Märklig antenn

[Electricguy]

Stackade yagi-antenner med andra ord. Inte helt ovanligt när man som radioamatör kör månstuds, tex.
Att två antenner delar samma drivna element borde väl bli samma som att ha två helt separata antenner rent elektriskt.

[E Kafeman]

Det är separate antenner, fristående ur elektrisk synpunkt. De delar inte aktivt element med varandra även om det är sammanhängande ledare.
Det är parvis stackade Yagi-Uda. Stackade i betydelsen att de samverkar för att förbättra en egenskap, vanligen riktgainet.
Det är helvågs avstånd där varje matningspunkt håller ca 25 Ohm som sedan går in i en trafo med troliga omsättning omsättningen 4:1.
Antenntypen övergavs då den kostade för mycket förluster jämfört med att mata dipolen från dess mittpunkt,

Yagi stacked.png

En variant som minskade förlusterna var denna som dessutom medgav halva avståndet mellan antennerna, dvs halva våglängden.
Här sker sammankopplingen av drivna element med två ledare som löper närmare varandra.

Detta var antenntyper som utvecklades med TV på 50-talet.

En något mer sentida lösning på matning av nedan Yagi_Uda array:

Yagi_gitter.jpg

En fördel med dessa stackade antenner jämfört med andra alternativ såsom en enda men längre Yag-Uda var minskade vindlasten och var enkel att monteras på husvägg.

En annan faktor är tillverkningskostnaden som populäriserade sk. gitter.antenner. på 1980-talet. Det var enbart stackade dipoler utan direktorer. Enkla att stacka ur elektrisk synpunkt och ännu mindre vindlast jämfört med en enda YagiUda med samma rikt-gain.

1083_1.jpg

Dessa stackade antenner har det gemensamt att sammankopplingen mellan antennerna sker via två oskärmade trådar som tillsammans bildar en transmissionsledning.
Ett vanligt alternativ är annars att koppla samman drivna element i varje enskild antenn med koaxialkabel där man kan påverka impedans och faslägen genom att välja passande kabellängd och kabelimpedans.

En något mer komplicerad variant är när man aktivt kan välja olika kabellängder och på det viset påverka i vilken riktning max gain inträffar utan att behöva vrida på antenn-strukturen.

[Mizzarrogh]

Tackar för en utmärkt förklaring!
Bilden var riktigt bra.

[E Kafeman]

En bekant hade varit i USA 1945 och sett nymodigheten TV så det var något han ville ha. I Sverige skulle det dröja många år innan det blev TV-utsändningar men han ville inte vänta.
Det skulle ske försökssändningar i Stockholm 1947 så TV inskaffades men TV-signalen nådde inte fram till norra Skåne så det var bara brus i rutan.
Inför OS i London 1948 fick han veta att BBC skulle sända från dessa tävlingar på VHF kanal 1 (45 MHz).
Givetvis bara lokal utsändning men nu fanns en ny chans att få bild i rutan. Han satsades allt på en så enorm antenn-anläggning som var möjligt.
Det blev en antennanläggning motsvarande Mickes bild med 8 mastodonter, stora stackade Yagi-antenner med rotor för kunna rikta in antennerna och se på TV från London.
För att det skulle bli stadigt nog förankrades maströret i murstocken i källaren för att sticka upp genom taket 3 våningar upp och ytterligare 10-15 meter.
Med talja i toppen på maströret hissades sedan en enorm antenn-anläggning upp. Varje antenn var betydligt mer än 5 meter lång, 8 stycken.
Otroligt nog så lyckades det. Bra atmosfäriska förhållanden och bakgrundsbruset såg helt annorlunda ut på den tiden så det blev bild i rutan.
Efter att OS var över fortsatte han titta på BBC som enda kanal i flera år.
Hur pass bra det egentligen fungerade skulle varit intressant att få veta och "bra TV-bild" är ju inte samma måttstock idag men att det fungerade intygade flera andra.

