Samodzielna konstrukcja
anteny Yagi 2m/70cm

Antena z każdego dachu

Każdy zna ją z dachów: rząd prętów na belce, najdłuższy z tyłu, coraz krótsze z przodu. Tak przez pół wieku wyglądały anteny telewizyjne i tak wygląda dziś większość anten kierunkowych na UKF, od krótkofalarskich po dawne radary.

Pomysł ma sto lat. Od 1924 roku na Cesarskim Uniwersytecie Tohoku w Sendai Hidetsugu Yagi i jego asystent Shintaro Uda budowali antenę, w której zasilany jest tylko jeden element. Pozostałe, choć nie mają żadnego połączenia z kablem, pracują polem sąsiada. Yagi opatentował ją w 1926 roku.

Dla krótkofalowca to wymarzona konstrukcja do samodzielnej budowy: nie ma w niej elementów, które trzeba kupić w sklepie z elektroniką, poza gniazdem, kablem i ferrytami. Są za to wymiary i właśnie od nich wszystko zależy. Historię anteny z wojenną anegdotą opisałem przy dwupasmówce SQ4MN.

Aluminium, nie stal

Pręty. Reflektor na 2 m ma ponad metr, a w Castoramie pręty Ø 4, 6 i 8 mm są tylko metrowe (9,98 zł za Ø 6, 16,98 zł za Ø 8). Dwumetrowe pręty Ø 6 mm ma OBI (GAH Alberts, 18,49 zł), a Ø 6 i Ø 8 mm po 2 m sprzedają hurtownie aluminium i sklepy internetowe (ok. 13–14 zł). Na 70 cm wystarczą pręty metrowe: z jednego wychodzą trzy elementy.

Belka. Rura kwadratowa 20×20 mm (na 70 cm może być 15×15) z aluminium w odcinkach 2 m. Ceny rozrzucone: 20×20 w OBI ok. 30 zł, w Castoramie 94 zł za grubościenną 20×20×1,5 mm. Alternatywa bez korekty: listwa drewniana zaimpregnowana i polakierowana albo rura z tworzywa.

Łączniki. Śruby nierdzewne A2 lub A4, najlepiej z tulejkami i podkładkami z nylonu. Stal nierdzewna w aluminium to para galwaniczna: aluminium wokół śruby może korodować, a woda spływająca z miedzi jest dla aluminium szczególnie szkodliwa. Elementów nie rób ze stali ani z gołej miedzi.

Zasilanie. Mała puszka hermetyczna IP65 z tworzywa (gniazdo ma wypaść tuż przy zaciskach promiennika), gniazdo N do przykręcenia (na 70 cm N jest pewniejsze od UHF/SO‑239), kabel o niskich stratach do radia (H‑155 na krótkie odcinki, na dłuższe grubszy; RG‑58 tylko w antenie ręcznej) z gęstym oplotem z miedzi, także cynowanej, a nie z aluminium miedziowanego (oznaczenie CCA), które źle się lutuje i szybko traci kontakt w złączu, 2–4 rdzenie ferrytowe na kabel i silikon neutralny, nie octowy.

Skąd te milimetry

Poprawkę zmierzył DL6WU, a G3SEK ujął jego wykres wzorem, z którego korzystają dziś kalkulatory Yagi. Liczy się grubość belki w stosunku do długości fali, dlatego na 70 cm ta sama belka daje ponad dwa razy większą poprawkę niż na 2 m. Poprawkę dodaje się do całej długości elementu, po połowie z każdej strony.

Źródła różnią się o 1–2 mm (kwadrat liczony jak koło czy jak koło 1,18 raza grubsze, grubość ścianki, odległość od końca belki). Na 2 m to bez znaczenia, bo projekt znosi ±5 mm. Na 70 cm poprawka jest większa niż cała tolerancja anteny, dlatego tam polecam belkę z drewna lub tworzywa albo sprawdzenie anteny analizatorem po złożeniu.

Promiennik zawsze jest izolowany, bo jego połówki idą do puszki. Autorzy się tu nie zgadzają, więc najbezpieczniej postąpić jak DK7ZB: zostawić po 2 mm zapasu z każdej strony i przyciąć po pomiarze.

Dlaczego ferryty są tu obowiązkowe

W projektach z tej strony przecięty promiennik idzie wprost do kabla 50 Ω. Dipol jest symetryczny, a kabel koncentryczny nie. Bez dławika część prądu wraca po zewnętrznej stronie oplotu, a kabel zaczyna promieniować jak dodatkowy element: wiązka się przekrzywia, tył rośnie, a SWR zmienia się, gdy przesuniesz kabel albo zmienisz jego długość.

Rdzenie ferrytowe założone jak najbliżej promiennika dławią ten prąd. Prąd na oplocie zaczyna płynąć w punkcie zasilania, więc każdy centymetr kabla przed dławikiem może promieniować, a na 70 cm 17 cm to już ćwierć fali. Fair‑Rite podaje materiał 43 do tłumienia w zakresie 20–250 MHz, a 61 powyżej 200 MHz, więc na 2 m bierz 43, na 70 cm 61. Jim Brown K9YC radzi celować w 500–1000 Ω impedancji dla prądu na oplocie. Rdzeń mix 43 Fair‑Rite 2643625202 na kabel do 7,9 mm ma według katalogu 361 Ω przy 100 MHz i 415 Ω przy 250 MHz, więc na 2 m wystarczą dwa, trzy dla zapasu.

