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Seit ihrer Erfindung hat die Yagi-Uda Antenne einen langen Weg zurückgelegt, um zu der aktuellen Low Noise, Hochgewinn-Antenne zu werden, die so gut in der "Weak Signal Communication" funktioniert.
Meilensteine in der Entwicklung des Yagi-Uda Design
Unten habe ich eine Reihe der, wie ich glaube, herausragenden Meilensteine der Entwicklung der Yagi Antenne aufgelistet. Das ist eine subjektive Liste. Sie ist nicht gedacht, um Anstoß daran zu nehmen, dass Erfolge einiger Designer ggf. nicht gelistet sind. So, wie ich denke, dass K1FO's "An Optimum Design for 432 MHz Yagis", QST 87/88, irgendwo zwischen dem Ansatz der Doppelten Optimierung von DL6WU und der DJ9BV Opt.-Serie angesiedelt sein sollte. Aber ich habe nicht genügend Fakten darüber, wer hier was zuerst gemacht hat. Wenn ich mich auf frühe Entwicklungen beziehe, wie zum Beispiel den Gebrauch niedriger Impedanz, um maximalen Gewinn mit Yagis zu erzielen und diese mittels eines Faltdipol zu speisen, dann sind das Fakten mit angegebenen Quellen. Was aber nicht heißt, dass es solche Designs auch schon noch früher gegeben haben kann.• 1924 - Wie auch immer, alles begann 1924 mit Assistenz-Prof. Shintaro Uda und Prof. Hidetsugu Yagi an der Tohoku Imperial University, Sendai, Japan. Erste Publikation auf japanisch - englische Übersetzung "Projector of the Sharpest Beam of Electric Waves"
im Feb. 1926. Es ist darin klar zu sehen, wie sehr die Antenne mit
Mehrfachreflektor bereits heutigen Modellen gleicht.
Mit der ersten Veröffentlichung auf Englisch von Yagi in 1928 in den USA: Yagi, H., "Beam Transmission of Ultra Short Waves", Proceedings of the IRE. 16, Nr. 6, Juni 1928
wurde die Sprachbarriere überwunden und mit Prof. Yagis Patentanmeldungen schaffte es eine japanische Erfindung rund um die Welt. Obwohl Yagi an die Verdienste Udas erinnerte, wurde die Antenne als "Yagi" bekannt, sollte aber Yagi-Uda genannt werden.
Quellen dazu: http://en.wikipedia.org/wiki/Shintaro_Uda und https://www.jstage.jst.go.jp
• 1956 ... 1972 - In dieser Phase wurden etliche Publikationen zu Hochgewinn-Yagis von Carl Greenblum & Edward Tilton - W1DHQ, Dr. Hermann Ehrenspeck, Don Hilliard, W0EYE (jetzt W0PW) und anderen gemacht -
Weitere Lektüre findet man unter http://www.wb4hfn.com/Resources/ANTHY4.TXT.
• Shintaro Uda & Yasuto Mushiaka, "Yagi-Uda Antenna", The Research Institute of Electronical Communictaions, Sendai, Japan, 1954
• Carl Greenblum, "Notes on the Development of Yagi Arrays - Part I & II, QST Aug. & Sept. 1056
• Edward Tilton, W1HDQ, "Yagi Arrays for 432 MHz", QST Apr. 1966
• D. Cheng, C. Chen, "Optimum element spacings for Yagi-Uda arrays", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 21, no. 5, 1973
• James Lawson, W2PV, "Yagi Antenna Design: Performance Calculations" ham radio, Jan. 1980
• 1976 - Meiner Meinung nach kommt nichts an Peter P. Viezbickes "NBS Technical Note #688"
vom Dez. 1976 bezüglich des Designens von Yagi Antennen heran. Link zu Scan in höherer Qualität auf Google Books ,
tnx Klaus, DL5AB!
