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八木・宇田アンテナ設計計算ツール

与えられた周波数と素子数について、八木宇田アンテナ素子の寸法、ゲイン、インピーダンスを計算

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公式

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— 波長 (m)
f— 周波数 (MHz)
N— 要素数
G— 利得 (dBi)

仕組み

八木アンテナ計算機は、指向性配列の素子の長さ、間隔、ゲインを計算します。アマチュア無線事業者、テレビ放送エンジニア、ポイントツーポイントワイヤレス設計者は、ゲイン対サイズ比が優れているため、Yagisを使用しています。この設計では、Balanisの「アンテナ理論」（第4版）と従来のDL6WU設計表に従い、1つの駆動素子（直接給電）、1つのリフレクター（5% 長く、0.15〜0.25ラムダ間隔を配置）、複数のダイレクター（3～5％短く、0.1～0.35ラムダ前方に配置）を使用しています。

ゲインは、間隔が最適化されたn個の要素について約G = 10*log10 (n) + 7 dBiとほぼ同じようにスケーリングされ、3要素で6dBd（8.15dBi）、6要素で9dBd（11.15dBi）、10個以上の要素で12dBd（14.15dBi）になります。駆動素子は通常、4:1 バランを介して50オームに変換された折り畳みダイポール（300オーム）、または直接給電による分割ダイポールです。前面と背面の比が 15 ～ 25 dB なので、背面からの干渉が軽減されます。

帯域幅は素子数に反比例します。3 素子の Yagi は VSWR < 2:1 で約 5% の帯域幅をカバーしますが、12 素子設計の帯域幅は 2% に過ぎません。対数周期ダイポールアレイ (LPDA) は 3:1 以上の帯域幅を提供しますが、同程度のブーム長の八木よりもゲインが 3 ～ 6 dB 低くなります。八木設計では、素子の長さと間隔を慎重に最適化する必要があります。公開されている設計（DL6WU、NBS、VK3AUU）は、実証済みの出発点となります。

計算例

問題:50 オームの同軸フィードを直接供給する 145 MHz (2 メートルのアマチュアバンド) 用の 5 素子八木を設計します。

DL6WU の最適化された寸法を使用した設計: 1.145 MHz での波長:ラムダ = 300/145 = 2.069 m

エレメントの長さ (DL6WU 設計): 2.リフレクター:0.495 * ラムダ = 1.024 メートル 3.ドリブンエレメント:0.473 * ラムダ = 0.978 m (スプリットダイポール) 4.ダイレクター 1:0.440 * ラムダ = 0.910 m 5.ダイレクター 2:0.435 * ラムダ = 0.900 m 6.ダイレクター 3:0.430 * ラムダ = 0.890 m

リフレクターからのエレメント間隔: 7.リフレクターからドリブンまで:0.20 * ラムダ = 414 ミリメートル 8.D1への駆動:0.20* ラムダ = 414 ミリメートル (累積:828 ミリメートル) 9.D1 から D2:0.25 * ラムダ = 517 mm (累積:1345 mm) 10.D2 から D3:0.25 * ラムダ = 517 mm (累積:1862 mm) 11.ブームの全長:1.86 m (0.9 ラムダ)

50 オームのフィード配置: 12.共振時のスプリットダイポールインピーダンス:約20～25オーム (寄生結合により低下) 13.T マッチまたはガンママッチを使用して 50 オームに変換します。 14.代替案:4:1 バラン付き折りたたみダイポール駆動素子 (300 オーム)

期待される性能 (NEC シミュレーションによる): 15。ゲイン:10.5 dBi (8.35 デシベルデシベル) 16。フロントとバックの比率:20 dB

  1. 3デシベルビーム幅:電子面52度、水平面62度
18.帯域幅 (VSWR < 1.5): 143-147 メガヘルツ (2.8%)

構築上の注意: 19。エレメントには10〜12 mmのアルミニウムチューブを使用してください 20.絶縁ブームを通してエレメントを取り付けるか、エレメント間補正 (導電ブームの場合はエレメント長から 1～2% 引く) を行います。 21.屋外での耐久性を高めるため、すべてのジョイントを湿気から保護します。

実践的なヒント

  • ✓ゼロから計算するのではなく、実証済みの設計（DL6WU、NBS、VK3AUU）から始めましょう。これらは数十年にわたるシミュレーションとフィールドテストを通じて最適化されてきました
  • ✓受信アプリケーション（SDR、弱信号）では、より長いYagisとダイレクタの数が多いほど、帯域幅が狭くても信号対雑音比が向上します。送信の場合は、VSWR帯域幅を完全にカバーします
  • ✓4NEC2またはEZNECモデリングソフトウェアを使用して、建設前に特定の材料（チューブ径、ブームスタイル）に合わせて要素寸法を最適化してください

