Conn.--- End 1 (x,y,z :in) Conn.--- End 2 (x,y,z :in) Dia(in) Segs

1 -208.00, 0.000, 0.000 208.000, 0.000, 0.000 6.25E-01 21
2 -197.00,127.000, 0.000 197.000,127.000, 0.000 6.25E-01 21
3 -188.00,275.000, 0.000 188.000,275.000, 0.000 6.25E-01 21
-------------- SOURCES --------------
Source Wire Wire #/Pct From End 1 Ampl.(V, A) Phase(Deg.) Type
Seg. Actual (Specified)
1 1 2 / 50.00 ( 2 / 50.00) 1.000 0.000 I
-----------------------------------------------------------------------

Frequency = 21.2 MHz.
--------------- WIRES ---------------
Wire Conn.--- End 1 (x,y,z :in) Conn.--- End 2 (x,y,z :in) Dia(in) Segs

1 -138.80, 0.000, 0.000 138.800, 0.000, 0.000 5.00E-01 15
2 -131.50, 85.000, 0.000 131.500, 85.000, 0.000 5.00E-01 15
3 -125.50,184.000, 0.000 125.500,184.000, 0.000 5.00E-01 15
-------------- SOURCES --------------
Source Wire Wire #/Pct From End 1 Ampl.(V, A) Phase(Deg.) Type
Seg. Actual (Specified)
1 8 2 / 50.00 ( 2 / 50.00) 1.000 0.000 I

Импеданс в точке питания: псевдо-бета согласование: Беглый взгляд на импеданс в точке питания моделей (компьютерных) показывает, что мы имеем дело со стандартными для них (но неприемлемыми для нас) значениями - примерно, 25 Ом активного сопротивления и более 10 Ом ёмкостного реактивного на заданных частотах центров диапазонов. 50-омные значения импеданса появляются только при моделировании псевдо-бета согласования. Эта процедура проста. Активные вибраторы подразделяются на 3 проводника (сегмента), согласно последующей схеме. С левого края – половина сегментов, вторая половина сегментов расположена с правого края элемента. Каждая половина элемента включает в себя ½ часть длины сегмента, считая от точки центра. Одно-сегментный проводник расположен между половинами элемента. (Туманно…, но) С нижеследующим эскизом Вам будет легче разобраться:

Общий эскиз псевдо - бета согласования активного элемента.

Source – источник. Original Driven Element – активный вибратор первоначальной конструкции. Load – нагрузка. Pseudo-Beta Match – псевдо бета согласование. Segment Marker – отметка (начала, конца) колена трубы элемента. Junction Marker – отметка соединения.

Затем в качестве элемента были спроектированы три одно-сегментных проводника одинаковой длины и диаметра. Последняя операция необходима для преодоления неточностей при расчёте в программе NEC, когда она имеет дело с угловыми соединениями проводников ещё и разного диаметра. Два новых проводника ориентированы вертикально от точек соединения с проводником первого (одного) сегмента. Третий проводник соединяет разомкнутые верхние концы первых двух.

Третий проводник нагружен определённым значением реактивности, которая носит индуктивный характер. Это значение может быть не таким как в расчёте для бета-согласования, поскольку вертикальные проводники вносят в физические структуры свою лепту в виде длин параллельных проводников линии передачи, которые, к тому же, обладают собственной взаимной ёмкостью. Фактические значения реактивности для отдельных (независимых) антенн получились примерно вдвое больше ожидаемых, и во всех случаях требуется увеличение длины активного вибратора, чтобы исключить избыточную “индуктивную” реактивность. Как бы то ни было, согласующее устройство симулирует с достаточной степенью точности бета-согласование и обеспечивает то, что нужно для конечного частотного согласования импедансов под 50 Ом.

Точность может быть повышена использованием максимального количества возможных сегментов (в расчёте), однако, без превышения возможностей программы NEC для соотношения длина-диаметр сегментов. Эта процедура минимизирует физически смоделированную структуру и её влияния на требуемую нагрузку. Однако, во многодиапазонных направленных антенных системах со ступенчато меняющимися диаметрами сегментов (колен элементов) модель может легко стать “неуправляемой”.

Хотя конечные значения импеданса могут быть достаточно точными для получения рабочей полосы частот, и физическая структура также немного увеличивает своё усиление (чаще всего, на 0,1 дБ). Это ложное увеличение, созданное физической структурой псевдо-бета-согласования.

С целью достижения необходимой рабочей полосы частот, индуктивная реактивность преобразуется в значение индуктивности, установленной в параллельную нагрузочную схему. Конечно, значение ёмкости для этого вида нагрузки остаётся равным нулю. Я обычно оставляю активное сопротивление равным нулю (в программе NEC прописано как отсутствующее), что даёт наибольшее значение добротности Q и наименьшую полосу рабочих частот, что упраздняет всякие разночтения. Как показывает, взятая в качестве примера направленная антенна, простое бета-согласование без труда обеспечивает работу во всём диапазоне (для которого предназначена антенна) частот с КСВ ниже 2 : 1 по отношению к 50 Ом.

Сочленение направленных антенн, не имеющих конических элементов. Всё моделирование отдельных направленных антенн было произведено с сегментами примерно в 10 дюймов в длину: 21 сегмент для элементов диапазона 20 метров и 15 сегментов – для диапазона 15 метров. Эти длины были применены при комплексном подходе к моделированию антенны на одной траверсе. Помните, что целью, при сведении в систему, является: как можно лучше сохранить характеристики отдельных антенн при средней длине траверсы (менее 35 футов).

На рисунке показана раскладка элементов. Вибратор и рефлектор диапазона 15 метров были установлены перед вибратором и рефлектором диапазона 20 метров, таким образом, что директор (15 м) расположился впереди и на большом расстоянии от рефлектора (20 м).

Последующий расчёт элементов показывает окончательные длины элементов и расстояния между ними. Все элементы 20-метрового диапазона имеют диаметр 5/8 дюйма, а все элементы 15-метрового диапазона - ½ дюйма. Элементы сгруппированы по диапазонам, так, что директор 20-метрового диапазона оказался не на месте в расчёте, а электрически сгруппирован с его “собратьями”.

--------------- WIRES ---------------

Wire Conn.--- End 1 (x,y,z :in) Conn.--- End 2 (x,y,z :in) Dia(in) Segs
1 -208.00, 0.000, 0.000 208.000, 0.000, 0.000 6.25E-01 21
2 -197.00,127.000, 0.000 197.000,127.000, 0.000 6.25E-01 21
3 -188.00,275.000, 0.000 188.000,275.000, 0.000 6.25E-01 21
4 -138.00,137.000, 0.000 138.000,137.000, 0.000 5.00E-01 15
5 -130.50,235.000, 0.000 130.500,235.000, 0.000 5.00E-01 15
6 -125.50,334.000, 0.000 125.500,334.000, 0.000 5.00E-01 15
-------------- SOURCES --------------
Source Wire Wire #/Pct From End 1 Ampl.(V, A) Phase(Deg.) Type
Seg. Actual (Specified)
For 15 meters
1 8 5 / 50.00 ( 5 / 50.00) 1.000 0.000 I
For 20 meters
1 8 2 / 50.00 ( 2 / 50.00) 1.000 0.000 I

Комбинированный “бим” на 20/15-метровые диапазоны с элементами, имеющими одинаковый диаметр на всём их протяжении.