Bild links: Quelle - Einband des besagten Papiers: US National Buero of Standards and Technology (NBS)
Bild rechts: Stromprofil einer 15 Ele. NBS Yagi
Die NBS Mitteilung 688 enthält eine Menge Basiswissen zu Elementlängen, -abständen, Skalierung, Strahlungsdiagrammen und Stockung. Nebenbei: Die Diagramme zu Stockung und erzieltem Gewinn sind weitgehend mit denen von DL6WU deckungsgleich. Wenn jemand bisher angenommen hat, dass Niedrigimpedanz-Yagis oder die Speisung solcher über Faltdipole, um von der Impedanztransformation zu profitieren, sei die Errungenschaft eines neuzeitlichen Designers - sie sind es nicht. Wenn man ein Model der beschriebenen NBS Yagis in NEC mit geradem, gestreckten Dipol modelliert, findet man eine Impedanz unterhalb von 25 Ohm vor.
NBS Note 688, Seite. 17: 'Für eine Impedanz von 50 Ohm können
ein Faltdipol und ein Viertelwellenbalun eingesetzt werden.'
Das ist eigentlich nicht weiter überraschend, denn der Sinn dieses Papiers war es, nach Gewinn per Boomlänge zu suchen.
Wir sehen einen großen Abstand zwischen Dipol und erstem Direktor, wie es auch für 12,5 Ohm Designs nach DKZB typisch ist,
dazu ein nahezu als "stromoptimiert" zu bezeichnendes Design. Lediglich die rückwärtigen Zipfel sind nicht ganz so niedrig
wie sie sein könnten. Allerdings ist das hier Stand 1976 und enthält keinerlei Computeroptimierung. Es ist also pure Handarbeit.,
• 1978 - DL6WU's Ansatz der Doppelt Optimierten Yagi in Bezug auf Elementlänge und Abstand, seine Stockungsformel und mehr; ebenfalls noch reine Handarbeit.
- - - - - Der NEC Code betritt die Bühne - - - - -
• 198? - Tom Kirby, W1EJ's Computer optimierte Yagi-Uda Antennen. Ihm stand dazu eine an der Ohio State University entwickelte Computer-Software zur Verfügung.
• 1987 - K1FO's "An Optimum Design for 432 MHz Yagis", QST 87/88 - Teil 1
/
Teil 2
- Eine mittels T-Match gespeiste niederimpedante 22 Ele. Yagi und eine längenskalierbare
Serie von 11 bis zu 40 Elementen. All diese zeigen eine sehr dichte Staffelung der ersten Elemente als Markenzeichen, aber schon eine sehr niederige Antennentemperatur
für die damalige Zeit.
Wohl hauptsächlich getrieben von der Notwendigkeit, die Yagis ihrer EME Stationen zu verbessern, trieben sich Steven Powlishen und DJ9BV an neue Grenzen.
Das waren vielleicht die ersten Yagis, die ganz bewusst auf bestes Antenna-G/T designed wurden unter Einsatz von NEC-Modellen.
Diese Yagis basierten auf dem 33 Ele. Design von W1EJ.
• 1987 - DJ9BV stellt das Antennen-G/T als aussagefähige Zahl der Gemeinschaft der Radio Amateure in seinem Dubus Artikel "Effective Noise Temperature of 4-Yagi Arrays for 432 MHz EME" vor. Die VE7BQH G/T Tabelle ist gleichermaßen Nachhall wie Konsequenz dieses Artikels in einem, wie auch die Entwicklung des Programms TANT und des vorherigen Yagi-Analysis mit eingeschlossener Berechnung der Antennentemperatur.
• 1991 - DJ9BV's computergestützte Optimierung von DL6WU Designs:
(1) Die BV-Serie (1991)
(2) Die OPT-Serie, die mit ca. 33 Ohm die "DL6WU Konstante" der Impedanz von 50 Ohm am Einspeisepunkt hinter sich lässt (1987 - 1991);
ggf. zeitgleich mit den ebenfalls niederimpedanten K1FO Designs vorgestellt in 'An Optimum Design for 432 MHz Yagis' in QST 12/1987, jedenfalls arbeiteten diese beiden eng zusammen (s. oben).
