Антенна яги своими руками. Антенна Яги-Уда своими руками: пошаговая инструкция по изготовлению

00. Введение

В рамках предстоящего проекта мне понадобился быстрый и простой способ усилить прием сигнала 428 МГц, поступающего из определенного места. Говоря об антеннах, мне нужна была антенна, которая давала бы мне «большой коэффициент усиления» (делала сигнал сильнее) и была бы «высоконаправленной» (принимала сигналы только оттуда, куда я направил свою антенну). Мне нужно было, чтобы она была с высоким коэффициентом усиления, потому что я не собираюсь находиться непосредственно рядом с источником сигнала и, вероятно, не буду иметь непрерывной прямой видимости, а антенна с высоким коэффициентом усиления позволяет мне находиться в некотором сочетании «далеко» и « между мной и сигналом много стен». Мне нужно было, чтобы он был высоконаправленным, потому что меня волнует только сигнал 428 МГц, исходящий от моего источника сигнала, а не любые другие случайные сигналы 428 МГц, которые случайно попадают туда, куда я направляю свою антенну. 428 МГц — довольно специфическая и нестандартная длина волны для направленной антенны (т.е. это не WiFi), так что вряд ли у меня завалялась такая (у меня не было) или что я смогу купить такую ​​в интернете (у меня не мог). Счастливый день! Я сделаю антенну Яги-Уда!

01. Что такое антенна Яги-Уда?

Антенна Yagi-Uda — это очень простая в изготовлении остронаправленная антенна с высоким коэффициентом усиления. Если вы когда-нибудь видели тонкую антенну на крыше чьего-то дома, скорее всего, это Яги-Уда!

Простота конструкции и дешевизна материалов в сочетании с предоставляемой выгодой делают его привлекательным вариантом для проектов «сделай сам» и прототипов.

Если вы новичок в антенностроении, будет много новой терминологии! Вот схема:

Стрела

Это часть антенны, к которой крепятся все остальные элементы. Он может быть проводящим или непроводящим, его проводимость просто влияет на длину других частей антенны. Я использовал трубу из ПВХ от Home Depot, поэтому моя стрела была непроводящей.

Директора

Это паразитные элементы антенны. Они изменяют диаграмму направленности попавших на них радиоволн, переизлучая их с другой фазой. Это приводит к так называемой «конструктивной интерференции», которая делает общий сигнал сильнее.

В этом абзаце много понятий и, возможно, новых слов! Вот диаграмма, чтобы проиллюстрировать:

Здесь мы видим две волны одной длины волны (красную и синюю), падающие на директора. Эти волны смещены друг относительно друга. Допустим, длина этого режиссера настроена на изменение фазы красной волны. Мы можем видеть, что после того, как красная волна попадает в директор и переизлучается, две волны теперь находятся в фазе, и результирующий сигнал становится сильнее. Длина каждого директора такова, что он повторно излучает волны с разным фазовым сдвигом, выравнивая их все вместе для максимально возможной конструктивной интерференции. Вот почему добавление большего количества директоров также увеличивает усиление вашей антенны. Добавление большего количества директоров также делает ваш луч более направленным! Вы также увидите режиссеров, которых называют «паразитами».

Ведомый элемент («Диполь»)

Это то, что излучает или принимает радиоволны для антенны. Для меня это будет прием, а это то, к чему будет подключен коаксиальный кабель. У него есть директора с одной стороны и отражатель с другой. Как показано на рисунке выше, это просто отрезок провода, но я решил сделать сложенный диполь, который выглядит так:

Отражатель

Это самая длинная часть антенны, расположенная напротив («позади») ведомого элемента от директоров. Это считается «задней» антенной и является частью того, что придает антенне ее направленность, «блокируя» волны, идущие с этой стороны ведомого элемента. Эти отражатели могут быть более сложными, как показано на телевизионных антеннах выше, но для моих целей достаточно одного отрезка провода.

02. Как его сделать?

