Yagiantennenbauanleitung
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YAGI-ANTENNEN
Geschichte
Die Yagi-Antenne wurde ab 1924 von den Japanern Hidetsugu Yagi und Shintaro Uda experimentell entwickelt. 1926 veröffentlichten sie die erste Beschreibung in einer japanischen Zeitschrift. Im Juni 1928 wurde in den USA ein englischer Artikel von Yagi veröffentlicht, so dass die Antenne von nun an seinen Namen trug.
Gesicherte Angaben zur Wirkungsweise gibt es erst seit 1959. Inzwischen kann man Yagis nummerisch mit der sogenannten Momentenmethode berechnen.
Theorie
Charakteristisch für die Yagi-Antenne ist ein Dipol, der durch eine Reihe von entsprechend angeordneten Direktoren und Reflektoren eine Richtwirkung erhält. Der Dipol hat eine Länge von einer halben Wellenlänge (λ/2), bezogen auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit in Metall. Sie ist etwas kleiner als λ/2 im Vakuum. Die Direktoren sind etwas kürzer, die Reflektoren etwas länger als der Dipol. Der aktive Dipol erregt die passiven (parasitären) Elemente, also den Reflektor und die Direktoren. Die parasitären Elemente wirken dadurch ebenfalls als Strahler, die allerdings phasenverschoben zum aktiven Dipol senden. Die Phasenverschiebung wird nicht nur durch die Elementposition auf dem Längsträger (dem sog. Boom), sondern auch durch die Elementlänge bestimmt. Durch die vom Dipol abweichende (resonante) Länge ergeben sich induktive bzw. kapazitive Verhaltensweisen, mit entsprechenden Phasenverschiebungen der Ströme in den Elementen. Das Fernfeld der Yagi entsteht letztlich aus der richtungsabhängigen und phasenabhängigen Überlagerung der Strahlungsanteile aller Elemente der Yagi-Uda-Antenne. In Richtung des Booms (vorwärts) überlagern sich die Feldanteile konstruktiv (ergänzend), rechts und links davon ist die Überlagerung dagegen mit steigendem Winkel schnell destruktiv (auslöschend) wodurch sich die gewünschte Vorzugsrichtung ergibt. Etwas ausführlicher gibt’s das auf Wikipedia, zu empfehlen und einigermaßen verständlich dargestellt wird die Yagitheorie auch im „Antennenbuch“ von Rothammel.
Rechtliches und Praktisches:
In Deutschland sind für WLAN auf 2,4 Ghz 100mW EIRP Sendeleistung erlaubt. EIRP bedeutet hierbei die Effektiv abgestrahlte Leistung, bezogen auf einen isotropen Kugelstrahler folgendermaßen berechnen:
EIRP = Ps * 10 * (((a - v)+ 2,16dB) / 10)
Ps = Sendeleistung in Watt
a = Antennengewinn bezogen auf einen Halbwellendipol in dB
v = Verluste durch Stecker und Leitung
z.B:
- Sendeleistung am Access-Point: 10mW
- Gewinn der Antenne: 10dBi (dBi gibt den Gewinn in der Hauptstrahlrichtung gegenüber einem isotropen Kugelstrahler (0dBi) an)
- Kabeldämpfung: 2 dB (je nach Kabel, hier 1m RG178)
- Stecker: 0,8 dB
- Ergebnis: 0,01W * 10 * ((10 - (0,8 + 2) + 2,16) / 10)) = 0,156W = 156mW! EIRP
- In diesem fall muss die Sendeleistung angepaßt werden um im gesetzlichen Rahmen zu bleiben.
Um im gesetzlichen Rahmen zu bleiben empfiehlt es sich eher rauscharme Vorverstärker einzusetzen.
Eine anderere praktische Nebenwirkung einer Richtverbindung ist auch, daß außerhalb der Richtkeule die Verbindung nur schwer wahrgenommen werden kann. Man kann also im gewissen Rahmen räumlich festlegen, wo Empfang vorhanden sein soll und wo nicht.
10 Element Yagi für 2,4 Ghz
Die Elemente werden von links nach rechts durchgezählt, das grüne ist das gespeiste Element. Im Diagramm ist die obere Hälfte das Richtdiagramm des Elektrischen Feldes, also bei einer horizontal polarisierten Antenne das Horizontaldiagramm, die untere entsprechend das Vertikaldiagramm. Diese Antenne hat laut dem Open Source Programm [Yagimodeler] eine Eingangsimpedanz von 47,95-j2,96, da dies Nahe an den 50 Ohm der Kabel und Stecker ist, können wir von ausgehen, daß der größte Teil der Sendeleistung tatsächlich von der Antenne abgestrahlt und nicht schon am Antenneneingang reflektiert wird. Der Gewinn liegt bei 12,77 dBi, unter Berücksichtigung der Fertigungsverluste bei etwa 10 dBi, was einer 10 mal höheren Leistung in Hauptstrahlrichtung entspricht. Als Elemente nehmen wir 2mm Messingrohr, diese werden auf die entsprechenden Längen zurecht-gesägt und gefeilt, der Erregerdipol wird in der Mitte geteilt. In den Boom werden an der entsprechenden Position 2mm Löcher gebohrt und die Elemente möglichst mittig eingeklebt. An den Erreger wird das Kabel angelötet, der Innenleiter an die eine Seite, der Aussenleiter an die andere, und zwar so, daß die beiden Hälften keinen Kontakt haben, aber totzdem möglichst nahe aneinander sind.
Polarisation
Die Polarisationsebene ist die Ebene, in der sich das E-Feld ausbreitet, bei Dipolen ist dies die Ebene oder genauer die Ebenen, in denen der Dipol liegt, wenn der Dipol also vertikal befestigt ist, dann ist die Welle vertikal Polarisiert. Es sollte darauf geachtet werden, daß beide Antennen die gleich Polarisation haben, dabei bietet sich die horizontale Polarisation an, da die meisten Störungen vertikal polarisiert sind. Die Polarisation kann aber auch dazu genutzt werden, zwei Verbindungen auseinanderzuhalten, indem eine horizontal und die andere vertikal polarisiert wird.
- viel Vergnügen beim Yagibasteln!
