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5-Element-Breitband-Yagi für 87,5-105 MHz

Nachdem DAB+ wohl doch nicht so der Renner für die RMorg-Mitglieder ist (wie den zahlreichen Beiträgen dazu zu entnehmen ist) und uns UKW-FM doch noch eine Weile erhalten bleibt, besteht vielleicht immer noch Interesse an einer leistungsfähigen Antenne für das UKW-Rundfunkband. Das auch, um unter Umständen aus einem Empfänger aus der Sammlung das möglichste herauszukitzeln. Ich bin jedenfalls mit FM-Hörqualität voll zufrieden und brauche DAB+ nicht, zumal hier im nordhessischen Bergland dafür eine „tote Zone“ ist!

Der Entwurf der als genial zu bezeichnenden Antenne stammt von Brian Beezley (K6STI). Dieser ist bekannt durch seine Antennenberechnungsprogramme aus den 90er-Jahren. Leider sind die noch im DOS-Format erstellten Programme nicht mehr erhältlich, Brian hat den Vertrieb eingestellt und läßt sich auch nicht mehr überreden, sie zu verkaufen. Ich habe zum Glück noch den „Yagi-Optimizer“ YO7 in der letzten Version erwerben können und lasse ihn unter Windows in einer DOS-Box laufen.

Die Quelle mit interessanten Einzelheiten findet sich    hier

Im Original besteht der wirksamste Trick für einen gleichmäßig hohen Gewinn und ein gutes Richtdiagramm darin, den Strahler (Radiator) V-förmig abzuknicken, wie das Schema zeigt. Die Verkopplung zwischen Strahler und Reflektor, die ursächlich für ein optimales Diagramm ist, nimmt hierbei zu den sich annähernden Enden hin zu. Dieses Grundprinzip geht auf Les Moxon (G6XN) zurück.

Die Yagi hat eine Länge von 1,60 m und kommt ohne die früher bei Breitband-Yagis üblichen Mehrfach-Reflektoren aus. Diese trugen zum Gewinn eigentlich nichts bei, komplizierten aber die Mechanik und erhöhten die Windlast. Die originale Antenne wurde auch schon in Schweden kommerziell gefertigt von Sven Jacobson (SM7DTT). Dieser hat aber aus Altersgründen seine Fabrikation von Antennen aufgegeben.

Die kommerziell gefertigte Antenne von Sven Jacobson

Da dieser V-Radiator mechanisch schwierig zu gestalten ist, habe ich in Simulationsreihen mit EZNEC versucht, ihn durch ein gestrecktes Mittelstück mit abgeknickten Enden zu ersetzen. Wie sich zeigt, bleiben dabei die Eigenschaften fast gleich, wenn das gerade Mittelstück insgesamt eine Länge von 0,1 lambda (Hier bei 3 m Wellenlänge = 30 cm) nicht überschreitet.

Die Impedanz liegt bei 75 Ohm, so daß direkt mit Koaxkabel gespeist werden kann. Zur Symmetrierung (besser: Zum Unterdrücken von Mantelwellen, was einer indirekten Symmetrierung gleichkommt) kann man auf dem ableitenden Kabel dicht an der Antenne drei Ferrit-Klappringe anbringen. Unbedingt nötig sind sie nicht. Alternativ kann ein Faltdipol mit der vierfachen Impedanz von 300 Ohm eingesetzt werden. Die Speisung erfolgt dann über einen Halbwellenbalun aus Koaxkabel, siehe Schema.

Schema des Halbwellenbaluns

Die Länge beträgt 1,27 m, wenn ein CATV-Kabel mit Schaumstoff-PE als Dielektrikum eingesetzt wird. Das ist wesentlich dämpfungsärmer als die 4:1 Ferrit-Übertrager auf Ferrit-Stäben oder Lochkernen. Eine Dimensionierung der Länge für die Bandmitte reicht erfahrungsgemäß völlig aus. Bei mir dient Bandkabel als Speiseleitung, was noch weniger Leitungsverluste aufweist. Allerdings ist dessen freie Verlegung nicht unproblematisch und die Impedanz paßt nur zu den alten Geräten.

Der Strahler (in der Mitte zur Speisung unterbrochen) hat ein gerades Mittelstück mit 300 mm und eine Gesamtlänge von 1548 mm, der Knickwinkel beträgt 8°. Die Enden haben eine Entfernung von 380 mm zum Reflektor (bezogen auf die Mitte des Reflektorrohres). Bei mir habe ich einen kommerziellen Faltdipol verwendet, der in der Länge genau gepaßt hat. Die Beschreibung war   hier.

Allerdings hat der Lieferant inzwischen den Preis verdoppelt.Die Elementhalter stammen von der Firma KONNI, die diese Antenne eventuell bei Nachfrage bauen könnte. Als Elemente bestehen aus 10x1-mm-Aluminiumrohren, der Boom ist aus 20x20x1,5-mm-Vierkantaluminium gefertigt.

Elementlängen und -positionen

Wenn die Anpassung im oberen Bereich zwischen 100 und 108 MHz etwas verbessert werden soll, kann der Knickwinkel auf 10° erhöht werden. Allerdings steigt im Gegenzug das SWR in Folge zwischen 92 und 102 MHz wieder an.

Schema der Antenne mit modifiziertem Strahler

Die Yagi wurde mit EZNEC 5+ analysiert, bzw. modifiziert. Die zusätzlichen Graphiken stammen aus 4NEC2. Die wichtigsten Eigenschaften habe ich unten zusammengefaßt.

Der Anpassungsverlauf im kompletten UKW-Rundfunkband

 

Der Gewinn steigt von 7,5 dBi mit zunehmender Frequenz bis auf 9,25 dBi an

 

Der Impedanzverlauf: Blau reeller Anteil, rot imaginärer Anteil (Blindanteil)

 

Vor-/Rück-Verhältnis: Rot Front/Back bei 180°, grün Front/Rear, gemittelt im gesamten rückwärtigen Bereich der Antenne

Martin Steyer (DK7ZB)

 

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.