Der DL7KM Beam hat seine eigene Fan-Gemeinde. Darunter sind auch einige Kontestgruppen.
Das machte mich neugierig darauf, was das Design tatsächlich leistet.

Wie gut ist der DL7KM Beam wirklich? - Vorab einige Quellen, die über seinen Gewinn berichten:

• K. Weiner, DJ9HO, UHF Unterlage, 1980: E.4.5.2 Der Doppelquad-Beam mit G = 15dB, nach DL7KM - Gewinn = 15 dBD, -3 dB Halbwertsbreite = 33,5 / 30,2 Grad, F/B ca. 25 dB

• A. Krische, DJ0TR, Rothammels Antennenbuch, 2013, : Gewinn ≥ 13 dBD, F/B ca. 25 dB, -3 dB Halbwertsbreite = 35 / 32 Grad

• R. Bertelsmeier, DJ9BV: "Leistungsdaten von 432 MHz Antennen)", Dubus 1989: Rainer attestierte der 70 cm Version einen Vorwärtsgewinn von lediglich 9.75 dBD (11.90 dBi). Was allerdings durch ca. 10 mm zu lange Skalierung der Elementlängen von der 2 m Version begründet ist. "Selbst nach Verkürzung der Elemente bringt sie statt 16 dB, wie angegeben, nur 12 db[D] Gewinn."

Setzen wir die bis zu 15 dB gegen Dipol, mit denen der DL7KM Beam angegeben wird einmal in Relation:

Bei identischer Boom-Länge produziert eine einzelne, in der G/T Liste vorne liegende Schmalband-Yagi ungefähr 13,6 dBi. Um den theoretischen maximalen Gewinnzuwachs von +3,0 dB herauszuholen, muss ein Paar von diesen in einem Abstand von 2,7 m gestockt werden. Das ist der Abstand nach der gut bekannten DL6WU Formel und wir haben noch keine Verluste durch Zusammenschaltleitungen berücksichtigt. Zusammengefaßt ... für eine Gruppe aus zwei guten sehr guten Yagis von gleicher Länge wie der DL7KM Beam können wir optimistisch gesehen 16,6 dBi oder knapp 14,5 dBD erwarten. Und das mit einer signifikant größeren Aperturfläche, die von zwei heute führenden Top-Designs ausgefüllt wird.
Demnach ist es relativ unwahrscheinlich, daß der DL7KM Beam bei weniger als der Hälfte des optimalen Stockungsabstandes seines Doppelbooms auch nur diese 14,5 dBD erreichen kann. Bei diesem kleinen Stockungsabstand von nur 1200 mm bzw. 0,58 wl, die der Doppelboom auseinander liegt, beträgt der typische Zusatzgewinn aus Stockung gerade 1,4 dB. Was für unser Paar von dicht gestockten Yagis 15,0 dBi oder ca. 12,9 dBD bedeutet. Was jetzt in Kontrast zu den unglaublichen 15 dBD steht, die wir hier und da als Angabe für den DL7KM Beam finden.

Originaldesign



Aufbereitung ... mit den ersten simulierten Richtdiagrammen an der Hand wünschte ich mir umgehend
eine besseres Diagramm, da es allgemein bekannt ist, daß Stocken mit sehr kleinem Abstand unter
normalen Umständen zu einem sehr sauberen Richtdiagramm führt:

Originaler DL7KM Beam (blaue Kurve) gegen das vorweg genommene, modifizierte Design (schwarz)

Simulierte Elevations- und Azimuthplots


Modifikation des Designs

Nach Erstellung des NEC Modells und mit dem Ergebnis von kaum 12 dBD vor Augen entschied ich mich für ein Redesign, das auf dem original Beam so aufsetzt, daß bestehende Aufbauten daran angepasst werden können. Was dabei herauskam, überstreicht das gesamte 2 m Band mit sehr niedrigem SWR und liefert einen konstanten Gewinn über diese 2 MHz. Gleichzeitig werden mindestens 1 dB mehr Gewinn und eine bedeutend niedrigere Antennentemperatur erreicht.