Test dławika: podłącz analizator i złap kabel ręką kilkadziesiąt centymetrów od puszki. Jeśli SWR drgnie, prąd płynie po oplocie. Dołóż rdzeń.

Krótkie połączenia w puszce

Przewody między gniazdem a zaciskami promiennika to nie „kabelek”, tylko kawałek anteny. Dwa druty w odstępie centymetra działają jak linia o impedancji około 300 Ω i dokładają indukcyjność, której skrócenie promiennika już nie skompensuje. Policzyłem to w NEC‑2: na 70 cm już 2 cm drutu to SWR około 3, a przy 8 cm antena przestaje działać.

Limit: nieekranowane końcówki na 70 cm najwyżej kilka milimetrów, na 2 m około 1 cm. Dlatego puszka ma być mała, a gniazdo tuż przy zaciskach.

Większa puszka? Nie prowadź w niej luźnych drutów, tylko doprowadź koncentryk do samych zacisków: kabel antenowy przez dławnicę albo krótki odcinek koncentryka (np. RG‑316) od gniazda. Odcinek 50‑omowy nie psuje dopasowania, liczy się tylko nieekranowana końcówka. Ferryty zakładasz wtedy na tym koncentryku tuż przy zaciskach, bo prąd po oplocie zaczyna płynąć przy dipolu, a nie przy gnieździe.

Wariant SQ4MNMarian SQ4MN · tak zasila swoje anteny

Dipol zamknięty i pętla λ/2

Marian SQ4MN zasila swoje Yagi inaczej niż projekty z tej strony. Promiennikiem jest dipol zamknięty zaprojektowany na ok. 200 Ω, a kabel 50 Ω dochodzi do niego przez symetryzator z pętli półfalowej, czyli transformator 4:1.

Środek ciągłej gałęzi dipola ma zerowy potencjał, więc łączy się go z belką. W tym samym miejscu spina się oploty pętli i kabla. Pętla wymusza na połówkach dipola równe i przeciwne napięcia, a oplot jest przyłączony tam, gdzie napięcie jest zerowe, więc prąd po zewnętrznej stronie kabla prawie nie powstaje. Przy takim zasilaniu dławik nie jest konieczny. Ferryt można dołożyć jako tanie zabezpieczenie, gdy kabel biegnie blisko elementów.

Tu długość naprawdę się liczy, tylko że długość pętli, a nie kabla do radia: λ/2 × współczynnik skrócenia, przy VF 0,66 ok. 682 mm na 145 MHz i 227 mm na 435 MHz. Pętlę przyciętą według katalogowego VF sprawdź analizatorem i lutuj na kablu z miedzianym oplotem. Wymiarów z tabel wyżej nie przeniesiesz wprost do tego wariantu, bo dipol zamknięty wymaga innych odstępów niż przecięty promiennik 50 Ω.

Jak mierzyć, żeby wynik coś znaczył

Antena w niebo. Ustaw belkę pionowo, direktorami w niebo, na wysokości co najmniej dwóch metrów i z dala od metalu. VK2KU mierzył tak wszystkie anteny, a DG7YBN radzi, żeby w wiązce nie było niczego na najbliższe 20 metrów. Pomiar w pokoju albo na balkonie przy ścianie przesuwa rezonans.

Kabel w pętli. Kabel ma zwisać szerokim łukiem, nie biec wzdłuż anteny. Kalibruj analizator na końcu kabla albo pamiętaj, że każdy decybel tłumienia kabla zawyża zmierzone tłumienie odbicia (RL) o dwa decybele (Owen Duffy).

Czym. NanoVNA‑H mierzy od 50 kHz do 900 MHz. Powyżej 300 MHz pracuje na harmonicznych z mniejszą dynamiką, ale do SWR na 70 cm to w zupełności wystarcza. Nowsze NanoVNA‑H4 sięgają 1,5 GHz. Wystarczy też miernik SWR przeznaczony na 144/430 MHz i radio, byle na kilku częstotliwościach.

Czego się spodziewać: krzywej podobnej do tej z wykresu projektu. Jeśli jest taka sama, tylko przesunięta, to znak, że elementy wyszły za długie lub za krótkie. Tabela poniżej podpowiada, co zrobić.

Maszt a antena pionowa

Między stacjami o różnej polaryzacji ginie według ARRL 20 dB lub więcej. To sto razy mniej mocy, więcej niż daje cała antena.

Przy polaryzacji pionowej jest druga pułapka: metalowy maszt przechodzący przez środek anteny stoi równolegle do elementów i staje się jednym z nich. Policzyłem to dla projektu na 2 m z metalowym masztem Ø 40 mm: bez masztu 10,7 dBi i przód–tył 22 dB, z masztem przez środek zależnie od jego długości od 10,4 do zaledwie 7,8 dBi, a przód–tył spada nawet do 8 dB. Z masztem 35 cm za reflektorem: 10,7 dBi i 23 dB, czyli bez zmian.

