Simulation eines 2 m langen Yagi mit 5 Elementen vor dem Schneiden von Aluminium mit NEC2

Warum vor dem Schneiden simulieren?

Das Schneiden von Aluminiumrohren für einen Yagi ist billig. Wenn man es falsch macht, stellt man fest, dass die Verstärkung 1,5 dB unter der Aussage aus dem Lehrbuch liegt, und der Wiederaufbau nicht. Noch wichtiger ist, dass bei schwachem Signal bei 144 MHz — EME (Earth-Moon-Earth Moonbounce) oder Tropostreuung — ein Verstärkungsfehler von 1 dB kein Rundungsproblem ist. Bei einem EME-Pfadverlust von etwa 252 dB ist jedes einzelne dB aussagekräftig.

NEC2 (Numerical Electromagnetics Code) ist seit 40 Jahren der Referenzsimulator für Drahtantennen. Er löst die MoM-Integralgleichung (Method of Moments) für die Stromverteilung auf Drahtstrukturen und liefert innerhalb von Sekunden Fernfeldmuster, Verstärkung, Verhältnis von vorne zu hinten und Impedanz am Einspeisepunkt. Das [Antenna Sim-Tool] (/tools/antenna-sim) installiert NEC2 in Ihrem Browser — eine Linux-Installation ist nicht erforderlich.

Das Design: 5-Element-Yagi bei 145 MHz

Warum 5 Elemente? Ein Yagi mit 3 Elementen auf 2 m liefert eine Verstärkung von etwa 7,5—8 dBd bei einem Verhältnis von vorne nach hinten von 20—22 dB. Das ist ausreichend für lokales SSB, aber nicht für EME, wo Sie jedes dB erreichen wollen, das Sie aus einem einzigen Boom herausholen können, und F/B ist wichtig, da Grundgeräusche von der Rückkeule direkt Ihre Systemgeräuschtemperatur erhöhen.

Ein gut optimiertes Design mit 5 Elementen erreicht eine Verstärkung von etwa 10 dBd mit einem F/B-Wert von 26—28 dB, was einer deutlichen Verbesserung von 2 dB gegenüber dem 3-el entspricht — was einer mehr als Verdoppelung der Sendeleistung beim Empfang entspricht.

Simulationseingänge

Für den Lauf auf echtem Boden:

Ergebnisse im Bereich Freiraum

Wenn sich die Antenne im freien Raum befindet, gibt NEC2 Folgendes zurück:

Die Feedpoint-Impedanz von 47 + j3 Ω ist im Wesentlichen ideal für eine direkte 50-Ω-Koaxialeinspeisung — kein passendes Netzwerk erforderlich. Der gefaltete Dipol transformiert den niedrigen Strahlungswiderstand eines parasitär belasteten angetriebenen Elements auf natürliche Weise bis in den Koaxialimpedanzbereich.

Die Verstärkung im Freiraum entspricht der Näherungsformel für die Yagi-Verstärkung als Funktion der Auslegerlänge:

„MATHBLOCK_0“

Bei „MATHINLINE_1“ und „MATHINLINE_2“ bei 145 MHz ergibt dies „MATHINLINE_3“ — eine grobe Schätzung; das NEC2-Ergebnis von 10,1 dBd spiegelt die genauere Optimierung von Elementabständen und -längen wider.

Realer Boden gegen Freiraum: Die Überraschung

Schalte die Simulation auf Realboden (σ = 0,005, μr = 13) mit der Antenne in 6 m Höhe (2,9λ) um und das Bild ändert sich:

Bei niedrigen Höhenwinkeln erhöht sich die Bodenreflexion um etwa 3 dB — genau das, was für Tropostreuung und EME-Strecken erforderlich ist (die Mondhöhe beträgt in der Regel 5—30°, wenn sie von mittleren Breitengraden aus zugänglich ist). Diese Bodenverstärkung ist kostenlos. Sie erhalten sie nur, wenn Sie die Antenne auf der richtigen Höhe aufstellen. Das reduzierte F/B im realen Bodenfall ist darauf zurückzuführen, dass Bodenreflexionen im Hintergrund den Nullpunkt teilweise ausfüllen — immer noch mehr als akzeptabel.

Für EME-Operatoren bedeutet dies, dass die effektive Systemverstärkung 13,4 dBd bei 12° Höhe beträgt, nicht der Freiraum 10,1 dBd. Dieser Unterschied von 3,3 dB verändert die Berechnung des Verbindungsrandes erheblich. Verwenden Sie den [RF Link Budget-Rechner] (/calculators/rf/rf-link-budget), wobei EIRP auf der realen Bodenspitzenverstärkung basiert, um das gesamte EME-Pfadbudget zu berechnen.

Vergleich von 3-El und 5-El auf dieser Höhe

Beim Betrieb der 3-Element-Version im gleichen NEC2-Setup (1,0 m Ausleger, gleicher Elementdurchmesser) ergibt sich:

Das 5-Element gewinnt mit 2,5 dB an der tatsächlichen Pfadverstärkung und 6 dB an F/B. Für eine Single-YAGI-Station, die EME versucht, ist 5-EL die vernünftigste Wahl; die meisten seriösen EME-Operatoren kombinieren vier oder mehr davon.

Praktische Baunotizen zu den Simulationsoberflächen

Die Isolierung zwischen den Komponenten ist ausschlaggeben. NEC2 modelliert Elemente als durchgehende Drähte. Wenn Sie Aluminiumelemente direkt an einem leitfähigen Aluminiumausleger montieren, schließen Sie das Element in der Mitte des Auslegers kurz ab und verstimmen die Anordnung. Isolieren Sie entweder jedes Element vom Ausleger oder verwenden Sie ein nichtleitendes Glasfaserrohr — die Simulation geht von letzterem aus. Abstand der angetriebenen Elemente. Der gefaltete Dipol benötigt einen Abstand von etwa 15 mm rund um den Zuführspalt. Das NEC2-Modell verwendet die Näherung von dünnen Drähten; reale Auswirkungen auf den Elementdurchmesser werden anhand des Segment-Durchmesser-Verhältnisses berücksichtigt. Achten Sie in Ihrem Modell darauf, dass das Verhältnis von Segmentlänge zu Durchmesser über 4:1 liegt (das Tool warnt Sie, wenn Sie gegen dieses Verhältnis verstoßen). Wetterfest für den Einspeisepunkt. Die Simulation ergibt 47 Ω an der Einspeisung. In der Praxis können 5—10 mm eindringende Feuchtigkeit am Einspeisepunkt zu einem Widerstandsverlust von 2—5 Ω führen. Das ist in der Simulation unsichtbar, aber sehr gut sichtbar, wenn der F/B-Abbau im Winter abläuft. Versiegeln Sie es richtig.

Simulieren Sie zuerst, schneiden Sie dann. Das [Antenna Sim Tool] (/tools/antenna-sim) liefert Ihnen das vollständige NEC2-Ergebnis — Verstärkung, Muster, Impedanz, Höhendiagramm — in weniger als einer Minute. Das ist viel billiger als ein Fehlschnitt.

[Simuliere dein Yagi mit NEC2] (/tools/antenna-sim)