Menu

16. Sugárzáscsatolású antennaelemekkel ellátott, elforgatható iránysugárzók

 

Nagy távolságok áthidalására szívesen használ a rádióamatőr elforgatható iránysugárzókat. Ezek az antennák általában könnyűfém csövekből készülnek, és felállításukhoz megfelelő helyről kell gondoskodni a háztetőn. Ehhez jön még a stabil tartóoszlop és a megbízható forgatószerkezet. A nagy mechanikai kézügyességen kívül jó biztonságtechnikai ismeretek is szükségesek.

Az elforgathatóan felszerelt egyszerű, félhullámú dipólus is már jól használható iránysugárzónak tekinthető. Minthogy a vízszintes síkban, két irányban sugároz (3.8. ábra), 180° elforgatási szög elegendő ahhoz, hogy minden irányban a lehető legnagyobb teljesítményt lehessen kisugározni.

A félhullámú dipólusból úgy készíthetünk egy irányú, kételemes iránysugárzót, hogy vele párhuzamosan, körülbelül negyedhullámhossznyi távolságban egy sugárzáscsatolású reflektort helyezünk el. Ez a reflektor egy egyszerű rúd vagy huzaldarab, mintegy 5%-kal hosszabb a félhullámú sugárzónál, és nem szabad összekötni sem az adóval, sem pedig a táplált antennaelemmel. Az ilyen gerjesztetlen antennaelemeket, amelyeket csak a sugárzás csatolja a táplált elemhez, parazita-antennaelemeknek vagy szekunder sugárzóknak nevezzük.

Több parazita-elemmel ellátott antennákat legelőször 1926-ban, japán nyelven a japán Uda S. (a Tohoku Egyetem professzora), később pedig angolul egy kollegája, Yagi H. ismertetett. Ezért Yagi-Uda-antennáknak vagy röviden Yagi-antennáknak nevezzük őket.

A közvetlen táplálás nélküli (parazita-) antennaelem induktív fáziseltolás hatására, mint reflektor, kapacitív fáziseltolás hatására, pedig mint direktor (hullámirányító) működik. A reflektor hosszabb, a direktor pedig rövidebb a táplált antennaelemnél.

A teljesítménynövekedés, amelyet a parazita antennaelem révén a fő sugárzási irányban lehet el érni, attól függ, hogy milyen távol van a szekunder sugárzó a táplált elemtől. A 16.1. ábrán jól követhetjük, hogyan befolyásolja a reflektor távolsága a gyakorlatilag elérhető antennanyereség nagyságát. Mint látjuk, az S=0,23λ reflektortávolságnak széles maximum felel meg az antennanyereség görbéjén, és a gyakorlatban ez a maximum (a félhullámú dipólusra vonatkoztatva) körülbelül 4dB lehet.

 

16.1. ábra. A sugárzóból és egy R parazita-reflektorból összeállított rendszerben gyakorlatilag elérhető antennanyereség a λ hullámhosszban kifejezett S reflektortávolság függvényében

 

Ha a táplált antennaelemet direktorral kombináljuk, a 16.2. ábra szerint valamivel nagyobb antennanyereséget, S=0,11λ direktortávolsággal 4,3 dB-t érhetünk el.

Rövidhullámra többnyire direktor a kételemes iránysugárzók parazita-eleme. Ennek oka nem annyira az a csekély többlet, amelyet az antenna nyereségben a sugárzóból és reflektorból álló rendszerhez képest lehet elérni, hiszen ennek alig van gyakorlati jelentősége.

 

16.2. ábra. A sugárzóból és egy D parazita-direktorból összeállított rendszerben gyakorlatilag elérhető antennanyereség a λ hullámhosszban kifejezett S direktortávolság függvényében

 

A döntő szempont, amiért sugárzóból és direktorból állítjuk össze a rendszert, az a tény, hogy körülbelül egy tized hullámhossznyi direktortávolság már elegendő a legnagyobb antennanyereség eléréséhez, míg a reflektort, hogy ugyanezt az eredményt elérhessük, majdnem egy negyed hullámhossznyira kellene el távolítani a táplált antennaelemtől (hasonlítsuk csak össze a 16.1. ábrát a 16.2. ábrával!). Ezen kívül a direktor körülbelül 10%-kal rövidebb is, mint a reflektor. Az ilyen "megtakarítások" nem sokat számítanak az ultrarövid hullámokon, a rövidhullámok tartományában azonban nagyon jelentősek.

 

 

16.3. ábra. A reflektor hossza és távolsága közötti összefüggés

 

A parazita-elem optimális hossza a táplált antennaelemtől számított távolságától függ. Általában annál hosszabbra kell vennünk a reflektort, minél messzebb helyezzük el a sugárzótól. Ezzel szemben a direktor annál rövidebb, minél nagyobb az S távolság. A reflektor hosszának méretezéséhez az aktív elemtől számított távolság függ vényében a 16.3. ábrán közlünk hozzávetőleges értékeket, a 16.4. ábrán pedig a direktorok hosszára adunk hasonló értékeket. Ebben az esetben a legnagyobb nyereséghez tartozó közelítő értékekről van szó. Más hosszméreteket kell vennünk azonban, ha például különösen nagy sávszélességet, vagy aránylag nagy sugárzási ellenállást akarunk elérni a rendszerben. Ehhez ugyanis hosszabb reflektorra, illetve rövidebb direktorra van szükség.