År 2000, strax före sin död bad han mej om hjälp att riva den gamla antenn-anläggningen. Då fick jag anledning att besöka husets rätt stora vind för första gången.
Visste ju att han var teknikintresserad och tekniknörd i allmänhet men han hade aldrig visat vinden tidigare.
Vinden såg ut som ett museum med elektronik-prylar snyggt uppställda i hyllor och montrar i mängder. Allt från Heatkit.
Jo förklarade han, för att fördriva kvällarna när det inte fanns TV började han bygga byggsatser från Heatkit och märkligt nog byggde han förstärkare och radio-apparater inte för att använda. När något var färdigbyggt var målet nått och det färdigbyggda placerades på en hylla.
Han byggde även TV med USA standard NTSC, datorer och DX-radio fastän han varken sysslade med DX eller dator och att NTSC var meningslöst i Sverige visste han men det var inte ens något han brydde sej om.

- Varför??? undrade jag.
- Jo det var skoj att bygga och mitt tidsfördriv.
- Har du byggt allt från Heatkit?
- Jo jag har byggt allt från Heatkit, två gånger!! Köper alltid två av varje. Andra gången kan man bättre, kan planera för snyggare kabeldragning och sådant. Håller byggena för mej själv då ingen troligen förstår varför man bara bygger för att ställa på hyllor och har inget behov att visa det. Somliga köper tavlor och hänger på väggarna och detta är mina tavlor.

Allt var byggt med pedantisk prydlighet men nu var det slut. Heatkit hade kursat så det blev inte fler byggen och själv hade han fått läkarbesked att tiden var räknad.

Det var en fantastisk skatt som inte liknade något annat jag sett. Inglasad hylla efter hylla med spottar som lyste upp alla prylar. I underskåp förvarades allt överblivet material och byggbeskrivningar i total ordning.
Det var helt klart lite av byggmålet, att få något snyggt att ställa på en hylla.
En utställningslokal som Heatkit själva nog inte hade och något som han var i stort ensam om att ens ha sett då han höll sej lite för sej själv och i byn var han en kuf med den märkliga tingesten på hustaket.

Några månader efter att han gått bort träffar jag en av has släktingar och frågade vad som hände med hans saker han hade på vinden.
- Vi rensade ut allt gammalt skrot. Fyllde flera sopcontainrar bara från vinden och allt gick till soptippen.

[alexanderson]

Den dubbla yagi-antenn som jag tänkte på finns i Wireless World June 1955 sidan 261.
Den har en förstärkning på 14 dB jämfört med en dipol.
Observera att denna antenn matas annorlunda jämfört med december 1962 antennen.

[Mizzarrogh]

E Kafeman, Fantastisk berättelse! Känner igen mig rätt mycket i det. Tyvärr känner man ju igen slutet.
Att bygga TV 1945 var ju någonting helt annat än det var bara tio år senare, det ger riktig respekt!

[Biker]

Vågutbredningen på låga vhf 30-100MHz är perfekt för bra räckvidder.

En 25W amatörradiorepeater på 145MHz har samma räckvidd som en 80W 434MHz

Ökad frekvens krymper räckvidden , skillnaden mellan 700MHz mobilnät och 1800Mhz är ju 5 gånger t.ex

[hol.nick]

Såg en antenn som liknade två staplade yagiantenner.
Men istället för att varje antenn hade en dipol. Fanns en gemensam dipol liknande det drivna elementet i en quad antenn.
Har Ni sett något liknande ?
Känner Ni till vad denna antenntypen har för något namn ?

Den brukar kallas slot-beam eller slot-yagi.
inte ovanlig som 2m antenn förr.

[alexanderson]

Förklara för mig varför dipolen(det drivna elementet) bara har omkring halva längden jämfört med de övriga elementen.
Dessa båda element kan tydligen matas både i serie och parallellt.

[Mizzarrogh]

%Rätta mig gärna om jag har fel här, men är det inte så att "banorna" efter YAGIn slutar att bära av vid en viss punkt och sedan håller en "rak" bana så att om dipolen vore bredare skulle den vara "död" utanför spåret? Eller?