Wir müssen uns bei der Beurteilung und den Angaben der Quellen von oben allerdings vergegenwärtigen, daß wir es hier mit einem Pre-NEC-optimierungs-Design zu tun haben. Sicherlich sind auch aus diesen Zeiten weit genauere reale Messungen (etwa DL6WU bekannt), aber dennoch ist es im Nachhinein mit diesen Werkzeugen an der Hand leichter, eine realistischer Abhandlung zu geben und ein Redesign durchzuführen.

Modifizietes Design mit kleiner inneren Struktur



Ich habe je ein Element aus Wellenleitstruktur entfernt, die verbleibenden sinnvoller über die Boom-Länge verteilt, deren Längen angepasst, die Reflektoren näher zur Doppelquad heran gezogen und drei innere Direktoren eingebracht - diese spielen beim "Zusammenschnüren" des Richtdiagramms eine wesentliche Rolle.


Leistungsdaten des originalen und modifizierten Designa

                     Orig. DL7KM    Mod. YBN
Gewinn isotr.         13.3 dBi*     14.8 dBi**
Gewinn gegen Dipol    11.2 dBD*     12.6 dBD
-3 dB H-Ebene         29.6 deg.     33.5 deg.
-3 dB E-Ebene         35.2 deg.     37.2 deg.
F/B                  -22.2 dB      -20.8 dB
F/R                  -14.9 dB      -20.8 dB
Impedanz                60 ohms       50 ohms
VSWR Bandbreite       1.3?:1***     1.03:1***   
Mechan. Länge         3970 mm       3940 mm
Electr. Länge         1.91 λ        1.89 λ

Korrigierte "Average Gain" Daten für den einzelnen Beam
(mit den 13.31 dBi des Orig.-Designs)
T_loss                 4.5 K           2.5 K
Antennentemp.          313 K         235.5 K
G/T (einzelne Ant.) -11.25 dB        -8.94 dB

*) Aufgrund des komplex zu simulierenden Doppelquad-Erregers und einer kleinen Unsicherheit aufgrund eines unbekannten BC-Wertes für die direkte und leitende Montage der Elemente auf einem 15x15 mm Boom (wie von DL7KM in der UHF Unterlage vorgesehen), ist die wahre Länge der Elemente für des NEC Modell nicht bis auf die letzten 1 oder 2 mm festlegbar. Der von mir angegebene Gewinn für den originalen DL7KM Beam ist eine optimistische Angabe mit gutwilliger Auslegung der genannten Unsicherheiten, die das Design auch für den ambitionierten NEC Modellierer bereithält.

Da das Design vor 1980 auf experimenteller Basis entwickelt wurde, ist ein BC ja "fest mit eingebaut". Ich habe hier 3/4 des Wertes, den DL6WU für leitend durch den Boom montierte Elemente angibt, abgezogen.

**) 14.92 dBi bei einem "Average Gain" von 1.025 für das verlustbehaftete Modell und 14.96 dBi bei einem AG von 1.034 für das verlustlose Modell. Mit angewandter AG-Korrektur nach KF2YN beträgt der verbleibende Gewinn 14,78 dBi oder 12,63 dBD.

***) wie in der VE7BQH G/T Tabelle = bei 145.00 MHz

Die Halbwertsbreite des Öffnungswinkels des Originaldesigns vermittelt subjektiv den Eindruck von mehr Gewinn, als tatsächlich vorhanden. Was auf der im Vergleich zu normalen Yagi-Designs ungewöhnlichen Form des Strahlungsdiagramms beruht. Wir treffen hier auf einen anderen Formfaktor η_loss fü die Standardgleichung für die Effektive (Antennen-)Fläche und den Gewinn:



