O 'Loop Array Fed' Yagi Antenna System Feed
Justin Johnson G0KSC makes public details of the LFA 'Loop Feed Array'. Justin Johnson G0KSC torna público detalhes da LFA "Feed Loop Array".
The LFA Yagi is not fed with a dipole as traditional Yagi antennas would be. O Yagi LFA não é alimentado com um dipolo como antenas Yagi tradicional seria. Instead, it is fed with a rectangular loop which is laid flat on the boom of the Yagi in place of the dipole driven element. Em vez disso, ele é alimentado com um laço retangular que é deitadas sobre o boom do Yagi no lugar do elemento dipolo conduzido.
The LFA is not 'The Holy Grail' of directional antennas and will not give any additional forward gain for any given boom length. O LFA não é 'O Santo Graal "de antenas direcionais e não vai dar qualquer ganho adicional para a frente para qualquer comprimento de lança dado. However, it has a new and unique combination of properties which can be tailored to provide improvements in many areas over a traditional dipole-fed Yagi. No entanto, ele tem uma combinação nova e única de propriedades que podem ser adaptados para fornecer melhorias em muitas áreas ao longo de um tradicional dipolo alimentado Yagi.
LFA Yagi Advantages Vantagens LFA Yagi
The advantages of the LFA concept are as follows: As vantagens do conceito LFA são as seguintes:
* Superior front to back ratio Superior frente para trás ratio
* Exceptionally clean patterns Padrões excepcionalmente limpo
* Ultra-wideband gain and matching characteristics Ultra-wideband ganho e características de correspondência
* A new definition of the 'ideal' boom length A nova definição do comprimento boom 'ideal'
* Flexible feed point arrangement Arranjo ponto flexível feed
* Direct 50Ω feed Feed 50Ω direta
* Optimization of loop dimensions. Otimização de dimensões loop.
A 5 element 50MHz Yagi in use on my tower Um elemento 5 50MHz Yagi em uso na minha torre
Superior Front to Back Ratio Front to Back Superior Ratio
Quad beams are renowned for their readily achievable clean patterns, with superior front to back properties over Yagis (when comparing like numbers of elements in small arrays). Vigas Quad são famosos por sua prontamente realizável padrões clean, com frente superior a volta propriedades mais Yagis (quando comparando como números de elementos em pequenas matrizes).
The LFA Yagi seems to have picked up this desirable characteristic. O Yagi LFA parece ter pego essa característica desejável. In models created so far, front to back figures of between 30-40dB have been readily achieved in Yagis of 7 and 8 elements without distorting the forward pattern or indeed creating any unwanted sidelobes. Em modelos criados até agora, de frente para trás figuras de entre 30-40dB foram prontamente alcançados em Yagis de 7 e 8 elementos, sem distorcer o padrão para a frente ou mesmo a criação de qualquer lóbulos laterais não desejados. In addition, 3 and 4 element patterns look very similar in shape and performance to quad alternatives. Além disso, 3 e 4 padrões elemento são muito semelhantes em forma e desempenho para alternativas quad. This is one of the benefits of the LFA, as traditionally fed OWA antennas tend not to model well unless at least 4 elements are used. Este é um dos benefícios da LFA, como tradicionalmente alimentados antenas OWA não tendem a modelo bem menos, pelo menos, quatro elementos são usados.
Exceptionally Clean Patterns Padrões excepcionalmente limpo
Another very nice 'quad-like' characteristic of the LFA Yagi is side lobe suppression. Outro muito bom 'quad-like' característica da Yagi LFA é a supressão lóbulo lateral. This is of particular importance when short boom, multi-antenna arrays are being used for EME work. Isto é de particular importância quando lança curta, multi-antena matrizes estão sendo usados para o trabalho EME. It can be quite a challenge to eliminate rearward lobes in the elevation plane which will lead to noise being picked up from residential locations (and perhaps causing interference in these locations too). Ele pode ser um grande desafio para eliminar lobos para trás no plano de elevação que levará ao ruído ser pego de locais residenciais (e talvez causando interferência nesses locais também). The LFA Yagi provides the best benefits of both small quad and Yagi antennas in one design. O Yagi LFA oferece os melhores benefícios de ambos os quad pequenas e antenas Yagi em um design. The LFA concept also offers more design variables that can be used to tailor the performance to suit individual requirements. O conceito LFA também oferece mais variáveis de projeto que pode ser usado para adaptar o desempenho para atender às necessidades individuais. Although it may require much more antenna modelling, there is also a good possibility that the design objectives can be surpassed rather than merely achieved. Embora possa requerer modelagem antena muito mais, também há uma boa possibilidade de que os objetivos do projeto pode ser superado e não apenas alcançada.