[Mizzarrogh]

Dvs som jag minns det så får man först en kil mot dipolen, men sedan stannar "kilen" i en gata som således bör vara vid eller framför dipolen, om jag inte är helt ute och cyklar här... Var väldigt länge sedan jag höll på med detta...

[E Kafeman]

Det finns inga dipoler på denna yagi-array.
Det finns två parallellkopplade loopantenner på vardera effektivt 1-1.5 våglängds omkrets.
Varje sådan loop kan ha i grova drag ca 100 Ohm impedans och med bägge parallel-kopplade blir det 50 Ohm.
Det finns varianter där man även har lite vingar utanpå dipolen för att det ska se ut som en halvvågs lång pinne på mastbommen men det blir ändå inte någon dipol.
Enbart drivna elementen utan passiva radiatorerna brukar av radio-amatörer kallas för delta-loop och finns i varianter med olika stora loopar i avsikt att täcka mer bandbredd.
Har här ritat in en av looparna från tidigare bild i rött.

Delta-loop.jpg

Det är i sammanhanget rätt så lätt att styra in impedansen till 100 Ohm om det är 50 Ohm man vill ha ut på koax-kabeln. Impedansen justeras enklast genom att variera loopens omkrets.

Omkretsen, dvs total röda längden är fysiskt drygt en våglängd men elektriskt är den något kortare. Man kan spela med detta en del då man kan påverka faktiska impedansen och och fungerande bandbredd samt antennens gain.
Just var gäller gain relativt den enskilda loopens omkrets kan man se nedan att den vid 1 våglängd (för cirkulär loop) ligger på 3.5 dBi. Nu är det inte en cirkulär loop vilket påverkar en del och loopen lastas impedansmässigt av de passiva radiatorerna men i stora drag är det som jämförelse relativt en likaledes ren halvågs dipol intressant då en sådan dipol ligger nära 1.5 dB lägre. Den ideala halvågsdipolen har 2.15 dBi riktgain.
Looparna lite offset relativt antennbommen vilket kostar en del gain men det rör sej säkerligen om mindre än 2 dB.
Det är för mycket att analysera totala konceptet men gissar att man nog kände till riktgainet för en loop när designen utvecklades. Trots andra förluster, bl.a pga reaktiva laster relativt dipolen så kompenserar men en del med ett bättre utgångsläge för riktgainet sett enbart till det drivna elementet och med enklare metod för arraykopplingen jämfört med impedanstransformering för varje antenn men totalt sett så är det ett sämre resultat än för mer konventionell array-koppling av dipoler.
Loop riktgain relativt loopomkretsen.

Loop_length.png

[Mizzarrogh]

Tack, då mindes jag rätt när jag hade för mig att dessa inte är dipoler förut.

[alexanderson]

Det finns inga dipoler på denna yagi-array.
Det finns två parallellkopplade loopantenner på vardera effektivt 1-1.5 våglängds omkrets.
Varje sådan loop kan ha i grova drag ca 100 Ohm impedans och med bägge parallel-kopplade blir det 50 Ohm.

Jag har skrivet att den antenn som jag syftar på finns i June 1955
Den som finns i dec. 1962 har bara vissa likheter.
Konstruktören ville anpassa antennen till en 80 ohm kabel.
Min fråga är går det att få in hela bandet 174-230 Mhz, med en sådan antenn ?

[E Kafeman]

>Jag har skrivet att den antenn som jag syftar på finns i June 1955
Den som finns i dec. 1962 har bara vissa likheter.

Ser inte någon avgörande skillnad mellan dessa antenner?

WW_1955.jpg

>Konstruktören ville anpassa antennen till en 80 ohm kabel.

