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Yagi-Uda Antennen-Designrechner

Berechnen Sie die Abmessungen, die Verstärkung und die Impedanz des Yagi-Uda-Antennenelements für eine bestimmte Frequenz und Anzahl von Elementen

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Formel

λ=c/f;G≈10⋅log10(0.8⋅N)+2.15dBi(c=299792458m/s)λ = c/f; G ≈ 10·log₁₀(0.8·N) + 2.15 dBi (c = 299 792 458 m/s)
λ— Wellenlänge (m)
f— Frequenz (MHz)
N— Anzahl der Elemente
G— Gewinnen (dBi)

Wie es funktioniert

Der Yagi-Antennenrechner berechnet Elementlängen, Abstände und Verstärkung für Richtungsanordnungen — Amateurfunker, Fernsehtechniker und Punkt-zu-Punkt-Funkdesigner verwenden Yagis wegen ihres hervorragenden Verhältnisses zwischen Verstärkung und Größe. Das Design verwendet ein angetriebenes Element (direkt gespeist), einen Reflektor (5% länger, im Abstand von 0,15-0,25 Lambda hinten) und mehrere Direktoren (3-5% kürzer, im Abstand von 0,1-0,35 Lambda vorne), wie aus der „Antenna Theory“ von Balanis (4. Aufl.) und den klassischen DL6WU-Designtabellen hervorgeht.

Die Verstärkung skaliert ungefähr als G = 10*log10 (n) + 7 dBi für n Elemente mit optimiertem Abstand, wobei 6 dBd (8,15 dBi) für 3 Elemente, 9 dBd (11,15 dBi) für 6 Elemente und 12 dBd (14,15 dBi) für mehr als 10 Elemente erreicht werden. Das angetriebene Element ist typischerweise ein gefalteter Dipol (300 Ohm), der über einen 4:1 -Balun auf 50 Ohm transformiert wird, oder ein geteilter Dipol mit Direkteinspeisung. Das Front-zu-Back-Verhältnis von 15 bis 25 dB reduziert Störungen von hinten.

Die Bandbreite steht im umgekehrten Verhältnis zur Anzahl der Elemente: Ein Yagi mit 3 Elementen deckt bei einem VSWR von < 2:1 eine Bandbreite von etwa 5% ab, während ein Design mit 12 Elementen möglicherweise nur 2% Bandbreite hat. Das logarithmische periodische Dipolfeld (LPDA) bietet eine Bandbreite von 3:1 oder mehr, allerdings mit einer um 3-6 dB geringeren Verstärkung als ein Yagi ähnlicher Auslegerlänge. Das Yagi-Design erfordert eine sorgfältige Optimierung der Elementlängen und -abstände — veröffentlichte Designs (DL6WU, NBS, VK3AUU) bieten bewährte Ausgangspunkte.

Bearbeitetes Beispiel

Problem: Entwerfen Sie ein 5-Element-Yagi für 145 MHz (2-Meter-Amateurband) mit direkter 50-Ohm-Koaxialeinspeisung.

Design unter Verwendung der für DL6WU optimierten Abmessungen:

  1. Wellenlänge bei 145 MHz: Lambda = 300/145 = 2,069 m
Elementlängen (DL6WU-Design):
  1. Reflektor: 0,495 * Lambda = 1,024 m
  2. Angetriebenes Element: 0,473 * Lambda = 0,978 m (geteilter Dipol)
  3. Direktor 1:0,440 * Lambda = 0,910 m
  4. Direktor 2:0,435 * Lambda = 0,900 m
  5. Direktor 3:0,430 * Lambda = 0,890 m
Abstand zwischen den Elementen und dem Reflektor:
  1. Reflektor bis Antrieb: 0,20 * Lambda = 414 mm
  2. Auf D1 gefahren: 0,20 * Lambda = 414 mm (kumulativ: 828 mm)
  3. D1 bis D2:0,25 * Lambda = 517 mm (kumuliert: 1345 mm)
  4. D2 bis D3:0,25 * Lambda = 517 mm (kumuliert: 1862 mm)
  5. Gesamtlänge des Auslegers: 1,86 m (0,9 Lambda)
Einspeisungsanordnung für 50 Ohm:
  1. Aufgeteilte Dipolimpedanz bei Resonanz: ca. 20-25 Ohm (durch parasitäre Kopplung gesenkt)
  2. Verwenden Sie T-Match oder Gamma-Match, um auf 50 Ohm zu transformieren
  3. Alternative: gefaltetes dipolbetriebenes Element (300 Ohm) mit 4:1 -Balun
Erwartete Leistung (pro NEC-Simulation):
  1. Verstärkung: 10,5 dBi (8,35 dBd)
  2. Verhältnis von vorne nach hinten: 20 dB
  3. 3-dB-Strahlbreite: 52 Grad E-Ebene, 62 Grad H-Ebene
  4. Bandbreite (VSWR < 1,5): 143-147 MHz (2,8%)
Hinweise zur Konstruktion:
  1. Verwenden Sie 10-12 mm Aluminiumrohre für Elemente
  2. Montieren Sie die Elemente durch einen isolierten Ausleger oder verwenden Sie die Korrektur von Element zu Ausleger (ziehen Sie bei leitfähigem Ausleger 1—2% von der Elementlänge ab)
  3. Versiegeln Sie alle Fugen vor Feuchtigkeit und sorgen Sie so für eine lange Haltbarkeit

Praktische Tipps

  • ✓Beginnen Sie mit bewährten Designs (DL6WU, NBS, VK3AUU), anstatt von Grund auf neu zu berechnen — diese wurden über Jahrzehnte hinweg durch Simulation und Feldtests optimiert
  • ✓Für Empfangsanwendungen (SDR, schwaches Signal) sorgen längere Yagis mit mehr Direktoren trotz geringerer Bandbreite für ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis; bei der Übertragung muss die volle VSWR-Bandbreitenabdeckung gewährleistet werden
  • ✓Verwenden Sie die Modellierungssoftware 4NEC2 oder EZNEC, um die Elementabmessungen für Ihre spezifischen Materialien (Rohrdurchmesser, Auslegerstil) vor der Konstruktion zu optimieren

Häufige Fehler

  • ✗Verwendung der theoretischen Dipollänge (Lambda/2) für das angetriebene Element — die parasitäre Kopplung von Reflektor und Direktoren verringert die Resonanzlänge um 5-10%; verwenden Sie immer veröffentlichte optimierte Designs oder NEC-Simulationen
  • ✗Falscher Elementabstand — der Abstand ist für die Verstärkung wichtiger als die Länge; ein Lambdafehler von 0,1 im Direktorabstand kann die Verstärkung um 1—2 dB reduzieren und die Resonanzfrequenz um 5% verschieben
  • ✗Die Korrektur von Ausleger zu Element wird vernachlässigt — der leitfähige Ausleger, der die Elemente durchdringt, wirkt wie eine Parallelinduktivität und erfordert je nach Auslegerdurchmesser eine Längenreduzierung von 1 bis 3%; eine isolierte Montage verhindert diesen Effekt
  • ✗Unter der Annahme gleicher Direktorlängen verwenden optimale Designs konische Direktorlängen, die jeweils zunehmend kürzer werden; Direktoren gleicher Länge reduzieren die Verstärkung um 1—2 dB im Vergleich zu optimierter Taper