Ultra Wideband Characteristics Ultra Wideband Características
In modelling of both 10 and 11 element LFA Yagis for 2m I have achieved over 15dBi forward gain along with more than 34dB front to back ratio, with no significant sidelobes or unwanted forward lobes and a VSWR of less than 1.1. Na modelagem de ambos os 10 e 11 de elemento LFA Yagis para 2m eu consegui mais de 15dBi para a frente junto com ganho de mais de 34dB relação de frente para trás, sem lóbulos laterais significativas ou indesejados lobos frente e um VSWR menos de 1.1. This is exceptional performance indeed, but even more exceptional considering how well this performance is maintained across a very wide bandwidth between 144MHz and 145MHz. Este é um desempenho excepcional de fato, mas ainda mais excepcional, considerando o quão bem este desempenho é mantido em uma largura de banda muito larga entre 144MHz e 145MHz. This Yagi provides the nucleus of a very effective array for the serious DXer and EME enthusiast. Este Yagi fornece o núcleo de uma matriz muito eficaz para o DXer sério e entusiasta do EME. Figure 4 shows similar wideband VSWR performance for the 50MHz LFA Yagi. A Figura 4 mostra o desempenho VSWR similar de banda larga para a 50MHz LFA Yagi.
A New Definition of the 'Ideal' Boom Length A nova definição de Length Boom 'Ideal'
As any Yagi experimenter will know, for any given frequency and number of elements there is an 'ideal' boom length that provides the best balance between forward gain and front to back ratio. Como qualquer pesquisador Yagi vai saber, para qualquer dada frequência e número de elementos, há um comprimento boom 'ideal' que oferece o melhor equilíbrio entre o ganho para a frente e da frente para trás ratio. Shorter boom lengths will generally provide higher F/B but at the expense of forward gain (though if the boom is made even shorter the F/B will begin to drop as well). Comprimentos mais curtos boom geralmente proporcionam maior F / B, mas à custa do ganho para a frente (embora se o boom é ainda mais curto o F / B começará a cair bem). With longer booms, forward gain increases but F/B ratio drops away or becomes much harder to achieve. Com longos braços de, frente ganho aumenta, mas F / B proporção cai fora ou se torna muito mais difícil de alcançar. An interesting characteristic of the LFA is that the 'ideal' boom length is greater than for a conventionally fed Yagi with a similar director structure, and this tends to give both more gain and improved F/B ratio. Uma característica interessante da LFA é que o comprimento boom 'ideal' é maior do que para um convencionalmente alimentado Yagi com uma estrutura similar diretor, e isso tende a dar tanto mais ganho e relação F / B melhorou. This is in part due to the size of the loop and the extra space it takes up on the boom – behind and in front of the loop, the spacings of the reflector and first director remain similar to those of traditional Yagis. Esta é, em parte devido ao tamanho da malha e do espaço extra que ocupa no boom - atrás e na frente do loop, os espaçamentos do refletor e primeiro diretor permanecem semelhantes aos dos Yagis tradicional. When the loop is made more square in shape, so that it occupies even more space along the boom, both the forward gain and the F/B capabilities increase together. Quando o loop torna-se mais em formato quadrado, de modo que ela ocupa ainda mais espaço ao longo do boom, o ganho para a frente ea F / B aumentar as capacidades juntos. Using the 50MHz 5 element Yagi as an example, the loop length (along the boom, the X-axis dimension in the models) is around 45cm and therefore this extra length must be added to the boom. Usando o elemento 50MHz 5 Yagi como exemplo, o comprimento do laço (ao longo do boom, a dimensão do eixo X nos modelos) é de cerca de 45 centímetros e, portanto, este comprimento extra deve ser adicionado ao boom. I have achieved 11.3dBi forward gain and over 20dB front to back from a boom length of a little over 5 metres, which thus becomes the new 'ideal' boom length for such an antenna. Eu tenho conseguido ganhar a frente 11.3dBi e mais de 20dB a frente para trás de um comprimento de lança de um pouco mais de 5 metros, o que torna-se assim o novo comprimento de lança "ideal" para uma antena dessas.