Jo det går anpassa inom ett rätt brett område även utan transformering mha yttre komponenter.
Antingen väljer man någon loop-omkrets där reaktiva förlusterna naturligt är små och anpassar impedansen efter kabelns karaktäristiska impedans eller så får man själv kompensera de reaktiva förlusterna så att önskad impedans nås. Som man ser i nedan impedanskurvor finns olika längder på loopen som alla kan vara användbara utan ytterligare kompensation men för att uppnå bandbredd så vill man inte välje en loop-längd där kurvorna är brant förändrande vid mindre storleksförändring på loopen, vilket är motsvarande att förflytta sej i frekvens.
Exempelvis, om man väljer en loopomkrets på en halv våglängd är reaktiva förlusterna små. Antennens resistans är däremot hög, uppemot ett par kOhm. Om man nu kan hantera den resistansen, vilket ibland går utmärkt genom att t.ex. använda högohmig LNA som trafo innan en mer lågimpediv kabel matas så kommer det gå bra MEN eftersom impedanskurvorna är branta blir bandbredden riktigt smal.

McKinley_The analytical basis for the resonances and anti-resonances of loop antennas and meta-material ring resonators_VoR.png

Min fråga är går det att få in hela bandet 174-230 Mhz, med en sådan antenn ?

Ja det går bra. Antennen täcker alla frekvenser ner till DC så länge man inte specar krav på en minsta funktion.
Kravet kan vara på en mottagande antenn ett visst minsta gain eller att gainet sjunker med 3dB relativt maxgain.
Är det sändande antenn så är vanligt önskemål att VSWR ska hålla sej under en viss nivå inom önskade bandbredden.

För alla antenna med designad direktivitet är det vid design-jobbet en avvägning om man vill satsa på maximalt gain vid någon frekvens, vilket då smalare bandbredd, ELLER om man vill offra en del av gainet för att kunna åstadkomma en bredbandigare antenn med avseende på gain och/eller VSWR. Är antennen avsedd för en permanent broadcast sändare som bara använder en frekvens så är design-valet lättare.

Det är också så att ju högre gain man designar för så blir bandbredden per automatik smalare. En naken dipol är alltid bredbandigare vad gäller VSWR än när samma dipol är placerad i en Yagi-Uda där man satsar på 20 dBi.

Det finns färdigberäknade Yagi-varianter där man medvetet justerat element-måtten til mindre optimerat och därmed något lägre gain men istället får större användbar bandbredd.

För att belysa en annan del av bandbredden med ett litet förenklat exempel:
Om man ser på -3 dB bandbredd som funktionskrav för en viss Yagi-antenn och man vill ha ytterligare 3 dB högre riktgain än vad antennen ger finns två enkla möjligheter.
Om man fyrdubblar bomlängden och placerar ut flera direktorer så ger det ca 3 dB högre riktgain men man kommer få en smalare bandbredd relativt den kortare antennen.

Ett alternativ är att bygga ytterligare en likadan antenn som den man har och koppla dessa i bägge i array. Bägge antennerna har samma bandbredd. Två antenner i array ger också 3dB högre riktgain än för den enskilda antennen.
Vad händer med bandbredden för arrayen relativt de enskilda antennerna?
Jo den smalnar av då de bägge gainkurvorna adderas. När den ena antennens gain fallit med 1,5 dB vid sidan av maxgainet/centerfrekvensen, kommer summan för de bägge antennerna då falla 3 dB.

Hur man än vänder på det så är det ofta så att man kan välja att designa för bandbredd eller gain, man kan inte få bägge på en passivt tunad antenn.

Att trimma ner riktgainet på en Yagiantenn kan göras genom att justera elementen längd och placering till mått som är mindre optimala vad gäller gain för en centerfrekvens men ett annat sätt som ger motsvarande effekt är att öka elementens rymdutbredning. Det behöver inte vara solid utbredning utan man kan ge elementen utformning där de koniskt blir tjockare, typ kvastar eller som vi ofta ser på UHF TV-antenner som behöver kunna ta emot över stor bandbredd., där elementen bredas typ två spadar. Dock, behöver man riktigt högt så vä'ljer man ofta att bortse från halva UHF-bandet för vanliga konsument-antenner. Konsumenten måste då välja antenn för antingen nedre eller övre UHF-bandet.
'

TV_medium.jpg

Direktorerna förgrenar sej typ gafflar eller spadar för ökad bandbredd, ett jämnare rikt-gain över ett specifikt frekvensområde i utbyte mot lägre peak-gain vid centerfrekvensen.