Wobei G(loss) = numerischer Gewinn inklusive der Verluste auf allen Drähten darstellt. Als Äquivalent zur Multiplikation der durchfluteten Fläche A mit η_loss auf der anderen Seite der Gleichung. Wir produzieren "automatisch" den Wert G(loss), also den Gewinn der verlustbehafteten Antenne, wenn wir einen echten Aufbau messen, oder mit der richtigen Wahl des vergesehenen Antennenbaumaterials simulieren; wo wir diesen Wert dann schlicht "G" oder "Gewinn" nennen. Was hier nicht das Hauptthema ist, aber die Formel komplett erklärt. Mit einer Yagi-Struktur, gleicher Wirkungsgrad vorausgesetzt, einmal auf 1,2 m gestockt und einmal auf 2,7 m gestockt, erzielen wir einen recht großen Unterschied an Effektiver Fläche Aeff. Das gleiche gilt für den erreichbaren Gewinn.

Geometrie des modifizierten Design

Bisher ist noch kein BC oder SBC dazu gegeben. Die Zahlen unten sind für den Aufbau ohne Boom, so wie im NEC Modell benutzt.
Der Nullpunkt für die Positionsangaben zählt von der alten Originalpos. der Reflektoren als "0" an. Die neuen Reflektoren werden gegen ihre alte Position um 70 mm nach vorne versetzt. Bestehende DL7KM Beams können auf diese Modfifkation umgebaut werden; der Abstand der Doppelbooms ist mit 1200 mm gleich geblieben. Ebenso ist die Doppelquad als Erreger unverändert geblieben.

Die Durchmesser für die unten stehenden Längenangaben betragen Ø 8 mm für die Elemente, für die Quadschleifen sind es Ø 5 mm. Aufgrund der rechteckigen Kanten des schleifenförmigen erregten Elementes sehe ich hier keinen SBC vor. Der normale BC muß zur Auswahl der Elementbefestigung passen. BC Werte sind auf meiner BC-Seite zu finden klick hier.

Ein interessantes Detail ist der D1, dieser ist kürzer als D2 und D3. Das ist kein Tippfehler in der Tabelle unten. Auch erscheinen sämtliche parasitären Elemente relativ kurz geraten für eine 144 MHz Struktur. Das hat aber alles seinen Grund in der gegenseitigen Beeinflußung der so dicht gestockten Booms.

Upadte 31.12.2014, korr. Länge D1
8 mm Elemente - Oberer und unterer Boom
       Refl.    DE       D1       D2       D3       D4       D5      D6      D7
Pos.   70       460      805      1115     1550     2120     2760    3400    3940 mm
Lgth.  1044      -       896      898      890      884      872     868     856  mm

8 mm Elemente - kurzer Mittel-Boom
       Refl.    DE       D1       D2       D3
Pos.   70       460      830      1150     1570 mm
Lgth.  1056      -       884      878      868  mm

Note: element lengths for Ø 8 mm fit 5/16" too

Der Durchmesser des Drahtes der Doppelquad beträgt 5 mm. Der Umfang der Schleifen und alle Maße sind identisch mit dem originalen DL7KM Beam. Das sind identische Seitenlängen von je 520 mm, eine Höhe über alles von 1470 mm und ein Abstd./Freiraum von 20 mm am Anschlußpunkt.



MNI tnx an Vladimir, UR5EAZ, welcher diese Website und .ez Dateien mit redigiert und Fehler gesucht hat

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Richtdiagramm und VSWR des modifizierten Design

Elevations- und Azimuth-Plot bei 144.1 MHz

 

RL und SWR Plot - simuliert mit 4nec2

Gewinn, F/B und F/R plot - simuliert mit 4nec2

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Downloads

EZNEC Datei des modifizierten DL7KM Beams   Update 31.12.2014, korr. Länge D1

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Stockung des modifizierten DL7KM Beams

Stockungsabst. nach DL6WU Formula
Oben/Unten     3.61 m oder 11.8 ft
Seite/Seite      3.25 m oder 10.7 ft


2 modifizierte DL7KM Beams, seitlich gestockt, Gewinn = 17,87 dBi oder 15,72 dBD



3D Diagramm von 2 x modifizierten DL7KM Beams, seitlich gestockt (4NEC2)

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73, Hartmut, DG7YBN