Die Entwicklung eines Halbwellendipols zum Dreibandelement;
a - der 10-m-Dipol, b - die Erweiterung zum 15-m-Dipol, c - das vollständige Dreibandelement für 10m, 15m und 20m
Der Halbwellendipol wird zum unidikektionalen 2-Element-Richtstrahler, wenn man parallel zu ihm, in etwa Viertelwellenabstand, einen strahlungsgekoppelten Reflektor anbringt. Dieser Reflektor ist ein Stab oder Draht, etwa 5% länger als der Halbwellentrahler und nicht mit dem Sender oder dem gespeisten Element verbunden. Solche ungespeisten Elemente, die lediglich durch die Strahlung mit dem gespeisten Element verkoppelt sind, heißen Parasitärelemente oder auch Sekundärstrahler.
Antennen mit mehreren parasitären Elemnten wurden erstmalig 1926 von dem Japaner S. Uda (Professor an der Iniversität Tohoku) in japanischer Sprache und später von seinem Kollegen H. Yagi in englischer Sprache beschrieben. Sie werden deshalb Yagi-Uda-Antennen oder kurz Yagi-Antennen genannt.
Ein nicht gespeistes (parasitäres) Element wirkt durch induktive Phasenverschiebung als Reflektor (länger als das gespeiste Element) oder durch kapazitive Phasenverschiebung als Direktor (kürzer als das gespeiste Element).
Der Leistungsgewinn, der durch parasitäre Elemente in der Hauptstrahlungsrichtung zu
erzielen ist, hängt vom Abstand des Sekundärelementes zum gespeisten Element ab.
Bei einem Reflektorabstand S von etwa 0,23 Wellenlängen liegt ein breites Gewinnmaximum
vor, das unter den Bedingungen der Praxis etwa 4 dBd (bezogen auf einem Halbwellendipol)
betragen kann.
Für die Kombination gespeistes Element-Direktor ist der erzielbare Gewinn etwas
größer, er liegt bei einem Direktorabstand D von 0,11 Wellenlängen um 4,3 dBd.
Man sollte die Gewinnangaben für Kurzwellenantennen nicht überbewerten, denn es handelt sich fast immer um die Ergebnisse von Modellmessungen im UHF-Bereich unter idealen Bedingungen. Kurzwellenantennen befinden sich aber immer in Erdnähe (bezogen auf die Wellenlänge) und sind dadurch Veränderungen ihrer Strahlungscharakteristik ausgesetzt, die von den Idealdiagrammen abweichen und somit auch den Gewinn beeinflussen. Hinzu kommen Erdverluste und ohmsche Verluste, die oft nicht berücksichtigt werden. Der im Kurzwellenbereich praktisch erzielbare Gewinn liegt deshalb immer uner dem theoretisch erreichbaren Maximalgewinn.
Die optimale Länge des parasitären Elementes hängt von seinem Abstand zum
gespeisten Element ab. Allgemein gilt, daß ein Reflektor um so länger sein muß,
je weiter er vom Strahler entfernt ist. Dagegen wird ein Direktor um so kürzer, je
größer der Anstand S ist.
Andere Längenabmessungen ergeben sich, wenn z.B. das System besonders große
Bandbreite und verhältnismäßig hohen Strahlungwiderstand haben soll.
Dazu wält man längere Reflektoren bzw. K6uuml;rzere Direktoren.
Der Fußpunktwiderstand des gespeisten Elementes wird von den Faktoren Abstand und Länge der Elemente bestimmt. Allgemein gilt, daß der Strahlungswiderstand und damit auch der Fußpunktwiderstand um so stärker absinkt, je mehr sich das oder die parasitären Elemente dem gespeisten Element nähern
Bei Kurzwellenantennen werden im allgemeinen nicht mehr als 2 Parasitärelemente verwendet, sie bestehen in diesem Fall aus dem gespeisten Halbwellendipol, einem Reflektor und einem Direktor. Es ist die kleinste Bauform einer Yagi-Antenne; weil sie insgesamt 3 wirksame Elemente ausweist, nennt man sie 3-Element-Yagi. Ausnahmen findet man hauptsächlich im 10-m-Amateurband, wo mitunter auch Yagi-Antennen mit mehr als 3 Elementeneingesetzt werden.