Beide DJ9BV Serien waren, ganz nach DL6WU Tradition, immer noch in der Boomlänge skalierbar. Die 432 Mhz OPT hält sich immer noch gut in der heutigen 432 MHz G/T Tabelle.
• 1995 - DK7ZB fördert niederimpedante Yagis mit geradem, gestrecktem Dipol in Kombination mit einem Transformations-/Symmetrierglied aus parallem Koaxkabel ("DK7ZB-Match").
Damit war er Vorreiter darin, Yagis mit einer Fußpunktimpedanz von 28 Ohm mit einer einfach herzustellenden Speisung zu versehen, ohne dass eine T-Match oder ähnliches aufgebaut werden muss (1995-1998). Eine Fußpunkimpedanz um 10 ... 35 Ohm ergibt i. d. R. in der Summe über Gewinn, Nebenzipfelunterdrückung und Bandbreite bessere Eigenschaften als eine Fußpunkimpedanz von 50 Ohm, so diese nicht schon innerhalb der Yagi-Uda durch entsprechende Wahl des Strahlers oder Anpassung der Erregerzelle hergestellt wird (siehe LFA Loop, Faltdipol 12,5 zu 50 Ohm und V-förmig gebogener DE wie bei K6STI). Das war auch schon weit vor DK7ZB bekannt und äußerte sich z. B. in der Wahl von ca. 33 Ohm als Impedanz der DJ9BV OPT Serie rund 5 Jahre vor den Veröffentlichungen von DK7ZB, siehe oben. Allerdings stellt die mittels zweier parallelgeschalteten Viertelwellenleitungen von je 75 Ohm zu erreichende Wahl von 28 Ohm aufgrund der einfachen Verfügbarkeit der 75 Ohm Leitungen einen geschickten Ansatz dar, den er einige Jahre später mit einer Transformationsleitung mit 2 x 50 Ohm auf 12,5 Ohm Fußpunktimpedanz wiederholte.
• 1996 - VE7BQH's Artikel 'G/T für Yagis' in Dubus 1/1996
und Antennen-G/T Tabellen mit regelmäßen Updates seit
Eine essentielle Datenquelle zur Bestimmung des Fortschritts von Designs in Zahlen wie Antennen-G/T, Antennentemperatur und Gewinn pro Wellenlänge an Boomrohr.
• 1998 - DJ9BV (3) Die BVO Serie, ein Design, das die Skalierbarkeit zugunsten einzigartiger Eigenschaften für ein "natives" 50 Ohm Design für diese Zeit eingetauscht hat.
• 2006 - YU7EF's 'Low Temperature Antennas' Ansatz als Entwicklungsziel für Yagi Designs
Als Vorreiter des Low Noise Yagi Design setzte YU7EF Standards für saubere Strahlungsdiagramme, die auch heute (2013) noch allen dahingehend beeinflußten Designern als Referenz dienen. Die meisten seiner Designs zeigen einen charakteristischen Einbruch in der Stromverteilung auf den ersten Direktoren. Dieses Merkmal wurde zum Fingerabdruck, der sich auf den meisten erfolgreichen Yagis von Designern, die dieser Idee folgen, wiederfindet.
• Seit 2010 - G0KSC's Ansatz der sehr dicht gedrängten Erregerzelle in Kombination mit niedriger Impedanz und OWA Designschritten.