Если у вас нет большого опыта использования программного обеспечения для моделирования антенн, вы, вероятно, просто пойдете в Интернет и поищите несколько калькуляторов (и даже если вы это сделаете, вы, вероятно, все равно пойдете в Интернет и посмотрите для некоторых калькуляторов). Эти калькуляторы обычно предполагают, что вы уже строили такую ​​антенну в прошлом, и выдают список измерений, что может пугать тех, кто не знает, что делает. Я собираюсь пройтись по моему процессу сборки, калькуляторам, которые я использовал, и тому, как интерпретировать вывод этих калькуляторов.

Прошло несколько лет с тех пор, как я построил антенну Яги-Уда, поэтому я решил начать с малого и проверить, верны ли мои принципы, прежде чем приступать к более крупной конструкции. Этот первоначальный прототип имел только один директор, складной диполь и отражатель, что делало его трехэлементным Яги-Уда. Я не фотографировал процесс сборки этого прототипа, поэтому некоторые кадры процесса будут постановочными и будут немного отличаться от конечного результата.

03. Прототип

Трехэлементная Яги-Уда является крайним случаем, поэтому я использовал калькулятор, разработанный с учетом этого ограничения (https://www.changpuak.ch/electronics/yagi_uda_antenna.php). Вывод выглядел так:

 Частота: 428 МГц
Длина волны: 700,935 мм
d/лямбда: 0,006 (мин.: 0,001, макс.: 0,04)
D/лямбда: 0,016 (мин.: 0,002, макс.: 0,04)
Длина стрелы: 280 мм
Элементы : 3
Усиление: 7,1 дБ (прибл.)
-------------------------------------------------- -
Длина рефлектора [мм]: 340
Положение отражателя [мм] : 0
----------------------------------
Длина диполя [мм]: 338
Положение диполя [мм] : 140
----------------------------------
Длина директора [мм] : 323
Должность директора [мм] : 280
 

Здесь нас интересуют измерения для длины отражателя , положения отражателя , положения диполя , длины директора и положения директора . Мы не будем использовать длину диполя, потому что собираемся сделать собственный сложенный диполь.

Инструменты

• Рулетка, способная измерять миллиметры
• Кусачки
• Сверлильный станок (или ручная дрель)
• Паяльник
• (опционально) 3D-принтер

Материалы

• Медный провод 4 мм длиной не менее 1500 мм
• Труба ПВХ длиной не менее 300 мм
• Коаксиальный кабель
• Припой

Первый

Обрежьте материал стрелы до указанной длины (280 мм) + буфер (я использовал буфер 20 мм, всего 300 мм).

Я добавил здесь 20 мм, потому что вы заметите, что положение рефлектора равно 0 мм, а положение директора — 280 мм, поэтому сократить длину стрелы ровно на 280 мм было бы не очень хорошо. Также хорошо иметь место для маневра на случай, если что-то пойдет не так во время изготовления.

Второй

Отметить позиции элементов.

Для размещения элементов в прототипе я решил сделать то, что делают многие другие сборщики антенн Yagi-Uda, а именно просверлить отверстия там, где должны проходить элементы. Это требует, чтобы вы точно измеряли положение каждого элемента; допуски обычно не превышают 2 мм. Все измерения, которые у нас есть для этого прототипа, относятся к отражателю, поэтому я отметил 10 мм от конца стрелы в качестве местоположения отражателя и добавил 10 мм к положению каждого элемента для измерения. Измерение с конца стрелы с помощью измерительной ленты намного проще и более последовательно, чем попытка держать конец вашей измерительной ленты над отметкой Sharpie на трубе из ПВХ.

Третий

Просверлите отверстия для элементов.

Важно, чтобы все элементы были:

1. На одной линии («копланарно»)
2. Перпендикулярно стреле

С этой целью я привязал стрелу к запасному прямоугольному алюминиевому элементу, который был у меня в магазине, и зажал его в тисках. Использование алюминия и тисков дало мне хорошую гарантию для ##2, а использование сверлильного станка моей мастерской в ​​сочетании с узлом алюминия/тисков вместо ручной дрели дало мне хорошую гарантию для ##1. Убедитесь, что используемое сверло соответствует диаметру медной проволоки. Просверлить слишком маленькое отверстие — это нормально, потому что вы всегда можете сделать его больше, но слишком большое отверстие сделает ваши элементы шаткими, и это будет сложнее исправить.