 

16.4. ábra. A direktor hossza és távolsága közötti összefüggés

 

A táplált antennaelem talpponti ellenállása a távolságtól és a hossztól függ. Általában annál nagyobb mértékben csökken a sugárzási ellenállás, ezzel együtt a talpponti ellenállás is, minél közelebb hozzuk a parazita-antennaelemet vagy antennaelemeket a táplált elemhez. Hogy a reflektor vagy direktor S távolságától függően nagyjából mekkora talpponti ellenállásra számíthatunk, a 16.5. ábráról olvashatjuk le. Ezek a közelítő értékek arra az esetre érvényesek, amikor a legnagyobb antennanyereségre méretezzük az antennaelemek hosszát. Mint a görbéken látjuk, az 5=0,1λ távolságokra 15Ω-nál kisebb talpponti ellenállás adódik. Ez azt jelenti, hogy a kis ellenállásértékeknek megfelelő nagy áramerősségek nagyon meg növelik a Joule-veszteségeket, úgyhogy a gyakorlatban egyre nehezebben közelíthetjük meg az elméletileg lehetséges antennanyereséget. Az elemek közötti távolság csökkenésével egyúttal rohamosan csökken a sávszélesség, aminek következtében kritikussá válik a rendszer rezonanciaméretezése.

 

16.5. ábra. A reflektorral vagy direktorral ellátott fél hullámú dipólus talppontjában mérhető ellenállás a parazita-elem távolságának függvényében

 

Ezért aránylag nagy távolságra kell törekedni; ily módon esetleg nem kapjuk meg a legnagyobb nyereséget, de aránylag nagy lesz a sugárzási ellenállás (kisebbek a veszteségek), megnő a sávszélesség, tehát a rezonanciaméretezés nem követel meg olyan nagy pontosságot. Az antennaelemek hosszával ezen kívül úgy befolyásolhatjuk a sávszélességet és a sugárzási ellenállást, hogy az egymáshoz aránylag közel elhelyezett antennaelemekkel is ki elégítően széles sávot, egyúttal aránylag nagy talpponti ellenállást érjünk el. Ily módon már az egy szerű Yagi-rendszereket is nagyon sokféleképpen méretezhetjük úgy, hogy egy-egy meghatározott célra optimális viszonyokat kapjunk.

A rövidhullámú, irányhatású antennák általában legfeljebb két parazita-elemet tartalmaznak, úgyhogy a rendszer ilyen körülmények között egy táplált félhullámú dipólusból, egy reflektorból és egy direktorból tevődik össze. Ez a legkisebb Yagi antenna, és minthogy összesen három tényleges eleme van, háromelemes Yagi-antennának nevezzük. Kivételekre főként a 10m-es amatőrsávban bukkanunk, itt ugyanis háromnál több elemet tartalmazó Yagi-antennák is használatosak.

A háromelemes Yagi-antennával gyakorlatilag elérhető antennanyereség körülbelül 7dB. A rövidhullámok tartományában szokásos amatőr antennák nyeresége átlagosan 5,5...6,5dB. Példaként a 16.6. ábrán megmutatjuk, hogyan változik a direktor távolságának függvényében egy háromelemes Yagi-antenna nyeresége, ha a reflektor távolságát 0,2λ rögzített értéken tartjuk.

 

16.6. ábra. A háromelemes antenna nyeresége a direk tor távolságának függvényében arra az esetre, amikor a reflektor távolsága 0,2λ

 

 

16.7. ábra. A háromelemes Yagi-antenna táplált ele mének hossza a direktor és a reflektor távolságának függvényében

 

Az optimálisan méretezendő Yagi-antennában nemcsak a parazita-elemek távolságát és hosszát kell a kitűzött célnak megfelelően beállítani, hanem a táplált elem rezonanciahosszát is módosítanunk kell aszerint, hogy miként állítottuk be a szekunder elemek távolságát. A táplált dipólus optimális hossza annál kisebb, minél kisebbre vesszük a parazita-elemek távolságát. Jól kivehető ez a 16.7. ábrán, amelyen a sugárzó optimális hosszát a reflektor és a direktor távolságának függvényében mértük fel. Ilyenkor is csak irányértékeket közlünk arra az esetre, amikor a legnagyobb nyereségre kell elvégezni a méretezést. A táplált elem karcsúságát is figyelembe kell itt venni.

 

 

 

Delta loop antennák a 10 és a 15m-es sávra
Tartalom
A forgatható iránysugárzók gazdaságossága