Nach der Vorstellung niedrig impedanter Yagis mit aufwärtstransformierenden Schleifen (LFA), so dass keine folgenden Transformationsglieder angewandt werden müssen, und weiter leicht gebogenen Elementen in der Erregerzelle um die Bandbreite zu erhöhen und die rückwärtigen Zipfel des Strahlungsdiagramms zu verringern, zeigte G0KSC die sehr dicht gedrängte Erregerzelle in Kombination mit niedriger Impedanz, was zu sehr niedriger Antennentemperatur bei großer nutzbarer Bandbreite und mit den besten bisher gesehenen G/T-Werten führt. Neben reduzierten Rück- und Seitenzipfeln entsteht so mehr brauchbare Bandbreite und Toleranz zum frühen schmalbandigen Konzept von YU7EF, was wünschenswert ist für Nachbauten zuhause und Leistungsminderung durch Wettereinflüsse entgegenwirkt. Bevor G0KSC die sehr kompakte Erregerzelle als Optimised Wideband Low Impedance Yagi (OWL) zeigte, war es üblich zu denken, dass Impedanzen unter 28 Ohm zwar viel Gewinn aber recht schmale Bandbreite und damit unbeständige Parameter des Strahlungsdiagramms bedeuten. G0KSC zeigte, dass das so nicht stimmt.
• Seit 2012 - DG7YBN's GTV Serie: eine Interpretation von K6STI's Vorlage eines gewinkelten Dipols, hier mit gerader mittlerer Sektion und etwa dem halben Biegewinkel, vorgestellt in einer Publikation "144/432 MHz Langyagis mit gewinkeltem Erreger", Dubus 1/2013 & Dubus Technik XII. Dieser Artikel zeigt Designs mit hohem Antennen-G/T in Kombination mit umsetzbarer Bandbreite. In diesen machen die zusätzlichen Parameter Biegewinkel, Spannweite und generelle Form des Erregers eine weitreichendere Form der Kontrolle der Fusspunktimpedanz möglich. Dieser Sachverhalt sorgt für eine begrüßenswerte Entkopplung der Interaktion zwischen Erregerzelle und Wellenleitstruktur hinsichtlich der Impedanz am Fußpunkt der Yagi. Was größere Freiheit bei der optimalen Auslegung auf ein nebenzipfelarmes Strahlungsdiagramm und gutes G/T ermöglicht. Der Name steht für (Antennen-) G/T mit V -förmigem Erreger.
Hier habe ich die Meilensteine in der Entwicklung von Yagi-Udas mit gewinkelten Dipolen dargelegt
Haben wir das nicht alles früher schon gesehen?
• Seit etwa 2010 bemerken wir einen Trend zu Yagis mit gebogenen Elementen, die in der G/T Tabelle gut abliefern. Wer war jetzt damit Erster?Ein K6STI, G0KSC, UA9TC, DG7YBN ... ? Bei weitem nicht. Vom Aussehen des Fotos her scheint es noch viel älter zu sein als das Datum des Drucks. Oder war das nur der Wind, der hier die Reflektoren verbogen hat, hi? Leider ist das ein Kapitel zu Speiseleitungen, es wird nicht auf Antennendetails eingegangen.
Jetzt ist es offiziell, wir haben gebogene Elemente schon vorher gesehen. So man manch einer mag glauben, gebogene Elemente wären ein alter Hut. Oder dass die erwähnten Designer nur von so einer alten Quelle kopiert hätten? Nicht doch, das haben sie nicht. Vielleicht ist so ein altes Foto animierend, aber ganz sicher hatten die Hersteller der oben gezeigten Antenne nicht die Optimierung des G/T-Verhältnis im Sinn.
• Der Ansatz über niedrige Impedanz im Sinne von was auch immer zwischen etwa 12 und 38 Ohm ist weder neu noch die Erfindung welches auch immer Designers, der nach dem Jahr 2000 damit anfing. Auch F9FT war schon lange vorher da mit dem weit bekannten 21 Ele. 432 MHz Design und im Prinzip seiner gesamten Reihe für die VHF/UHF Amateur Radio Bänder weit zurück in den 80ern.