При помощи простых расчётов, можно увидеть, что небольшие подстройки в длинах элементов и расстояниях между ними на диапазоне 15 метров, всё-таки, нужны, чтобы привести расчёт в его полу-клеточное состояние (полуэкранированное, когда часть элементов высокочастотной антенны находится внутри антенны низкочастотного диапазона, а, вообще-то, по возникающим вопросам, большинство ответов можно найти в программах типа NEC или, обратившись к автору статей W4RNL - UA9LAQ). Небольшие изменения (которые, возможно, и не потребуются) необходимо произвести и на “биме” 20-метрового диапазона. Всё сооружение имеет длину менее 28 футов, что легко вмещается, как мы видим, на 30-футовую траверсу.

Хотя проводники модели псевдо-бета-согласования и не показаны, чтобы не затенять чертежи, они присутствуют в создании следующих результатов по двум диапазонам:

Fq 14.0 14.15 14.35
Gain dBi 8.23 8.37 8.60
F-B dB 22.87 23.30 15.11
Feed Z ohms 87.1 - j23.7 57.8 - j 4.9 33.0 + j18.2
SWR 50 1.93 1.19 1.83

Fq 21.0 21.2 21.45
Gain dBi 8.39 8.45 8.67
F-B dB 19.57 20.09 14.70
Feed Z ohms 79.1 - j41.6 56.6 - j15.6 30.3 + j18.7
SWR 50 2.19 1.37 1.98

В этих результатах становятся очевидными и некоторые обстоятельства. Значительной оказывается рабочая полоса пропускания на диапазоне 15 метров, так что, с любой длиной коаксиального кабеля КСВ не превысит значения 2 : 1 по всему диапазону. Бета - индуктивность (индуктивность бета - согласования), при любом конечном значении добротности Q, также будет расширять рабочую полосу частот. Что наблюдается при использовании в модели псевдо-бета-согласования, так это получение реального импеданса в точке питания без дополнительного согласования на месте. Часть антенной системы, работающая на диапазоне 20 метров, демонстрирует номинальный импеданс в точке питания в середине диапазона 20 метров. Импеданс в точке питания антенны 15-метрового диапазона находится ближе к 15 Ом - низкое, но приемлемое на практике значение.(Некоторое противоречие к вышеприведённому утверждению есть, согласование, например с кабелем 50 Ом, всё-равно, потребуется, но… автору - виднее – UA9LAQ).

Кроме импеданса в точке питания, пространственные характеристики антенн также улучшаются (жаль, что не все) в плане усиления на обоих диапазонах. Присутствие элементов на другой диапазон добавляет антенной системе усиления за счёт размещения более длинных элементов сзади, а более коротких - спереди. Несмотря на это, соотношение излучений вперёд-назад на диапазоне 15 метров немного снизилось, но обращать внимание на это можно лишь в самой верхней части диапазона.

Результаты (выводы) как таковые: Это упражнение, в котором использовались простые модели, подтвердило возможность размещения двух трёхэлементных направленных антенн на разные диапазоны на одной траверсе умеренной длины и в большей степени позволило сохранить на практике все характеристики, присущие для однодиапазонных антенн (используемых раздельно). Хотя антенная система и требует раздельного питания антенн, эта модель, так или иначе, проста, так как не требует дополнительных внешних элементов и деталей. Таким образом, конструкция является простой и предназначенной для домашнего воссоздания. Упомянём к случаю, что 4-элементная направленная антенна на один диапазон 20 метров примерно с такой же длиной траверсы будет иметь усиление в середине диапазона примерно 8.5-8.6 дБ (по отношению к изотропному излучателю, т. е., dBi), но будет иметь по диапазону соотношение излучений вперёд-назад не менее 23 дБ. Настоящая разработка позволяет разместить две однодиапазонные антенны в одном и том же месте с разумно сочетаемыми характеристиками.

От теории к практике

Повторяемая модель: Вначале упрощённая (элементы с постоянным диаметром) модель была подвергнута дальнейшей обработке с целью подтверждения принципов разработки (которые, к счастью, подтверждаются). Как выяснилось, элементы с постоянным диаметром, как правило, не подходят для конструкции. Поэтому, следующим этапом было применение конических элементов, что потребовало переработки проекта. Хотя изменение длины элементов и расстояний между ними было предусмотрено, модели с постоянным диаметром элементов позволили вывести фундамент, на основании которого можно быстро разработать нечто приближающееся к модели, которую можно повторить на практике.

Конические элементы: с целью поупражняться, был выбран подходящий набор частей элементов с уменьшающимися диаметрами, применяемый в других антеннах (Yagi). В нижеследующей таблице приведены выбранные конические структуры и представление длин каждой стороны траверсы всех элементов для каждого диапазона.

Band 1" .875" .75" .625" .5" (tip section)
20 72" 20" 42" 20" 35-62"
15 -- 30" 36" 18" 40-60"

Хотя, конечно же, могут быть применены и другие процедуры для конических структур, но приведённые выше данные приведены для примера. Описание конических структур (разберитесь с компьютерной программой NEC – UA9LAQ) может быть усилено на диапазоне 20 метров путём утолщения до 1,125 дюйма внутреннего отрезка трубы длиной 4 фута. Как дано, простые модели отдельных антенн требуют применения 27 проводников на 20-метровом и 21 проводника на 15-метровом диапазонах, тогда как реальная комбинированная модель включает 48 проводников. Во всех случаях, если позволяет степень сегментации, длина каждого сегмента (колена элемента) увеличивается насколько это возможно, усреднённая длина сегмента равна 10 дюймов.

Отдельные антенны: Как и у моделей с постоянным диаметром элементов, Yagi обоих диапазонов 20 и 15 метров требуют подстройки, как по длинам элементов, так и по расстояниям между ними. Поскольку применение процедуры конических структур создаст элементы с достаточно малым действующим диаметром, длины элементов возрастают. Тем более, как показывает раскладка параметров ниже, соотношение излучений вперёд-назад, как оно было в версии с одинаковыми диаметрами элементов, не может быть выдержано, хотя его уменьшение незначительно. Вот таблицы проводников и цифровые значения характеристик конических структур моделей индивидуальных (отдельных) антенн:

Frequency = 14.15 MHz.