Rozwiązania: mocowanie za reflektorem (belka wysunięta do tyłu; na 2 m wychodzi belka ok. 2,05 m albo krótka przedłużka), boczny wysięgnik albo odcinek masztu z tworzywa w obrębie anteny. Przy polaryzacji poziomej maszt jest prostopadły do elementów i przeszkadza niewiele. Tak zamocowana jest gdyńska antena Radmoru ze zdjęcia: belka wysunięta za reflektor i przykręcona końcem do masztu.

„Najważniejsze: anteny lubią wolną przestrzeń. Jak zastosowałem odległości od anteny do otoczenia, to antena naprawdę ruszyła.”Marian SQ4MN

Sprawdziłem w NEC‑2, ile to jest „daleko”. Do modeli z tej strony dodałem metal równoległy do elementów, bo taki przeszkadza najbardziej: pojedynczą rurę Ø 20 mm i długości ok. 3 λ (rynna, maszt drugiej anteny, słupek) albo metalową ścianę 2 × 2 λ z prętów co 1/10 fali (blacha, siatka, balustrada, zbrojenie). Wynik zależy od strony, z której stoi przeszkoda.

Przód, czyli wiązka. Blisko rośnie SWR: rura pół metra przed ostatnim direktorem anteny na 2 m daje SWR 1,9, a 20 cm przed siedemdziesiątką 2,0. Na 2 m SWR wraca do normy od ok. ½ λ, na 70 cm dopiero ok. 2 λ dalej. Potem metal w wiązce wciąż zabiera zysk i psuje tył: rura 20 m przed anteną na 2 m to jeszcze −0,3 dB i F/B 19 zamiast 22 dB. W wiązce nie powinno być niczego jak najdalej.

Bok, czyli ściana wzdłuż anteny. Tu ginie najwięcej, a analizator niczego nie pokaże, bo SWR prawie się nie zmienia. W odległości ¼ λ antena traci ponad 4 dB, czyli połowę tego, co daje ponad dipol. Przy ½ λ jeszcze 1–2 dB. Od ok. 1 λ zysk w osi waha się już tylko o ±1 dB, bo odbicie od ściany raz się dodaje, raz odejmuje. Przy polaryzacji poziomej takim „bokiem” jest też blaszany dach pod anteną.

Tył, czyli za reflektorem. Reflektor osłania antenę. Ściana nawet ¼ λ za nim nie zmienia SWR, a zysk rusza się najwyżej o ±1 dB. Jeśli antenę trzeba przysunąć do budynku, to właśnie tyłem.

Na balkonie kieruj antenę od ściany, na zewnątrz, a nie wzdłuż elewacji. Balustrada z metalowymi prętami równoległymi do elementów działa jak ściana z tabeli. Metal w modelu to przypadek najgorszy: mur i drewno odbijają słabiej, za to część energii w nich ginie.

Dwa pasma na jednej belce

Elementy 2 m leżą w jednej płaszczyźnie, a 70 cm w prostopadłej, i wszystkie są wyśrodkowane na belce. Pole elementów jednego pasma nie ma wtedy składowej wzdłuż prętów drugiego, więc nie indukuje w nich prądu: w modelu NEC‑2 obecność drugiej anteny nie zmienia zysku ani SWR. W prawdziwej antenie tę symetrię psują kable i niedokładny montaż, dlatego prowadź kable wzdłuż belki i zmierz każde pasmo osobno. Polaryzację zmieniasz obrotem nadgarstka, co przy satelitach jest zaletą, bo ich sygnał i tak zmienia polaryzację w trakcie przelotu.

Dwa kable albo duplekser. IC‑9700 i inne radia z osobnymi gniazdami na 2 m i 70 cm podłączasz dwoma kablami. Do ręcznego radia z jednym gniazdem potrzebny jest duplekser, np. Diamond MX‑72N (tory 1,6–30/49–150 i 400–460 MHz, izolacja co najmniej 60 dB, straty do 0,15/0,25 dB, do 150/100 W) albo Comet CF‑4160 (1,3–170 i 350–540 MHz). Producent przeznacza MX‑72N do pracy w pomieszczeniu i w samochodzie.

Przez przemiennik na ISS i satelitę SO‑50 nadaje się na 2 m, a odbiera na 70 cm. Kiedy przelatują nad Polską, pokazuje kalkulator przelotów satelitów, a jak prowadzić łączność, opisałem w poradniku o łączności satelitarnej.

Yagi Mariana SQ4MN

Marian SQ4MN buduje anteny sam i stawia je na balkonie w Warszawie. Jego siedemdziesiątka ma dodatkową podporę pod belką, a z elementów, które zostały po dwóch antenach, złożył jeszcze dwupasmówkę z miedzianym dipolem pętlowym.

To dobry dowód, że Yagi nie potrzebuje warsztatu: wystarczą pręty, belka i cierpliwość przy mierzeniu. Obie konstrukcje opisałem na osobnych stronach: Yagi na 70 cm z drugą podporą i antena na 2 m i 70 cm.