Flexible Feed Point Arrangement Arranjo Point flexível Feed
Another powerful aspect of the LFA is the flexibility of the feed arrangement and how it can alter performance of the Yagi. Outro aspecto poderoso da LFA é a flexibilidade do arranjo de alimentação e como ela pode alterar a performance da Yagi. From the limited experiments made so far, it has been established that if the loop is fed at the rear centre (nearest to the reflector, as shown in Figure 7 ), better wideband performance can be achieved than by feeding at the front centre. Dos experimentos feitos até agora limitada, foi estabelecido que, se o loop é alimentada no centro traseira (mais perto do refletor, como mostra a Figura 7), melhor performance de banda larga pode ser alcançada do que através da alimentação no centro da frente. Although the feed point cannot simply be switched from one position to the other without re-optimization, a front feed can provide a slight increase in forward gain and F/B; the VSWR bandwidth is narrower than for rear feed but still better than seen in comparable traditional Yagis. Embora o ponto de alimentação não pode simplesmente ser trocado de uma posição para outra sem re-otimização, uma alimentação frontal pode fornecer um ligeiro aumento no ganho para a frente e F / B, a largura de banda VSWR é mais estreito do que para a alimentação por trás, mas ainda melhor do que o visto em comparáveis Yagis tradicional. As stated above, the length of the loop along the boom can also be varied to change the LFA's operational characteristics. Como dito acima, o comprimento do loop ao longo da lança também pode ser variado para alterar as características operacionais do LFA. More experimentation is required to establish which is the best way to feed this antenna. Mais experimentação é necessária para estabelecer qual é a melhor maneira de alimentar esta antena.
Direct 50 Ω Feed Direct Feed 50 Ω
As with all of my designs for the amateur builder, there is no need for any matching unit, coaxial stubs or any other tuning arrangements at the feed point. Tal como acontece com todos meus projetos para o construtor amador, não há necessidade para qualquer unidade de correspondência, stubs coaxial ou quaisquer disposições tuning outras no ponto de alimentação. A simple 1:1 balun or coaxial choke is enough. Um simples balun 01:01 ou sufocar coaxial é suficiente. Fine tuning can be achieved by moving the ends of the loop in or out (very much as one would to tune a folded dipole). Figure 8 shows another example of the LFA's excellent VSWR bandwidth. Sintonia fina pode ser conseguido movendo as extremidades do loop dentro ou para fora (muito como seria para ajustar um dipolo dobrado). Figura 8 mostra outro exemplo de largura de banda do LFA VSWR excelente. Note that the narrow dip which is so characteristic of the dipole fed Yagi has gone. Note-se que o mergulho estreito, que é tão característica do dipolo alimentado Yagi foi. For the practical version of the FD0605H 50MHz 5el Yagi (Figure 3) I tried a 1:1 voltage balun (branch feed with ¼ wave and ¾ wavelengths of coax). Para a versão prática da 50MHz FD0605H 5EL Yagi (Figura 3) Tentei uma tensão balun 01:01 (alimentação ramo com onda ¼ e ¾ comprimentos de onda do cabo coaxial). This was successful but the ends of the balun must terminate upon the loop itself. Este foi bem sucedida, mas os confins da balun deve terminar em cima do laço em si. Any connecting wires will de-tune the antenna and increase the VSWR. Todos os fios de ligação será de-sintonizar a antena e aumentar o VSWR.