Четвертый

Отмерить и отрезать проволоку для элементов.

Для рефлектора и директора я использовал размеры из калькулятора выше. Убедитесь, что вырезая элементы, вы держите их в порядке! Они отличаются по длине всего на несколько миллиметров.

Обычно причина, по которой вы предпочитаете использовать изогнутый диполь вместо полуволнового диполя при построении антенны Яги-Уда, заключается в том, чтобы упростить согласование импеданса коаксиального кабеля, который вы к нему подключаете. Хотя это хорошее свойство, на самом деле оно имеет значение только для антенн, которые также передают, а мы нет. Я сделал сложенный диполь вместо полуволнового диполя, потому что его легче прикрепить к стреле и коаксиальному кабелю. Поскольку я создавал свой собственный сложенный диполь, мне понадобился еще один калькулятор: https://www.changpuak.ch/electronics/Dipole_folded.php. Вывод из калькулятора выглядел так:

Итак, мы знаем, что длина провода для нашего сложенного диполя должна быть 600,5 мм.

Пятый

Вставьте элементы и согните сложенный диполь.

Вставить отражатель и директор очень просто. Однако согнуть сложенный диполь может быть сложно, в зависимости от того, какого сечения медный провод вы используете (с более толстым проводом труднее работать). Я знал радиус изгиба, и у меня был доступ к 3D-принтеру, поэтому я напечатал цилиндр, чтобы использовать его в качестве ориентира для изгиба:

Важно, чтобы все элементы располагались по центру стрелы, поэтому я приклеил каждый элемент на место горячим клеем. В некоторых конструкциях сложенный диполь находится в той же плоскости, что и другие элементы, в некоторых конструкциях сложенный диполь перпендикулярен этой плоскости, но из моделирования антенны, которое я видел, это не имеет значения, поэтому просто выберите то, что подходит для вашей конструкции антенны или эстетика.

Шестой

Припаяйте экран коаксиального кабеля к одному концу изогнутого диполя и медную жилу к другому.

Срежьте пластиковую крышку с коаксиального кабеля на пару дюймов и снимите экран так, чтобы экран доставал с одной стороны, а медная жила — с другой. Как вы можете видеть ниже, я также привязал коаксиальный кабель к штанге, чтобы придать сложенному диполю некоторую устойчивость.

Прототип готов!

Вот фото моего готового прототипа:

Эта антенна работала достаточно хорошо, чтобы обеспечить усиление 7 дБ на расстоянии десяти футов от источника, что было всем, что мне было нужно, чтобы подтвердить, что конструкция антенны Yagi-Uda подходит для этого проекта.

04. Конечный продукт

Для конечного продукта я сделал 10-элементную антенну Яги-Уда. Я использовал другой калькулятор, созданный для антенн с переменным количеством элементов: https://www.changpuak.ch/electronics/yagi_uda_antenna_DL6WU. php. Это были мои требования:

У меня была восьмифутовая белая труба из ПВХ диаметром 21 мм от Home Depot, которую я планировал использовать для стрелы, и Home Depot также продает пятнадцатифутовые рулоны медной проволоки диаметром 4 мм.

Вывод калькулятора выглядел так:

 Частота: 428 МГц
Длина волны: 701 мм
Диаметр стержня: 4 мм
Диаметр стрелы: 21 мм
Длина стрелы: 1540 мм
d/лямбда: 0,006 (мин.: 0,002, макс.: 0,01)
D/лямбда: 0,030 (мин.: 0,01, макс.: 0,05)
Элементы : 10
Усиление: 11,80 дБд (прибл.)
-------------------------------------------------- -----------
Длина рефлектора: 338 мм
Положение отражателя: 0 мм
-------------------------------------------------- -----------
Положение диполя: 168 мм
-------------------------------------------------- -----------
Директор №1 Положение: 221 мм, Длина: 319мм
Расстояние Диполь - Реж. #1 : 53 мм
-------------------------------------------------- -----------
Директор #2 Положение: 347 мм, длина: 316 мм
Расстояние Реж.  №1 - Реж. #2: 126 мм
-------------------------------------------------- -----------
Директор №3 Положение: 498 мм, длина: 313 мм
Расстояние Реж. №2 - Реж. #3 : 151 мм
-------------------------------------------------- -----------
Директор №4 Положение: 673 мм, длина: 310 мм
Расстояние Реж. №3 - Реж. #4 : 175 мм
-------------------------------------------------- -----------
Директор #5 Должность : 869мм, длина: 308 мм
Расстояние Реж. №4 - Реж. #5: 196 мм
-------------------------------------------------- -----------
Директор №6 Положение: 1079 мм, длина: 306 мм
Расстояние Реж. №5 - Реж. #6: 210 мм
-------------------------------------------------- -----------
Директор №7 Положение: 1300 мм, длина: 304 мм
Расстояние Реж. №6 - Реж. # 7 : 221 мм
-------------------------------------------------- -----------
Директор №8 Положение: 1532 мм, длина: 302 мм
Расстояние Реж. #7 - Реж. #8 : 231 мм
 

В этом калькуляторе не указана длина диполя, так как он предполагает, что вы делаете собственный сложенный диполь. Мы, так что не беспокойтесь. Некоторые шаги этой сборки пересекаются с прототипом, поэтому я буду делать подробные заметки только там, где он отклоняется или есть новые шаги. Основное различие между прототипом и окончательной сборкой заключается в том, что для окончательной сборки я решил напечатать стойки для элементов на 3D-принтере вместо того, чтобы сверлить отверстия в стреле. Сверление отверстий для элементов не масштабируется намного больше, чем небольшая антенна: очень мало места для ошибок, небольшие ошибки складываются, пятифутовая длина ПВХ гораздо более громоздка, чем один фут, и трудно вносить коррективы в элементы после установки. отверстие просверлено.

Первый

Разрежьте материал стрелы (не забудьте взять буфер).

Второй

Измерьте и отрежьте провода для элементов и гибких диполей.

Третий

Стойки для держателей элементов дизайна и печати.

Вот что у меня получилось для моего стендоффа:

Изгиб в нижней части стойки соответствует изгибу трубы из ПВХ, поэтому стойка хорошо сидит на стреле и не качается. Выемка в верхней части стойки соответствует изгибу медного провода, который я использовал, поэтому провод сохраняет свою ориентацию. Отверстия по бокам соответствуют размерам стяжек, которые я использовал, а отверстие в центре — это дизайнерская привычка минимизировать твердый объем, чтобы уменьшить количество используемой нити. Для такой маленькой детали (5 мм х 5 мм х 10 мм) выдолбление сердцевины, вероятно, не является строго необходимым.

Использование стоек, напечатанных на 3D-принтере, имеет ряд преимуществ по сравнению с сверлением отверстий:

• Более точное позиционирование элементов
• Легче отрегулировать элементы, если их потревожить
• Легче выравнивать элементы, чтобы они были компланарными
• Легче заменить или модифицировать элементы
• Легче разбирать для транспортировки, все, что вам нужно для повторной сборки, это стяжки
• При ударе антенны элементы не гнутся

Четвертый

Стяжные элементы к стойкам и стойки к стреле.

Взяв замеры сверху, я привязал каждую распорку к стреле. Установив каждый элемент, я повторно измерил его, чтобы убедиться, что он находится в пределах 1 мм от желаемого положения, а затем отметил переднюю кромку зазора с помощью маркера, чтобы, если антенна толкнется или элемент заденет, я мог легко переместить зазор в нужное положение. правильное положение.

Пятый

Припаяйте экран коаксиального кабеля к одному концу изогнутого диполя и медную жилу к другому.

Последняя антенна готова!

Вот снимок последней антенны без коаксиального кабеля:

05. Заключение

Создание собственных антенн, настроенных по индивидуальному заказу, не так уж и сложно! Самое сложное — это знать, с чего начать и как интерпретировать результаты калькуляторов, которые вы найдете в Интернете. Надеюсь, узнав о том, как работает антенна, увидев мой процесс сборки и изучив некоторые подводные камни, с которыми я столкнулся на этом пути, вы почувствуете уверенность, что можете сделать это дома.