--------------- WIRES ---------------

Wire Conn.--- End 1 (x,y,z : in) Conn.--- End 2 (x,y,z : in) Dia(in) Segs
1 -215.00, 0.000, 0.000 W2E1 -154.00, 0.000, 0.000 5.00E-01 5
2 W1E2 -154.00, 0.000, 0.000 W3E1 -134.00, 0.000, 0.000 6.25E-01 2
3 W2E2 -134.00, 0.000, 0.000 W4E1 -92.000, 0.000, 0.000 7.50E-01 4
4 W3E2 -92.000, 0.000, 0.000 W5E1 -72.000, 0.000, 0.000 8.75E-01 2
5 W4E2 -72.000, 0.000, 0.000 W6E1 72.000, 0.000, 0.000 1.00E+00 11
6 W5E2 72.000, 0.000, 0.000 W7E1 92.000, 0.000, 0.000 8.75E-01 2
7 W6E2 92.000, 0.000, 0.000 W8E1 134.000, 0.000, 0.000 7.50E-01 4
8 W7E2 134.000, 0.000, 0.000 W9E1 154.000, 0.000, 0.000 6.25E-01 2
9 W8E2 154.000, 0.000, 0.000 215.000, 0.000, 0.000 5.00E-01 5
10 -201.00,129.000, 0.000 W11E1 -154.00,129.000, 0.000 5.00E-01 5
11W10E2 -154.00,129.000, 0.000 W12E1 -134.00,129.000, 0.000 6.25E-01 2
12W11E2 -134.00,129.000, 0.000 W13E1 -92.000,129.000, 0.000 7.50E-01 4
13W12E2 -92.000,129.000, 0.000 W14E1 -72.000,129.000, 0.000 8.75E-01 2
14W13E2 -72.000,129.000, 0.000 W15E1 72.000,129.000, 0.000 1.00E+00 11
15W14E2 72.000,129.000, 0.000 W16E1 92.000,129.000, 0.000 8.75E-01 2
16W15E2 92.000,129.000, 0.000 W17E1 134.000,129.000, 0.000 7.50E-01 4
17W16E2 134.000,129.000, 0.000 W18E1 154.000,129.000, 0.000 6.25E-01 2
18W17E2 154.000,129.000, 0.000 201.000,129.000, 0.000 5.00E-01 5
19 -188.00,300.000, 0.000 W20E1 -154.00,300.000, 0.000 5.00E-01 5
20W19E2 -154.00,300.000, 0.000 W21E1 -134.00,300.000, 0.000 6.25E-01 2
21W20E2 -134.00,300.000, 0.000 W22E1 -92.000,300.000, 0.000 7.50E-01 4
22W21E2 -92.000,300.000, 0.000 W23E1 -72.000,300.000, 0.000 8.75E-01 2
23W22E2 -72.000,300.000, 0.000 W24E1 72.000,300.000, 0.000 1.00E+00 11
24W23E2 72.000,300.000, 0.000 W25E1 92.000,300.000, 0.000 8.75E-01 2
25W24E2 92.000,300.000, 0.000 W26E1 134.000,300.000, 0.000 7.50E-01 4
26W25E2 134.000,300.000, 0.000 W27E1 154.000,300.000, 0.000 6.25E-01 2
27W26E2 154.000,300.000, 0.000 188.000,300.000, 0.000 5.00E-01 5
-------------- SOURCES --------------
Source Wire Wire #/Pct From End 1 Ampl.(V, A) Phase(Deg.) Type
Seg. Actual (Specified)
1 6 14 / 50.00 ( 14 / 50.00) 1.000 0.000 I

Fq 14.0 14.15 14.35
Gain dBi 8.00 8.08 8.23
F-B dB 18.36 20.75 16.44
Feed Z ohms 27.2 - j24.0 28.0 - j12.7 27.7 + j 3.1

--------------------------------------------------------------------------

Frequency = 21.2 MHz.
--------------- WIRES ---------------

Wire Conn.--- End 1 (x,y,z : in) Conn.--- End 2 (x,y,z : in) Dia(in) Segs

1 -142.50, 0.000, 0.000 W2E1 -84.000, 0.000, 0.000 5.00E-01 6
2 W1E2 -84.000, 0.000, 0.000 W3E1 -66.000, 0.000, 0.000 6.25E-01 2
3 W2E2 -66.000, 0.000, 0.000 W4E1 -30.000, 0.000, 0.000 7.50E-01 3
4 W3E2 -30.000, 0.000, 0.000 W5E1 30.000, 0.000, 0.000 8.75E-01 7
5 W4E2 30.000, 0.000, 0.000 W6E1 66.000, 0.000, 0.000 7.50E-01 3
6 W5E2 66.000, 0.000, 0.000 W7E1 84.000, 0.000, 0.000 6.25E-01 2
7 W6E2 84.000, 0.000, 0.000 142.500, 0.000, 0.000 5.00E-01 6
8 -134.00, 86.000, 0.000 W9E1 -84.000, 86.000, 0.000 5.00E-01 6
9 W8E2 -84.000, 86.000, 0.000 W10E1 -66.000, 86.000, 0.000 6.25E-01 2
10 W9E2 -66.000, 86.000, 0.000 W11E1 -30.000, 86.000, 0.000 7.50E-01 3
11W10E2 -30.000, 86.000, 0.000 W12E1 30.000, 86.000, 0.000 8.75E-01 7
12W11E2 30.000, 86.000, 0.000 W13E1 66.000, 86.000, 0.000 7.50E-01 3
13W12E2 66.000, 86.000, 0.000 W14E1 84.000, 86.000, 0.000 6.25E-01 2
14W13E2 84.000, 86.000, 0.000 134.000, 86.000, 0.000 5.00E-01 6
15 -125.50,200.000, 0.000 W16E1 -84.000,200.000, 0.000 5.00E-01 6
16W15E2 -84.000,200.000, 0.000 W17E1 -66.000,200.000, 0.000 6.25E-01 2
17W16E2 -66.000,200.000, 0.000 W18E1 -30.000,200.000, 0.000 7.50E-01 3
18W17E2 -30.000,200.000, 0.000 W19E1 30.000,200.000, 0.000 8.75E-01 7
19W18E2 30.000,200.000, 0.000 W20E1 66.000,200.000, 0.000 7.50E-01 3
20W19E2 66.000,200.000, 0.000 W21E1 84.000,200.000, 0.000 6.25E-01 2
21W20E2 84.000,200.000, 0.000 125.500,200.000, 0.000 5.00E-01 6
-------------- SOURCES --------------
Source Wire Wire #/Pct From End 1 Ampl.(V, A) Phase(Deg.) Type
Seg. Actual (Specified)
1 4 11 / 50.00 ( 11 / 50.00) 1.000 0.000 I

Fq 21.0 21.2 21.45
Gain dBi 8.05 8.14 8.27
F-B dB 18.96 20.78 17.29
Feed Z ohms 26.8 - j19.1 27.4 - j9.3 27.1 + j 3.5

Чтобы уменьшить сложность моделирования и при условии большой схожести систем бета-согласования с моделями, имеющими постоянные диаметры элементов, чтобы исключить пересчёт применительно этой пары моделей, примерные импедансы в точках питания даны в таблицах. Они типичны и характерны для середины 20-метрового диапазона.

Вновь, модель 15-метрового диапазона превосходит модель 20-метрового диапазона на ничтожную величину (которую можно обнаружить только при моделировании), это происходит из-за того, что эффективный диаметр элементов получается немного больше.

Более заметными являются необходимые изменения в расстояниях между элементами, которые нужны для оптимизации характеристик антенных систем. Траверса антенны на 15 метровый диапазон выросла на 16 дюймов, тогда как траверса антенны на 20-метровый диапазон стала на 2 фута длиннее, чем траверса в моделях с одинаковым диаметром элементов. Тем более, размещение элементов антенны 15-метрового диапазона должно быть изменено по отношению к таковому в антенне с одинаковым диаметром элементов, чтобы иметь возможность расположить два задних её элемента между двумя передними элементами антенны на диапазон 20 метров.

Эти изменения ясно свидетельствуют, когда антенна смоделирована с использованием (компьютерной) процедуры конических структур для реальной конструкции (а когда нет). Если модель с коническими элементами “срисовать” с таковой с элементами, имеющими постоянный диаметр, то полученные характеристики будут разочаровывающими, разве что Вы пожелаете проводить бесконечные часы, физически передвигая элементы (способ самомазохизма (Hi!)).