Häufig gestellte Fragen

Verstärkungsskalen mit Elementanzahl pro Balanis-Analyse: 2 Elemente: 5-6 dBi (nur mit Reflektor + gesteuert). 3 Elemente: 7-8 dBi. 5 Elemente: 10-11 dBi. 8 Elemente: 12-13 dBi. 12 Elemente: 14-15 dBi. 20+ Elemente: 16-17 dBi (praktischer Grenzwert aufgrund von Verlusten). Die Verstärkung erhöht sich um etwa 1 dB pro hinzugefügtem Direktor, bis bei abnehmender Verstärkung etwa 10 bis 12 Elemente zurückgegeben werden. Die Auslegerlänge (nicht allein die Anzahl der Elemente) bestimmt die Verstärkung: 1 Lambda-Boom entspricht ungefähr 11 dBi; 2 Lambda-Boom entsprechen ungefähr 14 dBi.
Ein festes Yagi arbeitet über eine schmale Bandbreite (2-5% typisch). Für verschiedene Bänder: (1) Erstellen Sie separate Yagis für jedes Band. (2) Verwenden Sie verschachtelte Yagis auf einem gemeinsamen Boom (Elemente für verschiedene Bänder sind verschachtelt, um Wechselwirkungen zu vermeiden). (3) Verwenden Sie eine logarithmische Dipolanordnung (LPDA) für eine große Bandbreite (Verhältnis 3:1), was 3-6 dB weniger Verstärkung kostet. (4) Aktive Antennenauswahl über Relais. Yagi-Elemente skalieren umgekehrt mit der Frequenz: Ein 144 MHz Yagi, skaliert auf 432 MHz, verwendet 1/3 Abmessungen, aber das gleiche elektrische Design.
Ja — Yagis zeichnen sich durch hohe Verstärkung und Richtwirkung bei Punkt-zu-Punkt-Arbeiten und bei schwachen Signalen aus. Anwendungen: Amateurfunk-EME (Earth-Moon-Earth): gestapelte Yagis mit mehr als 12 Elementen liefern 20 dBi. Amateursatellit: Yagis mit 8 bis 12 Elementen bei 145/435 MHz mit Az-El-Rotator. Punkt-zu-Punkt-WLAN-Brücken: 2,4/5,8 GHz Yagis erreichen eine Reichweite von mehr als 10 km. TV-Empfang: UHF-Yagis mit 10 bis 15 Elementen für entfernte Sender. Verstärkung bedeutet Reichweite: 10 dBi Yagi im Vergleich zu Dipol sorgen für eine um 10 dB bessere Verbindungsleistung, was einer 3,2-fachen Erhöhung der Reichweite im freien Raum entspricht.
Elementlängen als Bruchteil der Wellenlänge (Lambda = c/f): Reflektor: 0,495*Lambda (etwas länger als Resonanz). Angetriebenes Element: 0,473*Lambda (Resonanz bei etwas höherer Frequenz). Direktoren: 0,440-0,430*Lambda (verjüngt sich nach vorne hin kürzer). Abstand: Reflektor zum Antrieb: 0,15-0,25*Lambda. Auf D1 gefahren: 0,10-0,20*Lambda. D_n bis D_ (n+1): 0,20—0,35*Lambda, oft nach vorne steigend. Diese Verhältnisse sind Ausgangspunkte. Verwenden Sie veröffentlichte optimierte Designs (DL6WU, NBS) oder NEC-Modelle, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Der Elementdurchmesser wirkt sich auf die Länge aus: dickere Elemente sind kürzer.
Yagi: Alle Elemente sind parasitär an ein einzelnes angetriebenes Element gekoppelt; schmale Bandbreite (2-5%); höchste Verstärkung pro Auslegerlänge; erfordert eine Neuabstimmung für verschiedene Frequenzen. LPDA: Alle Elemente aktiv (über eine phasengesteuerte Übertragungsleitung mit der Zuleitung verbunden); große Bandbreite (3:1 bis 10:1); 3-6 dB weniger Verstärkung als bei Yagi gleicher Länge; keine Neuabstimmung erforderlich. Wählen Sie Yagi für maximale Verstärkung auf einer einzelnen Frequenz (Amateur, Punkt-zu-Punkt). Wählen Sie LPDA für eine große Bandbreite mit moderater Verstärkung (Fernsehempfang im UHF-Band, Breitbandüberwachung, EMV-Tests).

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