Optimized Loop Dimensions Otimizado Dimensões Loop
As already noted, the loop dimensions offer more design variables that can be used to help optimize the entire Yagi array. Como já mencionado, as dimensões loop oferecer mais variáveis de projeto que pode ser usado para ajudar a otimizar a matriz Yagi inteiro. There are still many more tests to be conducted. Ainda há muitos testes mais a ser conduzida. The loop circumference is close to a full wavelength, but modelling experiments have already established that by altering the shape of the loop, the F/B ratio and forward gain can be balanced one against the other. A circunferência loop está perto de um comprimento de onda completa, mas as experiências de modelagem já estabeleceram que, alterando a forma do loop, a relação F / B e encaminhar ganho pode ser equilibrada um contra o outro. The typical width of a loop (the Y dimension, parallel to the parasitic elements) for 50MHz would be around 10cm shorter than the first director and the loop length (X axis, along the boom) between 35cm and 60cm for best results. A largura típica de um loop (a dimensão Y, em paralelo com os elementos parasitas) para 50MHz seria de cerca de 10 centímetros mais curto que o primeiro diretor e do comprimento do laço (eixo X, ao longo da lança) entre 35 centímetros e 60 centímetros para melhores resultados. When starting a model for 50MHz, I typically use 2.5m width and around 45-50cm length, although with certain boom lengths a smaller loop length of 35cm has also returned good results. Ao iniciar um modelo para 50MHz, eu normalmente usam a largura de 2,5 m e cerca de 45-50cm de comprimento, embora com certos comprimentos de um menor comprimento de 35cm loop também voltou bons resultados. Scaling those dimensions for other bands will give a good starting point. Dimensionamento dessas dimensões para outras bandas vai dar um bom ponto de partida. For example, with 5mm wires at 144MHz, the loop length I am using is around 16-18cm along the boom. Por exemplo, com fios de cinco milímetros de 144MHz, o comprimento loop que estou usando é em torno de 16-18cm ao longo da lança.
To fine tune the antenna once it is in place, I recommend making the end sections of the loop from a smaller size of telescoping tubing, so it can be slid in and out to alter the total circumference of the loop. Para sintonizar a antena uma vez que é no lugar, eu recomendo fazer as seções final do ciclo a partir de um tamanho menor de tubo telescópico, de modo que pode ser deslizado para dentro e para fora para alterar a circunferência total do loop. However, it is important to note that part of the side lobe suppression is delivered by the anti-phase currents along the ends of the loop. No entanto, é importante notar que parte da supressão de lóbulo lateral é entregue pelas correntes anti-fase ao longo das extremidades do loop. To reproduce the computer models as accurately as possible, the corners of the loop should be formed as small radius bends. Para reproduzir os modelos de computador com a maior precisão possível, os cantos do loop deve ser formada como curvas de raio pequeno. If these ends are formed as half circles (to look like a large folded dipole), the side lobe suppression will not be anywhere near as good. Se esses fins são formados como semi-círculos (para olhar como um dipolo grande dobrada), a supressão de lóbulo lateral não vai estar em qualquer lugar próximo tão bom.
Ultra low temperature antennas for EME Ultra baixa temperatura para antenas EME
Another break-through is the very low sky temperature of these antennas which is of particular importance for EME work. Outra descoberta é a temperatura céu muito baixo destas antenas que é de importância particular para o trabalho EME. The popular VE7BQH list (Google search) provides a list of 4 stacked arrays from around the global and compares attributes such as gain, G/T, sky temperature (measured in degrees Kelvin) and more. A lista VE7BQH popular (Google search) fornece uma lista de quatro matrizes empilhadas de todo o atributos globais e compara como o ganho de temperatura céu, G / T, (medida em graus Kelvin) e muito mais.
The LFA Yagis, while not appearing on this list as yet, show a much lower temperature than comparable arrays. O Yagis LFA, enquanto que não constam desta lista, ainda, mostrar uma temperatura muito inferior matrizes comparáveis. In fact, a 4 by 13 element array for 144MHz gives a lower sky temperature than any other array listed. De fato, um elemento da matriz 4 por 13 para 144MHz dá uma temperatura mais baixa céu do que qualquer outra matriz listados. Considering that an antenna's sky temperature drops the larger the array becomes and that the VE7BQH list has antennas over 8 wavelengths long, this attribute is quite an achievement. Considerando que a temperatura de uma antena céu cai a maior matriz torna-se e que a lista VE7BQH tem antenas mais de 8 comprimentos de onda longa, esse atributo é um grande feito.