Комбинированная антенна на 2 диапазона с коническими элементами: С помощью небольших манипуляций туда-сюда, наконец, получилась комбинированная модель. Главная разница в механической части та, что длина траверсы теперь составляет 29,5 фута, немного меньше намеченных 30 футов. Разницы в длинах элементов и в расстояниях между ними будут ясны в небольшом сравнении с индивидуальными моделями, имеющими конические элементы. Похожим, как у комбинированной модели с постоянным диаметром элементов, образом элементы сгруппированы по диапазонам и поэтому находятся не в физическом порядке следования. Ниже приведена таблица проводников антенны:

--------------- WIRES ---------------
Wire Conn.--- End 1 (x,y,z : in) Conn.--- End 2 (x,y,z : in) Dia(in) Segs
1 -214.00, 0.000, 0.000 W2E1 -154.00, 0.000, 0.000 5.00E-01 5
2 W1E2 -154.00, 0.000, 0.000 W3E1 -134.00, 0.000, 0.000 6.25E-01 2
3 W2E2 -134.00, 0.000, 0.000 W4E1 -92.000, 0.000, 0.000 7.50E-01 4
4 W3E2 -92.000, 0.000, 0.000 W5E1 -72.000, 0.000, 0.000 8.75E-01 2
5 W4E2 -72.000, 0.000, 0.000 W6E1 72.000, 0.000, 0.000 1.00E+00 11
6 W5E2 72.000, 0.000, 0.000 W7E1 92.000, 0.000, 0.000 8.75E-01 2
7 W6E2 92.000, 0.000, 0.000 W8E1 134.000, 0.000, 0.000 7.50E-01 4
8 W7E2 134.000, 0.000, 0.000 W9E1 154.000, 0.000, 0.000 6.25E-01 2
9 W8E2 154.000, 0.000, 0.000 214.000, 0.000, 0.000 5.00E-01 5
10 -201.50,128.000, 0.000 W11E1 -154.00,128.000, 0.000 5.00E-01 5
11W10E2 -154.00,128.000, 0.000 W12E1 -134.00,128.000, 0.000 6.25E-01 2
12W11E2 -134.00,128.000, 0.000 W13E1 -92.000,128.000, 0.000 7.50E-01 4
13W12E2 -92.000,128.000, 0.000 W14E1 -72.000,128.000, 0.000 8.75E-01 2
14W13E2 -72.000,128.000, 0.000 W15E1 72.000,128.000, 0.000 1.00E+00 11
15W14E2 72.000,128.000, 0.000 W16E1 92.000,128.000, 0.000 8.75E-01 2
16W15E2 92.000,128.000, 0.000 W17E1 134.000,128.000, 0.000 7.50E-01 4
17W16E2 134.000,128.000, 0.000 W18E1 154.000,128.000, 0.000 6.25E-01 2
18W17E2 154.000,128.000, 0.000 201.500,128.000, 0.000 5.00E-01 5
19 -188.50,298.000, 0.000 W20E1 -154.00,298.000, 0.000 5.00E-01 5
20W19E2 -154.00,298.000, 0.000 W21E1 -134.00,298.000, 0.000 6.25E-01 2
21W20E2 -134.00,298.000, 0.000 W22E1 -92.000,298.000, 0.000 7.50E-01 4
22W21E2 -92.000,298.000, 0.000 W23E1 -72.000,298.000, 0.000 8.75E-01 2
23W22E2 -72.000,298.000, 0.000 W24E1 72.000,298.000, 0.000 1.00E+00 11
24W23E2 72.000,298.000, 0.000 W25E1 92.000,298.000, 0.000 8.75E-01 2
25W24E2 92.000,298.000, 0.000 W26E1 134.000,298.000, 0.000 7.50E-01 4
26W25E2 134.000,298.000, 0.000 W27E1 154.000,298.000, 0.000 6.25E-01 2
27W26E2 154.000,298.000, 0.000 188.500,298.000, 0.000 5.00E-01 5
28 -141.00,164.000, 0.000 W29E1 -84.000,164.000, 0.000 5.00E-01 6
29W28E2 -84.000,164.000, 0.000 W30E1 -66.000,164.000, 0.000 6.25E-01 2
30W29E2 -66.000,164.000, 0.000 W31E1 -30.000,164.000, 0.000 7.50E-01 3
31W30E2 -30.000,164.000, 0.000 W32E1 30.000,164.000, 0.000 8.75E-01 7
32W31E2 30.000,164.000, 0.000 W33E1 66.000,164.000, 0.000 7.50E-01 3
33W32E2 66.000,164.000, 0.000 W34E1 84.000,164.000, 0.000 6.25E-01 2
34W33E2 84.000,164.000, 0.000 141.000,164.000, 0.000 5.00E-01 6
35 -134.50,255.000, 0.000 W36E1 -84.000,255.000, 0.000 5.00E-01 6
36W35E2 -84.000,255.000, 0.000 W37E1 -66.000,255.000, 0.000 6.25E-01 2
37W36E2 -66.000,255.000, 0.000 W38E1 -30.000,255.000, 0.000 7.50E-01 3
38W37E2 -30.000,255.000, 0.000 W39E1 30.000,255.000, 0.000 8.75E-01 7
39W38E2 30.000,255.000, 0.000 W40E1 66.000,255.000, 0.000 7.50E-01 3
40W39E2 66.000,255.000, 0.000 W41E1 84.000,255.000, 0.000 6.25E-01 2
41W40E2 84.000,255.000, 0.000 134.500,255.000, 0.000 5.00E-01 6
42 -129.00,354.000, 0.000 W43E1 -84.000,354.000, 0.000 5.00E-01 6
43W42E2 -84.000,354.000, 0.000 W44E1 -66.000,354.000, 0.000 6.25E-01 2
44W43E2 -66.000,354.000, 0.000 W45E1 -30.000,354.000, 0.000 7.50E-01 3
45W44E2 -30.000,354.000, 0.000 W46E1 30.000,354.000, 0.000 8.75E-01 7
46W45E2 30.000,354.000, 0.000 W47E1 66.000,354.000, 0.000 7.50E-01 3
47W46E2 66.000,354.000, 0.000 W48E1 84.000,354.000, 0.000 6.25E-01 2
48W47E2 84.000,354.000, 0.000 129.000,354.000, 0.000 5.00E-01 6
-------------- SOURCES --------------
Source Wire Wire #/Pct From End 1 Ampl.(V, A) Phase(Deg.) Type
Seg. Actual (Specified)
For 15 meters
1 4 38 / 50.00 ( 38 / 50.00) 1.000 0.000 I
For 20 meters
1 4 14 / 50.00 ( 14 / 50.00) 1.000 0.000 I

Комбинированная направленная антенна на диапазоны 15-20 метров с коническими элементами

Как и в индивидуальных (независимых, однодиапазонных) моделях, псевдо-бета-согласование отсутствует в обеих таблицах: в таблице проводников и в таблице значений импедансов, расположенных ниже. В нижеследующей таблице проиллюстрирован ряд значений импедансов для согласования, на вкус изготовителя антенн.