Der praktisch erzielbare Antennengewinn einer 3-Element-Yagi kann bis etwa 7 dBd betragen. Bei den üblichen Amateurantennen im Kurzwellenbereich ist mit einem durchschnittlichen Gweinn zwischen 5,5 und 6,5 dBd zu rechnen.
Nach der Beschreibung der Yagi-Antenne im allgemeinen hier eine sehr zweckmäße Lösung für eine Dreiband-Yagi von W3DZZ. Bei dieser Antenne werden keine Kompromisse eingegangen, sie erreicht die gleichen Leistungsdaten, die für 3 entsprechende Einzel-Yagis charakteristisch sind. Dieser Drehrichtstrahler erfordert allerdings einen bechtlichen mechanischen Aufwand.
Die Wirkungsweise wird am Beispiel des gespeisten Elementes behandelt.
Der 10-m-Dipol nach Bild a ist längenmäßig wie üblich bemessen. Die freien Enden sind mit je einem Parallelresonanzkreis L1-C1 und L2-C2 abgeschlossen. Bei genügend hoher Kreisgüte bilden die Spreekreise für ihre Resonanzfrequenz einen sehr hohen Widerstand; sie wirken wie Isolatoren. Die Kreise sind auf die Arbeitsfrequenz im 10-m-Band abgestimmt, und die nach Bild b bei YY angeschlossenen Leiterstücke beeinflussen die Resonanz des 10-m-Dipols nicht mehr. Wird der Strahler bei XX dagegen mit einer Frequenz von beispielweise 21 MHz erregt, so sind die beiden Sperrkreise für diese Frquenz außer Resonanz; sie haben demnach keine Sperrwirkung mehr. Die Kreise L1-C1 und L2-C2 wirken nun als Verlängerungsinduktivitäten für den 15-m-Dipol. Bei geeigneter Bemessung der Leiterstücke B1 und B2 ergeben diese zusammen mit A1 und A2 sowie den Induktivitäten L1 und L2 einen Halbwellenstrahler für 21 MHz, ohne daß sich an der Resonanzlage für 28 MHz etwas ändert. Da das Element jedoch auch für 14 MHz brauchbar sein soll, werden nach Bild c an die Enden der Leiterstücke B1 und B2 noch einmal 2 Sperrkreise L3-C3 und L4-C4 geschaltet und auf Sperrwirkung für 21 MHz abgestimmt. Nach Bild c sind bei den Punkten ZZ noch zwei offene Leiterstücke E1 und E2 angefügt. Sie dienen zur Herstellung der Halbwellenresonanz; denn das Element bei XX wird mit einer Frquenz von 14 MHz erregt. Weder die Kreise L1-C1 und L2-C2 noch L3-C3 und L4-C4 sind im 20-m-Band in Resonanz. Alle Kreise wirken demnach für 14 MHz als Verlängerungsspulen. Die Leiterstücke A1,A2,B1,B2 und E1,E2 ergebenzusammen mit den InduktivitätenL1,L2,L3 und L4 Halbwellenresonanz im 20-m-Band. Die Anordnung nach Bind c ist deßhalb für 3 Bänder gleichzeitigund ohne Umschaltung abgestimmt.
Die Entwicklung eines Halbwellendipols zum Dreibandelement;
a - der 10-m-Dipol, b - die Erweiterung zum 15-m-Dipol,
c - das vollständige Dreibandelement für 10m, 15m und 20m
In gleicher Weise sind auch die parasitären Elemente ausgeführt, wobei lediglich die Resonanzen für den Reflektor entsprechend niedriger und für den Direktor höher gelegt werden. Da diese Elemente parasitär erregt sind, entfällt auch ihre Auftrennung in der geometrischen Mitte. Die Sekundärelemente können dort geerdet werden.
Das Bild zeigt das Schema des W3DZZ-Dreiband-Beam.
Die Firma Fritzel hat eine sehr schöne mechanische Lösung gefunden, indem sie die zwei Sperrkreise in ein Rohrgehäuse gepackt hat. Das folgende Bild verdeutlicht dies.
Die Texte und Bilder stammen teilweise aus "Rothammels Antennenbuch". Die Genehmigung des Authors liegt vor.