The incredible pattern of a 13 element 144MHz Yagi with extremely tight F/R ensuring low QRM pick up in city locations O padrão incrível de um elemento 13 com 144MHz Yagi extremamente apertado F / R garantindo QRM baixo pegar em locais da cidade
New Low-Noise Antennas for 'Urban' locations Novos de baixo ruído Antenas para "Urban" locais
One problem that affects many Hams is the tendency for antennas to pick up man-made noise in city locations. Um problema que afeta muitas Hams é a tendência para antenas para pegar homem de ruído em locais da cidade. One of the new breed of LFAs are an ultra low noise Yagi which drastically reduces noise pick up form any direction other than the direction the antenna is facing. Uma das nova geração de zonas desfavorecidas são uma ultra baixo ruído Yagi, que reduz drasticamente o ruído pick up forma qualquer outra direção que a direção da antena está enfrentando.
This is achieved by modelling the massive amount of Front to Back possible with an LFA (without generating unwanted side lobes) Fig2 displays the plot of a 13 element LFA showing the characteristics of the noise noise LFA Isto é conseguido através de modelagem a enorme quantidade de frente para trás possível, com uma LFA (sem gerar lobos colaterais indesejados) Fig2 mostra o enredo de um elemento 13 LFA mostrando as características do ruído ruído LFA
Conclusion Conclusão
I believe I have only scratched the surface of the LFA Yagi concept. Creio ter apenas arranhamos a superfície do conceito Yagi LFA. In a relatively short time it has enabled me to create some very good models which are now beginning to show proven practical results, so I am sure that with more time and many more minds, the LFA concept can produce some remarkable antennas. Em um tempo relativamente curto que me permitiu criar alguns modelos muito bons que estão agora começando a mostrar resultados práticos comprovados, por isso estou certo de que com mais tempo e muitas mentes mais, o conceito LFA pode produzir algumas antenas notável. I am also working on a number of models for 70cm and 23cm that have equally impressive predicted performance – perhaps these will be the topic of a later article! Também estou trabalhando em uma série de modelos de 70 centímetros e 23 centímetros que têm igualmente impressionante desempenho previsto - talvez estes serão o tema de um artigo mais tarde!
By offering more design variables than a traditional Yagi (the width, length, positioning and feed point of the driven loop), the LFA Yagi offers much more flexibility in design and optimization, so that more of the desirable performance objectives can be achieved simultaneously. Ao oferecer mais variáveis do que um design tradicional Yagi (a largura, comprimento, posicionamento e ponto de alimentação do loop driven), a Yagi LFA oferece muito mais flexibilidade no design e otimização, de modo que mais dos objetivos de desempenho desejáveis podem ser atingidos simultaneamente. Overall, this will result in superior performance. No geral, isso vai resultar em um desempenho superior.
At last it seems possible to achieve more of the characteristics of the legendary quad antenna within the compact and more visually pleasing outline of a Yagi, while also losing some of the less desirable properties of traditional Yagis. Enfim, parece possível conseguir mais das características da antena quad lendária dentro do contorno compacto e mais visualmente agradável de uma Yagi, ao mesmo tempo, perder algumas das propriedades menos desejáveis de Yagis tradicional. I am sure that, like me, many hams will see the LFA Yagi as a viable alternative to both the quad and traditional Yagi, and equally I believe the LFA will become a common feature within DX and EME stations. Estou certo de que, como eu, muitos presuntos verá a Yagi LFA como uma alternativa viável para ambos os quad e Yagi tradicionais, e igualmente Eu acredito que o LFA vai se tornar uma característica comum dentro das estações DX e EME.
If you have any comments, suggestions or findings relating to the LFA, please let me know and I will be happy to share these results on my website, which in the near future will have a section dedicated to the LFA designs. Se você tiver quaisquer comentários, sugestões ou conclusões relativas à LFA, por favor me avise e eu vou ser feliz em compartilhar estes resultados no meu site, que no futuro próximo terá uma seção dedicada aos desenhos LFA.
Below is a link to my download page where the original DUBUS article can be downloaded. http://www.g0ksc.co.uk/file-download/category/1-antenna-design-files.html Abaixo está um link para minha página de download onde o artigo Dubus original pode ser baixado. http://www.g0ksc.co.uk/file-download/category/1-antenna-design-files.html
Justin, G0KSC Justin, G0KSC
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