Fq 14.0 14.15 14.35
Gain dBi 8.19 8.29 8.42
F-B dB 17.64 20.47 16.50
Feed Z ohms 24.5 - j26.5 25.8 - j14.5 26.4 + j 2.0

Fq 21.0 21.2 21.45
Gain dBi 8.25 8.37 8.60
F-B dB 17.59 19.39 15.44
Feed Z ohms 14.0 - j17.6 14.8 - j 7.6 14.1 + j 5.1

Так же как и ранее, комбинированная антенная система немного увеличивает усиление и уменьшает соотношение излучений вперёд-назад по сравнению с отдельными (однодиапазонными) антеннами. Импеданс в точке питания на диапазоне 15 метров низок, но приемлем.

Эта модель, или один из её вариантов, в частности двухдиапазонная 3-элементная Yagi, - весьма повторяема.

Что в результате: Комбинированная антенная система, - её идея не нова, но требует небольшого обновления. В поисках средств для применения в комбинированной антенной системе одной-единственной фидерной линии, мы усложняем совокупность элементов на пути к многодиапазонности антенн, которые обладают характеристиками 3-элементных Yagi,- мы часто забываем, что могут быть и более короткие пути к достижению цели, особенно, если нет доступа к инженерному обеспечению на всё время разработки антенны. Двухдиапазонный комбинированный “бим”, приведённый здесь, может оказаться одним из готовых решений для домашнего конструирования.

Хотя сам по себе “бим” очень интересен и поучителен в отношении вопроса уменьшения экранирования и ухудшения по этой причине пространственных характеристик Yagi во многодиапазонной системе, в этой заметке, априори, изложена примерная попытка моделирования, которая позволит создать потенциальный проект с принципами построения действительно повторяемой конструкции антенны (ну и язык…). Оставим ахи и охи, как и большинство необходимых настроек для (компьютерной) модели, как и время на разработку, сомнения и поиски, чтобы для создания реальной конструкции времени потребовалось бы мало.

Тем не менее, не думайте, что разработанные модели будут являться точными чертежами Вашей будущей реальной конструкции антенны. Несмотря на предпринятые меры по исключению негативных факторов при переводе модели в физические реальные формы, всё-равно, дополнительных подстроек и уточнений при постройке антенны и окончательной её настройке не избежать. Действительно, упразднение всех стяжек и муфт, свойственных использованию реальных материалов, порой, просто невозможно без ослабления антенной структуры. Всё равно упражнение в моделировании как это, например, да приложенное к Вашему собственному проекту, поможет продуктивно распорядиться временем и минимизировать стресс от сознания того, что не знаешь, что делать дальше, чтобы добиться от антенны максимума её возможностей.

В результате упражнения в моделировании появилась также вполне “удобоваримая” в домашних условиях конструкция антенны. Двухдиапазонные конструкции могут быть неплохо скомлектованы из отдельных однодиапазонных 3-элементных Yagi, то же можно посоветовать и для трёхдиапазонных конструкций. Крепить элементы нужно “на века”, хотя профилактику антенным системам рекомендуется делать ежегодно.

Дополнение: а можно ли повторить всё это, но с 4 элементами на каждом диапазоне?

Исходные антенны: Да, подобную комбинацию возможно создать на основе 4-элементных Yagi. И снова я начал, теперь с разработки K6STI для длины траверсы в 26 футов, немного более длинной, чем траверса в 24 фута, использовавшаяся для стартового 3-элементного “бима’ на диапазон 20 метров. Я взял Yagi с диаметром элементов 0,75 дюйма на 20-метровом диапазоне и 0,5 дюйма на диапазоне 15 метров. (Это означает, что я перевёл антенну 20-метрового диапазона в антенну 15-метрового и принял получившийся размер, не мудрствуя лукаво). Таблицы проводников и цифровые значения полученных характеристик приведены ниже:

20 Meters
--------------- WIRES ---------------
Wire Conn.--- End 1 (x,y,z : in) Conn.--- End 2 (x,y,z : in) Dia(in) Segs
1 -208.50, 0.000, 0.000 208.500, 0.000, 0.000 7.50E-01 21
2 -197.00, 72.000, 0.000 197.000, 72.000, 0.000 7.50E-01 21
3 -195.40,132.000, 0.000 195.400,132.000, 0.000 7.50E-01 21
4 -183.10,306.000, 0.000 183.100,306.000, 0.000 7.50E-01 21
-------------- SOURCES --------------
Source Wire Wire #/Pct From End 1 Ampl.(V, A) Phase(Deg.) Type
Seg. Actual (Specified)
1 11 2 / 50.00 ( 2 / 50.00) 1.000 0.000 I

Fq 14.0 14.15 14.35
Gain dBi 8.41 8.49 8.62
F-B dB 21.31 23.48 21.73
Feed Z ohms 25.2 - j32.7 28.0 - j30.3 19.8 - j25.2

----------------------------------------------------------------------

15 Meters
--------------- WIRES ---------------
Wire Conn.--- End 1 (x,y,z : in) Conn.--- End 2 (x,y,z : in) Dia(in) Segs
1 -139.00, 0.000, 0.000 139.000, 0.000, 0.000 5.00E-01 15
2 -131.33, 48.000, 0.000 131.333, 48.000, 0.000 5.00E-01 15
3 -130.27, 88.000, 0.000 130.267, 88.000, 0.000 5.00E-01 15
4 -122.07,204.000, 0.000 122.067,204.000, 0.000 5.00E-01 15
-------------- SOURCES --------------
Source Wire Wire #/Pct From End 1 Ampl.(V, A) Phase(Deg.) Type
Seg. Actual (Specified)

1 11 2 / 50.00 ( 2 / 50.00) 1.000 0.000 I

Fq 21.0 21.2 21.45
Gain dBi 8.41 8.48 8.58
F-B dB 21.32 23.67 21.71
Feed Z ohms 25.2 - j32.7 28.0 - j29.9 23.0 - j27.2

Главным преимуществом этих антенн над 3-элементными моделями являются более сглаженные пространственные характеристики по всему интересующему нас диапазону частот, как в плане усиления, так и в плане соотношения излучений вперёд-назад. Заметьте также, из раскладок по проводникам, что в этих антеннах три самых задних элемента стянуты друг к другу, а самый передний директор находится на значительном расстоянии от остальных элементов.

Комбинация. Я только проверил эти антенны на принципиальном уровне, так что последующая схема может претерпеть значительные изменения, прежде чем антенна станет рабочей и имеющей элементы с переменным диаметром. Тем не менее, комбинация антенн, в принципе, работает хорошо, практически с полным сохранением отношения излучений вперёд-назад и немного возросшим усилением.

Направленные антенны на диапазоны 20-15 метров: по 4 элемента каждая (см. размеры и расстояния между элементами в тексте)

Самым большим недостатком этой конфигурации является очень низкий импеданс в точке питания, вносимый в антенну 15-метрового диапазона.

Требуемая конфигурация помещает два директора (15 м) перед фронтальным директором 20 метрового диапазона, что в результате требует длины траверсы в 38 футов. Что выбрать, или пожертвовать усилением двухдиапазонной антенной системы или смириться с увеличением длины траверсы, чтобы избежать уменьшения импеданса в точке питания антенны на 15-метровый диапазон – выбор разработчика.