06. Используемые ресурсы

3-элементный калькулятор Яги-Уда

https://www.changpuak.ch/electronics/yagi_uda_antenna.php

N-элементный калькулятор Яги-Уда

https://www.changpuak.ch/electronics/yagi_uda_antenna_DL6WU.php

Вычислитель со сложенным диполем

https://www.changpuak.ch/electronics/Dipole_folded.php

ПО для 3D-моделирования

https://www.autodesk.com/campaigns/fusion-360-for-hobbyists

Как построить антенну Yagi?

Что такое антенна Yagi?

Антенна Yagi, также называемая антенной Yagi-Uda, основана на развитии обычной дипольной антенны. Простейшая 3-элементная антенна Яги состоит из дипольной антенны (активного элемента) половинной длины волны посередине и директора и рефлектора спереди и сзади диполя.

Длина директора чуть меньше половины длины волны, длина рефлектора чуть больше половины длины волны, а конкретная длина зависит от фактической ситуации использования. Расстояние между рефлектором и элементом и элементом и дивертором составляет четверть длины волны.

Увеличение количества директоров может улучшить направленность и коэффициент усиления антенны, но также уменьшит полосу пропускания и усложнит подключение антенны. Расстояние между пилотом также составляет четверть длины волны, чем дальше от элемента, тем пилот должен быть короче на основе предыдущего пилота. Есть также несколько активных решеток антенны Яги.

Создайте структуру антенны Yagi, как показано на рис. 1, состоящую из активного элемента, рефлектора и нескольких направляющих. Который немного длиннее, чем отражатель активного элемента, чтобы отражать роль энергии, и немного короче, чем активный элемент, чтобы направлять роль энергии.

Активный элемент с обеих сторон рефлектора и директора превращает первоначальное двустороннее излучение в одностороннее, чтобы улучшить усиление антенны. Антенна Yagi имеет простую конструкцию, удобное питание, высокий коэффициент усиления, широко используется в УКВ диапазоне УКВ.

Размер антенны при сборке антенны Yagi

Количество элементов антенны Yagi, длина и расстояние между ними на коэффициент усиления антенны, переднее и заднее соотношение излучения, ширину полосы и другие показатели оказывают большое влияние.

Построение антенны Яги размер теоретического расчета является более сложным, в большинстве случаев это использование какой-либо приближенной формулы, эмпирических данных для первоначального выбора, или в готовой антенне на основе модификации, а затем путем эксперимента, неоднократно хорошо отрегулированы, а затем, наконец, определить соответствующие данные.

Сборка антенны Yagi Размер антенны должен определяться по показателям производительности антенны при рассмотрении компромисса. Длина рефлектора антенны 35 см (0,5λ, длина волны λ=70см), длина трех лидеров одинакова, все 31 см (0,44λ), длина активного элемента 34 см (0,486λ), и фактическая длина должна быть определена в регулировке антенны.

Интервал директора выбирается с переменным интервалом и равным интервалом два. Расстояние между единицами измерения можно выбрать в диапазоне от 0,1λ до 0,34. Расстояние директора большое, коэффициент усиления антенны высокий; расстояние небольшое, а характеристики диапазона антенн хорошие.

Расстояние между выводами антенны 0,2λ. Следует отметить, что расстояние между первым выводом и активным элементом должно быть меньше, обычно 0,14λ. Расстояние между отражателем и активным элементом также равно 0,2λ. Длина и расстояние между каждым элементом антенны показаны в таблице 1.

Метод согласования антенн Yagi имеет множество форм. Сердечник коаксиального кабеля через переменный конденсатор и соединенный стержень γ, экран кабеля соединен с центром активного элемента, закорачивающий стержень будет активным элементом, а стержень γ соединен и может двигаться.