Quelle: Antennes Tonna, Reims, France, 432 MHz 21 elem. Instruction Manual
Was er hier kommerziell baute, war der Prolog zu dem, was wir heute als wiedererfundene 12,5 zu 50 Ohm über Faltdipol gespeiste niederimpedante Designs sehen. Mit diesem Konzept war er fast da, wo wir heute stehen. Auch die Bandbreite einer 432 MHz Tonna 19 Ele. ist wegweisend. Mit faktisch 12,5 Ohm Impedanz, über den enthaltenen Faltdipol auf 50 Ohm gebracht, überstreicht sie die gesamten 10 MHz des 70 cm Bandes. Dabei ist die Erregerzelle sehr dicht gepackt. Gerade so wie bei modernen Breitband- oder Hochleistungskonzepten mit bestem Antennen G/T - klick . Man stelle sich vor, er hätte einen schnellen PC für ein NEC Programm an der Hand gehabt und wir hätten mit diesem Konzept vielleicht einen sehr frühen Meilenstein gesehen. Das gleiche kann man auch auf P. P. Viezbicke tief in den 70ern anwenden, wenn er nur ein gutes Laptop und eine Kopie von EZNEC oder 4nec2 gehabt hätte.
• Gebogener Dipol?
Und wer war hier Erster? Ein K6STI, ein DG7YBN ? ... mit Abstand nicht. Und gibt es nicht eine 'Inverted Vee' für die Kurzwellenbänder?
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(1) Quelle: Rothammel, K., DM2ABK, Antennenbuch, Militärverlag der Deutschen Demokratischen Republik, Berlin 1974, 10.4, Fig. 10.31, pg. 165, Rundstrahlende Dipole (2) Quelle: Jessop, G. R., G6JP, VHF UHF Manual, Fourth Edition, 1994, Kap. 8.37 - Antennas, Fig. 91, Formation of the omni-V antenna |
Nein, das haben wir nicht!
Es besteht kein Grund zur Annahme, dass Antennendesigner nach dem Jahr 2000 nichts erfunden hätten. Im Sinne des Patentgesetzes beschreibt der Begriff der "erfinderischen Höhe", wieviel eigene interlektuelle Leistung notwendig ist, um ein wiederentdecktes, grundsätzliches Konzept in etwas zu wandeln, das der Patentrecherche, Entgegenhaltungen und schließlich der Eintragung standhält.Einen lange bekannten oder fast vergessenen Effekt lange nach seiner Entdeckung für etwas Neues, Besseres zu nutzen, oder eine weit bessere Nutzung in Einheit mit tieferem Verständnis machen eine wiedererfundene Sache patentfähig.
... wie das Erreichen eines viel saubereren Strahlungsdiagramms und höherem Antennen-G/T mit einer niedrigimpedanten Struktur, was kombinierte Fähigkeiten im Verständnis der Erregerzelle, Wellenleitstruktur und Interaktion der Impedanzen der einzelnen Teile bedingt.
Bitte nicht alle Fortschritte im Design von Yagis zurückweisen, sondern nachdenken, wenn jemand eine bestimmte Technologie als etwas Brandneues für sich beansprucht. Es kann sein, dass sie das nicht ist, aber im Kontext gesehen kann sie es sehr wohl sein.
Und am Schluss ein Appell - Wir sind alle Funkamateure, interessiert an neuer Technologie, neuen Antennendesigns und was auch immer. Jeder hat seine Ideen, wie die ideale Yagi aussehen sollte. Einige zeigen ihre, einigen gefällt das Gesehene nicht. Das ist ein natürlicher Prozess. Es werden Vorschritte gemacht, aber auch Fehler oder Fehlannahmen produziert. Aber bitte zeigt etwas Respekt, wenn Sachverhalte diskutiert werden. Ich habe einige Äußerungen gelesen, nicht nur auf dem "moon net reflector", die ich mir nie als von Funkamateuren untereinander ausgesprochen hätte vorstellen wollen.
Ich wünsche mir faire und fachliche technische Diskussionen, die mit Fakten belegt sind.
73, Hartmut, DG7YBN