Вот таблица для проводников:

--------------- WIRES ---------------
Wire Conn.--- End 1 (x,y,z : in) Conn.--- End 2 (x,y,z : in) Dia(in) Segs
1 -139.00,250.000, 0.000 139.000,250.000, 0.000 5.00E-01 15
2 -133.50,298.000, 0.000 133.500,298.000, 0.000 5.00E-01 15
3 -130.27,338.000, 0.000 130.267,338.000, 0.000 5.00E-01 15
4 -122.07,454.000, 0.000 122.067,454.000, 0.000 5.00E-01 15
5 -210.00, 0.000, 0.000 210.000, 0.000, 0.000 7.50E-01 21
6 -199.00, 72.000, 0.000 199.000, 72.000, 0.000 7.50E-01 21
7 -195.40,132.000, 0.000 195.400,132.000, 0.000 7.50E-01 21
8 -182.00,306.000, 0.000 182.000,306.000, 0.000 7.50E-01 21
-------------- SOURCES --------------
Source Wire Wire #/Pct From End 1 Ampl.(V, A) Phase(Deg.) Type
Seg. Actual (Specified)
1 8 2 / 50.00 ( 2 / 50.00) 1.000 0.000 I
(15-meter source shown--20-meter source is 2/50.)

В этой таблице первыми стоят элементы 15-метрового диапазона.

Характеристики модели:

Fq 14.0 14.15 14.35
Gain dBi 8.61 8.66 8.77
F-B dB 20.92 20.30 21.29
Feed Z ohms 30.0 - j22.1 32.4 - j21.6 20.95- j17.8

Fq 21.0 21.2 21.45
Gain dBi 8.42 8.51 8.66
F-B dB 22.69 21.66 20.33
Feed Z ohms 9.83 - j22.5 8.18 - j14.6 10.0 - j 7.4

Помните, что все цифры характеристик – объекты для вариаций, при этом усиление меняется на +/- 0,1 дБ, соотношение излучений вперёд-назад может меняться на +/- 1 дБ - это зависит от используемой программы моделирования (предполагается, что стартовые модели идентичны).

Эта модель утверждает, что система из двух 4-элементных Yagi является возможной, но может приближаться к пределам возможности метода (моделирования). Траверса “подросла” значительно, а импеданс в точке питания антенны на 15-метровый диапазон упал до уровня, когда потери в физических контактах начинают противодействовать росту усиления. Увеличение импеданса в точке питания антенны на 15-метровом диапазоне требует изменения положения элементов или их размеров, что уменьшает усиление или уменьшает полосу пропускания антенны на этом диапазоне.

Дальнейшая оптимизация возможна, и, конечно же, будет необходима в комбинации антенн с коническими элементами (элементами с переменными диаметрами).

Проверка конических элементов: Некоторое время, после работы с 4-элементными Yagi с постоянными диаметрами элементов, я не желал посвящать время изучению того, что же может произойти с антеннами, если в них использовать конические элементы. Вот тут-то Gene, UA4RZ и попросил меня взглянуть на его разработки, над которыми он в то время работал, так что пришло время попробовать состыкованную систему в разработках, которые можно и воплощать в жизнь. Антенны выполняются в добротном любительском стиле из материалов, доступных конструктору.

Сначала – модели: К моделям UA4RZ необходимо применить две небольшие модификации. Я исключил 0,1 дюйма из длины рефлектора диапазона 20 метров с диаметром 0,85 дюйма, которая поглотила и 0,1 дюйма в прилежащей секции (видимо, для симметрии). Это позволило мне использовать сегменты (коленья) длиной примерно по 10 дюймов, которые близки по длине центральной секции. Диаметр центральной секции пришлось также уменьшить до 2 дюймов, поскольку в программе NEC-4 существуют ограничения, когда диаметр элемента изменяется на слишком большую величину и слишком резко.

20 meter antenna:
Frequency = 14.175 MHz.
Wire Loss: Copper -- Resistivity = 1.74E-08 ohm-m, Rel. Perm. = 1
--------------- WIRES ---------------
Wire Conn. --- End 1 (x,y,z : in) Conn. --- End 2 (x,y,z : in) Dia(in) Segs
1 -217.63, 0.000, 0.000 W2E1 -164.10, 0.000, 0.000 7.00E-01 5
2 W1E2 -164.10, 0.000, 0.000 W3E1 -89.000, 0.000, 0.000 1.20E+00 7
3 W2E2 -89.000, 0.000, 0.000 W4E1 -4.000, 0.000, 0.000 1.50E+00 8
4 W3E2 -4.000, 0.000, 0.000 W5E1 4.000, 0.000, 0.000 2.00E+00 1
5 W4E2 4.000, 0.000, 0.000 W6E1 89.000, 0.000, 0.000 1.50E+00 8
6 W5E2 89.000, 0.000, 0.000 W7E1 164.100, 0.000, 0.000 1.20E+00 7
7 W6E2 164.100, 0.000, 0.000 217.634, 0.000, 0.000 7.00E-01 5
8 -201.30, 71.995, 0.000 W9E1 -189.00, 71.995, 0.000 8.50E-01 1
9 W8E2 -189.00, 71.995, 0.000 W10E1 -89.000, 71.995, 0.000 1.20E+00 10
10 W9E2 -89.000, 71.995, 0.000 W11E1 -4.000, 71.995, 0.000 1.50E+00 8
11 W10E2 -4.000, 71.995, 0.000 W12E1 4.000, 71.995, 0.000 2.00E+00 1
12 W11E2 4.000, 71.995, 0.000 W13E1 89.000, 71.995, 0.000 1.50E+00 8
13 W12E2 89.000, 71.995, 0.000 W14E1 189.000, 71.995, 0.000 1.20E+00 10
14 W13E2 189.000, 71.995, 0.000 201.302, 71.995, 0.000 8.50E-01 1
15 -197.00,131.990, 0.000 W16E1 -189.00,131.990, 0.000 8.50E-01 1
16 W15E2 -189.00,131.990, 0.000 W17E1 -89.000,131.990, 0.000 1.20E+00 10
17 W16E2 -89.000,131.990, 0.000 W18E1 -4.000,131.990, 0.000 1.50E+00 8
18 W17E2 -4.000,131.990, 0.000 W19E1 4.000,131.990, 0.000 2.00E+00 1
19 W18E2 4.000,131.990, 0.000 W20E1 89.000,131.990, 0.000 1.50E+00 8
20 W19E2 89.000,131.990, 0.000 W21E1 189.000,131.990, 0.000 1.20E+00 10
21 W20E2 189.000,131.990, 0.000 197.003,131.990, 0.000 8.50E-01 1
22 -183.53,305.977, 0.000 W23E1 -164.10,305.977, 0.000 7.00E-01 2
23 W22E2 -164.10,305.977, 0.000 W24E1 -89.000,305.977, 0.000 1.20E+00 7
24 W23E2 -89.000,305.977, 0.000 W25E1 -4.000,305.977, 0.000 1.50E+00 8
25 W24E2 -4.000,305.977, 0.000 W26E1 4.000,305.977, 0.000 2.00E+00 1
26 W25E2 4.000,305.977, 0.000 W27E1 89.000,305.977, 0.000 1.50E+00 8
27 W26E2 89.000,305.977, 0.000 W28E1 164.100,305.977, 0.000 1.20E+00 7
28 W27E2 164.100,305.977, 0.000 183.529,305.977, 0.000 7.00E-01 2
-------------- SOURCES --------------
Source Wire Wire #/Pct From End 1 Ampl.(V, A) Phase(Deg.) Type
Seg. Actual (Specified)
1 1 11 / 50.00 ( 11 / 50.00) 1.000 0.000 V