Регулировка переменной емкости конденсатора и положения закорачивающего стержня может привести антенну в соответствие с состоянием. γ-согласование для несбалансированного типа может быть напрямую подключено к коаксиальному кабелю, что является очень удобным способом согласования, любимым радиолюбителями.

Как построить антенну Yagi для 433 МГц?

Сборка антенны Yagi Материалы для изготовления всех элементов: медный сварочный стержень диаметром 3 мм, поперечная планка 15 мм × 15 мм, квадратная труба длиной 70 см или материал из алюминиевого сплава.

Сначала отрежьте 6 медных стержней в соответствии с размерами, указанными в Таблице 1, и сделайте хорошую отметку в соответствующем месте квадратной трубы.

Выберите сверло Φ3 мм и с помощью настольной дрели проделайте 5 отверстий в квадратной трубе так, чтобы медный сварочный стержень можно было просто вставить в поперечину.

Для удобства регулировки и разборки просверлите отверстие над вибратором, приварите гайку и затяните винт, после чего вибратор можно зафиксировать. Обратите внимание, что при сверлении квадратной трубы лучше всего использовать настольную дрель, пистолетную дрель нелегко контролировать направление, и легко вызвать вибрационный наклон.

Найдите кусок железного листа размером 60 мм × 15 мм и толщиной 1 мм, согнутый под прямым углом и просверленный в нем. Длинная сторона закреплена на перекладине, короткая сторона установлена ​​на разъеме BNC, а расстояние от центра вилки до вертикального активного вибратора составляет около 20 мм.

Кусок железа и квадратная трубка между напильником для обеспечения хорошего контакта. Стержень короткого замыкания может найти две части размером 30 мм × 10 мм, толщиной около 1 ~ 2 мм из алюминиевого или медного листа.

Проделайте отверстие посередине двух кусков алюминия, установите винт, закрепите активный элемент и γ-стержень и отрегулируйте расстояние между двумя медными стержнями на 20 мм, как показано на рис. 2.

Наконец, конденсатор с фарфоровым чипом впаян в сердечник разъема BNC и стержня γ, и производство антенны будет завершено.

Как настроить антенну Yagi?

На работу антенны Yagi влияет множество факторов, и настройка антенны Yagi сложнее, чем других антенн. В любительских условиях мы в основном настраиваем два параметра антенны: резонансную частоту и КСВ. То есть резонансная частота антенны регулируется около 435 МГц и делает КСВ антенны максимально близким к 1.

Антенна будет установлена ​​на высоте около 1,5 м от земли и подключена к столу стоячей волны, чтобы начать измерение. Чтобы уменьшить погрешность измерения, подключите антенну к столу стоячей волны, а радиостанцию ​​— к столу стоячей волны кабелем как можно короче. Антенна имеет три места для регулировки: емкость подстроечного конденсатора, положение перемычки и длину активного элемента.

Сборка антенны Yagi. Конкретные этапы настройки антенны следующие.

(1) Крепится к перемычке на расстоянии 5 ~ 6 см от перекладины.

(2) Установите частоту передатчика на 435 МГц, отрегулируйте фарфоровый конденсатор так, чтобы стоячая волна антенны была минимальной.

(3) От 430 до 440 МГц, каждые 2 МГц, измерение стоячей волны антенны, измеренные данные для графика или списка.

(4) Обратите внимание, что частота, соответствующая наименьшей стоячей волне (резонансная частота антенны), находится в районе 435 МГц, если частота высокая или низкая, можно заменить немного длиннее или немного короче несколько миллиметров активного генератора повтор- измерение стоячей волны.

(5) Слегка измените положение закорачивающего стержня, повторите тонкую настройку фарфорового конденсатора, чтобы стоячая волна антенны на частоте 435 МГц была как можно меньше.

Похожие записи

22.08.2023 0

Замена подсветки монитора на светодиодную своими руками. Как заменить подсветку монитора на светодиодную своими руками: пошаговая инструкция

10.08.2023 0

Машинка на пульте управления своими руками. Как сделать радиоуправляемую машину своими руками: пошаговая инструкция и советы

08.08.2023 0

Полицейская сирена своими руками. Как сделать полицейскую сирену своими руками: пошаговая инструкция