よくある間違い

  • ✗駆動素子に理論上の双極子長 (lambda/2) を使用 — リフレクタとダイレクタからの寄生結合により共振長が5～ 10% 短くなります。常に公開されている最適化設計またはNECシミュレーションを使用してください
  • ✗素子間隔の誤り — ゲインを得るには、長さよりも間隔の方が重要です。ダイレクタ間隔のラムダ誤差が0.1の場合、ゲインが1〜2dB減少し、共振周波数が 5% ずれることがあります
  • ✗ブーム間の補正を無視 — 素子を通過する導電性ブームは並列インダクタンスの役割を果たすため、ブームの直径にもよりますが、長さを1〜3％小さくする必要があります。絶縁実装によりこの影響がなくなります。
  • ✗ダイレクタの長さが等しいと仮定すると、最適な設計ではテーパ付きダイレクタを使用し、各ダイレクタの長さは徐々に短くなります。同じ長さのダイレクタでは、最適化されたテーパよりもゲインが1〜2dB減少します。

よくある質問

バランス解析ごとの要素数によるゲインスケール：2要素：5-6 dBi（リフレクター+駆動のみ）。3要素：7-8 dBi。5要素：10-11 dBi。8要素：12-13 dBi。12要素：14-15 dBi。20以上の要素：16-17 dBi（損失による実際的な限界）。ゲインは、ダイレクタを追加するごとに約 1 dB 増加しますが、10 ～ 12 要素前後でリターンが減少します。ブーム長（エレメント数だけではない）がゲインを決定します。1ラムダブームはおよそ11 dBi、2ラムダブームは約14 dBiです。
固定Yagiは狭い帯域幅（標準2～5％）で動作します。異なる帯域用:(1) バンドごとに個別のヤギを構築する。(2) 共通のブームにインターレースヤギを使用する (異なるバンド用の素子を交互に配置し、相互作用を避けるように注意する)。(3) 対数周期ダイポールアレイ (LPDA) を使用して広帯域幅 (3:1 の比率) を実現しますが、ゲインは3〜6dB低くなります。(4) リレーによるアクティブアンテナ選択。八木素子は周波数に反比例します。144 MHzの八木を432MHzにスケーリングすると、1/3の次元を使用しますが、電気設計は同じです。
はい。Yagisはゲインと指向性が高いため、ポイント・ツー・ポイントおよび弱信号処理に優れています。用途：アマチュア無線EME（地球-月-地球）：12個以上の素子を積み重ねたYagisは20dBi以上を供給します。アマチュア衛星：アズエルローテーターを搭載した145/435MHzの8-12エレメントのヤギス。ポイント・ツー・ポイント WiFi ブリッジ:2.4/5.8 GHz のヤギが 10 km 以上に達します。テレビ受信：10～15 エレメントのUHFハグ（遠方の放送局用）ゲインはレンジに換算されます。ダイポールの場合と比較して 10 dBi のヤギでは、リンクが 10 dB 向上し、これは空きスペースのレンジが 3.2 倍増加したことに相当します。
波長の分数で表した素子の長さ (ラムダ = c/f): リフレクタ:0.495*ラムダ (共振よりわずかに長い)。駆動素子:0.473*ラムダ (少し高い周波数で共振する)。ダイレクタ:0.440～0.430*ラムダ (正面に向かって短く細くなっている)。間隔:リフレクターからドリブンまでの距離:0.15-0.25*ラムダ。D1への駆動:0.10-0.20*ラムダ。D_n から D_ (n+1) へ:0.20-0.35*ラムダ。多くの場合、正面に向かって増加します。これらの比率は出発点です。最良の結果を得るには、公開されている最適化された設計 (DL6WU、NBS) または NEC モデリングを使用してください。要素の直径は長さに影響し、厚みのある要素ほど短くなります。
八木：すべての素子が単一の駆動素子に寄生的に結合されており、帯域幅が狭く（2〜5％）、ブーム長あたりのゲインが最も高く、周波数ごとに再調整が必要です。LPDA：全素子がアクティブ（フェーズド伝送線路を介してフィードラインに接続）、広帯域幅（3:1 ～ 10:1）、同じ長さの八木よりもゲインが3～6dB低い。再チューニングは不要。単一周波数 (アマチュア、ポイント・ツー・ポイント) で最大のゲインを得るには、Yagi を選択してください。中程度のゲインで帯域幅が広い (UHF 帯域でのテレビ受信、広帯域モニタリング、EMC テスト) には LPDA を選択してください。

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