Усиление: 8.77 дБ (по отношению к изотропному излучателю) в свободном пространстве

Соотношение излучений вперёд-назад: 23,26 дБ
Импеданс источника: 25,96 - j21.76 Ом (приемлемо для бета-согласования)

15 meter antenna:
Frequency = 21.224 MHz.
Wire Loss: Copper -- Resistivity = 1.74E-08 ohm-m, Rel. Perm. = 1
--------------- WIRES ---------------
Wire Conn. --- End 1 (x,y,z : in) Conn. --- End 2 (x,y,z : in) Dia(in) Segs
1 -142.01, 0.000, 0.000 W2E1 -114.00, 0.000, 0.000 7.00E-01 3
2 W1E2 -114.00, 0.000, 0.000 W3E1 -4.000, 0.000, 0.000 1.00E+00 11
3 W2E2 -4.000, 0.000, 0.000 W4E1 4.000, 0.000, 0.000 2.00E+00 1
4 W3E2 4.000, 0.000, 0.000 W5E1 114.000, 0.000, 0.000 1.00E+00 11
5 W4E2 114.000, 0.000, 0.000 142.013, 0.000, 0.000 7.00E-01 3
6 -133.99, 48.000, 0.000 W7E1 -114.00, 48.000, 0.000 7.00E-01 2
7 W6E2 -114.00, 48.000, 0.000 W8E1 -4.000, 48.000, 0.000 1.00E+00 11
8 W7E2 -4.000, 48.000, 0.000 W9E1 4.000, 48.000, 0.000 2.00E+00 1
9 W8E2 4.000, 48.000, 0.000 W10E1 114.000, 48.000, 0.000 1.00E+00 11
10 W9E2 114.000, 48.000, 0.000 133.995, 48.000, 0.000 7.00E-01 2
11 -129.89, 82.000, 0.000 W12E1 -114.00, 82.000, 0.000 7.00E-01 2
12 W11E2 -114.00, 82.000, 0.000 W13E1 -4.000, 82.000, 0.000 1.00E+00 11
13 W12E2 -4.000, 82.000, 0.000 W14E1 4.000, 82.000, 0.000 2.00E+00 1
14 W13E2 4.000, 82.000, 0.000 W15E1 114.000, 82.000, 0.000 1.00E+00 11
15 W14E2 114.000, 82.000, 0.000 129.888, 82.000, 0.000 7.00E-01 2
16 -119.54,198.000, 0.000 W17E1 -114.00,198.000, 0.000 7.00E-01 1
17 W16E2 -114.00,198.000, 0.000 W18E1 -4.000,198.000, 0.000 1.00E+00 11
18 W17E2 -4.000,198.000, 0.000 W19E1 4.000,198.000, 0.000 2.00E+00 1
19 W18E2 4.000,198.000, 0.000 W20E1 114.000,198.000, 0.000 1.00E+00 11
20 W19E2 114.000,198.000, 0.000 119.539,198.000, 0.000 7.00E-01 1
-------------- SOURCES --------------
Source Wire Wire #/Pct From End 1 Ampl.(V, A) Phase(Deg.) Type
Seg. Actual (Specified)
1 1 8 / 50.00 ( 8 / 50.00) 1.000 0.000 V

Усиление: 8.76 дБ (относительно изотропного излучателя в свободном пространстве)

Соотношение излучений вперёд-назад: 22,97 дБ
Импеданс источника: 31,7 - j16,41 Ом

Комбинация. Я попытался сочетать антенну 15 метрового диапазона с антенной 20-метрового. Вначале, я установил рефлектор (15 м) на отметке 177 дюймов от нулевой отметки рефлектора диапазона 20 метров. Это помещает все элементы, кроме переднего директора между двумя директорами 20 метрового диапазона. Затем я передвинул антенну 15 метрового диапазона вперёд на 10 дюймов (относительно рефлектора), до тех пор, пока внутренний директор 15-метрового диапазона и внешний директор 20-метрового почти коснулись друг друга. Вот, что я получил:

15 Ref 20 meters 15 meters
from 0 Gain F-B Feed Z Gain F-B Feed Z
177 8.96 20.64 26.5-19.5 8.26 15.73 58.5-2.0
187 8.98 20.46 26.9-19.5 8.38 15.74 46.5+11.7
197 8.99 20.33 27.3-19.5 8.47 15.63 30.1+15.6
207 9.00 20.28 27.6-19.6 8.51 15.30 16.7+11.6
217 9.01 20.40 27.7-19.9 8.50 14.55 8.0+4.4

Здесь я вышел за допустимые нормы, но соотношение излучений вперёд-назад на диапазоне 15 метров остаётся низким, тогда как импеданс в точке питания на этом диапазоне – очень низок. На систему диапазона 20 метров манипуляции не повлияли почти ничуть. Итак, я продвинул антенну 15-метрового диапазона на 20 дюймов вперёд, что позволило разместить два директора перед последним (фронтальным) директором антенны 20-метрового диапазона.

237 9.05 20.02 28.7-20.4 8.67 17.46 6.8-5.8
247 9.07 19.98 29.1-20.9 8.75 19.86 5.8-13.9
250 9.08 19.92 29.1-21.1 8.78 20.49 4.7-17.0

Ну, вот, я опять вышел за рамки. Усиление на диапазоне 15 метров возросло, понемножку ползёт вверх и соотношение излучений вперёд-назад, но импеданс в точке питания – очень-очень низок. Так что, я передвинул все элементы, кроме рефлектора, установив все перед последним директором диапазона 20 метров.

270 9.13 19.53 30.0-22.1 8.62 24.42 14.9-17.1
275 9.15 19.42 30.2-22.4 8.62 24.38 19.8-16.2
280 9.16 19.36 30.3-22.8 8.62 24.24 23.6-16.1

Последняя позиция или две (рефлектор диапазона 15 метров, расположенный в 275 или 280 дюймах перед рефлектором 20-метрового диапазона) оказываются лучшим компромиссом для обеих антенн. Тем не менее, общая сборка получается длиннее, чем конструкция с коническими (monotapered) проводниками элементов изначальной фазы. Тем не менее, если есть возможность применения траверсы длиной 40 футов, пара антенн, практически, стыкуется и оставляет неплохое впечатление о себе. Конечно же, у Вас есть право применения промежуточных конструкций, на пути возврата к отметке 177 дюймов, если Вас устраивает немного меньшее усиление и соотношение излучений вперёд-назад на диапазоне 15 метров.

Для справки, вот здесь приведено описание модели на конечной стадии разработки:

Frequency = 14.175 MHz.
Wire Loss: Copper -- Resistivity = 1.74E-08 ohm-m, Rel. Perm. = 1
--------------- WIRES ---------------
Wire Conn. --- End 1 (x,y,z : in) Conn. --- End 2 (x,y,z : in) Dia(in) Segs
1 -217.63, 0.000, 0.000 W2E1 -164.10, 0.000, 0.000 7.00E-01 5
2 W1E2 -164.10, 0.000, 0.000 W3E1 -89.000, 0.000, 0.000 1.20E+00 7
3 W2E2 -89.000, 0.000, 0.000 W4E1 -4.000, 0.000, 0.000 1.50E+00 8
4 W3E2 -4.000, 0.000, 0.000 W5E1 4.000, 0.000, 0.000 2.00E+00 1
5 W4E2 4.000, 0.000, 0.000 W6E1 89.000, 0.000, 0.000 1.50E+00 8
6 W5E2 89.000, 0.000, 0.000 W7E1 164.100, 0.000, 0.000 1.20E+00 7
7 W6E2 164.100, 0.000, 0.000 217.634, 0.000, 0.000 7.00E-01 5
8 -201.30, 71.995, 0.000 W9E1 -189.00, 71.995, 0.000 8.50E-01 1
9 W8E2 -189.00, 71.995, 0.000 W10E1 -89.000, 71.995, 0.000 1.20E+00 10
10 W9E2 -89.000, 71.995, 0.000 W11E1 -4.000, 71.995, 0.000 1.50E+00 8
11 W10E2 -4.000, 71.995, 0.000 W12E1 4.000, 71.995, 0.000 2.00E+00 1
12 W11E2 4.000, 71.995, 0.000 W13E1 89.000, 71.995, 0.000 1.50E+00 8
13 W12E2 89.000, 71.995, 0.000 W14E1 189.000, 71.995, 0.000 1.20E+00 10
14 W13E2 189.000, 71.995, 0.000 201.302, 71.995, 0.000 8.50E-01 1
15 -197.00,131.990, 0.000 W16E1 -189.00,131.990, 0.000 8.50E-01 1
16 W15E2 -189.00,131.990, 0.000 W17E1 -89.000,131.990, 0.000 1.20E+00 10
17 W16E2 -89.000,131.990, 0.000 W18E1 -4.000,131.990, 0.000 1.50E+00 8
18 W17E2 -4.000,131.990, 0.000 W19E1 4.000,131.990, 0.000 2.00E+00 1
19 W18E2 4.000,131.990, 0.000 W20E1 89.000,131.990, 0.000 1.50E+00 8
20 W19E2 89.000,131.990, 0.000 W21E1 189.000,131.990, 0.000 1.20E+00 10
21 W20E2 189.000,131.990, 0.000 197.003,131.990, 0.000 8.50E-01 1
22 -183.53,305.977, 0.000 W23E1 -164.10,305.977, 0.000 7.00E-01 2
23 W22E2 -164.10,305.977, 0.000 W24E1 -89.000,305.977, 0.000 1.20E+00 7
24 W23E2 -89.000,305.977, 0.000 W25E1 -4.000,305.977, 0.000 1.50E+00 8
25 W24E2 -4.000,305.977, 0.000 W26E1 4.000,305.977, 0.000 2.00E+00 1
26 W25E2 4.000,305.977, 0.000 W27E1 89.000,305.977, 0.000 1.50E+00 8
27 W26E2 89.000,305.977, 0.000 W28E1 164.100,305.977, 0.000 1.20E+00 7
28 W27E2 164.100,305.977, 0.000 183.529,305.977, 0.000 7.00E-01 2
29 -142.01,280.000, 0.000 W30E1 -114.00,280.000, 0.000 7.00E-01 3
30 W29E2 -114.00,280.000, 0.000 W31E1 -4.000,280.000, 0.000 1.00E+00 11
31 W30E2 -4.000,280.000, 0.000 W32E1 4.000,280.000, 0.000 2.00E+00 1
32 W31E2 4.000,280.000, 0.000 W33E1 114.000,280.000, 0.000 1.00E+00 11
33 W32E2 114.000,280.000, 0.000 142.013,280.000, 0.000 7.00E-01 3
34 -133.99,328.000, 0.000 W35E1 -114.00,328.000, 0.000 7.00E-01 2
35 W34E2 -114.00,328.000, 0.000 W36E1 -4.000,328.000, 0.000 1.00E+00 11
36 W35E2 -4.000,328.000, 0.000 W37E1 4.000,328.000, 0.000 2.00E+00 1
37 W36E2 4.000,328.000, 0.000 W38E1 114.000,328.000, 0.000 1.00E+00 11
38 W37E2 114.000,328.000, 0.000 133.995,328.000, 0.000 7.00E-01 2
39 -129.89,362.000, 0.000 W40E1 -114.00,362.000, 0.000 7.00E-01 2
40 W39E2 -114.00,362.000, 0.000 W41E1 -4.000,362.000, 0.000 1.00E+00 11
41 W40E2 -4.000,362.000, 0.000 W42E1 4.000,362.000, 0.000 2.00E+00 1
42 W41E2 4.000,362.000, 0.000 W43E1 114.000,362.000, 0.000 1.00E+00 11
43 W42E2 114.000,362.000, 0.000 129.888,362.000, 0.000 7.00E-01 2
44 -119.54,478.000, 0.000 W45E1 -114.00,478.000, 0.000 7.00E-01 1
45 W44E2 -114.00,478.000, 0.000 W46E1 -4.000,478.000, 0.000 1.00E+00 11
46 W45E2 -4.000,478.000, 0.000 W47E1 4.000,478.000, 0.000 2.00E+00 1
47 W46E2 4.000,478.000, 0.000 W48E1 114.000,478.000, 0.000 1.00E+00 11
48 W47E2 114.000,478.000, 0.000 119.539,478.000, 0.000 7.00E-01 1
-------------- SOURCES --------------
Source Wire Wire #/Pct From End 1 Ampl.(V, A) Phase(Deg.) Type
Seg. Actual (Specified)
1 1 11 / 50.00 ( 11 / 50.00) 1.000 0.000 V
20-meter Source location shown. 15-meter (21.224 MHz) source is Wire 36.

Размер содержимого этого файла подтверждает мои сомнения о размещении тут ему подобных. (С другой стороны, этот файл ещё сравнительно мал относительно других моделей). Как бы там ни было, возможность работать с моделью антенны, которую кто-нибудь когда-нибудь сделает, стóит прилагаемых усилий. Как показано на последующем рисунке окончательной версии модели антенны, таковая для конструкции 4/4 элемента с постоянным диаметром вполне оптимистична, так как не демонстрирует заметного уменьшения импеданса в точке питания с двумя элементами на диапазон 15 метров, расположенными за передним директором (внутри антенного полотна) диапазона 20 метров. С коническими элементами предполагаемых типов, приемлемый импеданс в точке питания получается только когда три элемента на 15-метровый диапазон установлены впереди самого переднего директора диапазона 20 метров.

Направленные антенные системы на 20-15 метров разработки UA4RZ: каждые по 4 элемента. См. размеры в тексте.

Неужели это единственный способ выжать всё из двухдиапазонной направленной антенны? Не обязательно. Что в этом учебном материале показано, так это только один способ получения действительно полной отдачи каждой индивидуальной антенны при заданной длине траверсы и количестве элементов, подключенной последовательно или комбинированным способом. Есть и другие подходы к проблеме, такие как смена относительных расстояний между элементами и их длин, возможно применение большей взаимосвязи между антеннами в системе для обеспечения максимальных параметров каждой, свойственных ей при заданной длине траверсы (на каждом диапазоне). В настоящее время, такие направленные антенные системы, сплошь и рядом, проектируются с помощью повторяющихся технологий оптимизации, а не с помощью упрощённой процедуры смещения элементов группы, используемой в данной статье. Однако, техника оптимизации не всегда гарантирует успех в достижении тех характеристик антенн, которые должен обеспечить полный набор элементов входящих в систему Yagi.

Свободный перевод с английского: Виктор Беседин (UA9LAQ) ua9laq@mail.ru
г. Тюмень март, 2004 г