Birden fazla Yagi anten Nasıl Bağlanır (Stack Anten)

Selamlar,
Önceki yazılarımda özellikle VHF ile ilgilendiğimi yazmştım.

Bu amaçla yüksek kazançlı antenler kulllanmam gerekiyor.

Peki nasıl yapılır?

Evet yagi'nin eleman sayısını arttırmak bir yöntem olsa da, anten belirli bir uzunluğun üstüne çıktığında fiziksel olarak imkanları zorlamaya başlar. Hem yagi'nin kazancı belirli bir eleman sayısından sonra çok fazla artmaz hem de boyu büyüdükçe hem döndürmek hem ya da düz durmasını sağlamak oldukça zor olacaktır.

Peki antenler birbirine nasıl bağlanır?

Aslında iki yolu var.

Eğer kullandığınız antenler 50 ohm antenler ise, bunları power divider denen bir cihazla yaparsınız.

Tek giriş, ve anten sayınız kadar çıkışı olan bu cihazlar (genelde 2 veya 4lü olur) yapması kolay cihazlardır.

Aslında bu power divider iki türlü yapılabilir.

Birincisi aşağıda resimlerini görebileceğiniz gibi alüminyum bir boru ile, ikincisi ise coax kablolar ile.

Amaç burada giren ve çıkan sinyalin empedansını 50 ohm da tutmaktır.

Kablo ile yapılırken (Wilkinson Power Divider denir)  de genel olarak izlenen yöntem iki adet 75 ohm kabloyu 1/4 dalga boyuna (ve kablonun iletim hızına oranla) kesmek ve bunlarla gücü iki anten arasında bölmektir.

Üstteki şekillerde görülen direnç, antenler arasında bir faz farkı olması durumunda ya da swr farkı olması durumunda, cihaza geri dönüş olması yerine bu fazla enerjinin power dividerda elimine edilmesi için kullanılır. Kullanmak zorunda degilsiniz. Ancak, kullancaksanız, kötü durum senaryosu olarak 2:1 swr oranında , yani gönderdiğiniz max gücün %10 u oranında dayanacak bir resistor kullanmanız iyi olacaktır.

Alüminyum ile yapılan power divider kullanacaksanız, hesaplama için 

http://dg7ybn.de/Splitters/coax_online_calc.htm  linkindeki yazılımı kullanabilirsiniz.

Uygulama burada

İki portlu yani bir giriş iki çıkışlı bir divider yapacaksanız, empedans'ın 35.7 Ohm veya ona çok yakın olması gerekiyor.

Dört  portlu bir divider için,  25  Ohm değerine yaklaşmak gerekiyor. 

Basit bir tablo ile piyasada bulunabilen bazı malzemeler için ölçü vermek isterim. Ölçüler mm cinsindendir.

144 Mhz için  2 portlu splitter için;

Aluminyum Profil				Bakır/Pirinç Boru		Not
Dış Çap	Et Kalınlığı	İç Çap		Boru Dış Çapı	Ohm*
20	2	16		9,52	35,7	3/8 inch
20	1,5	17		10	36,4
25	2,5	20		12	35,2
30	5	20		12	35,2
30	2	26		16	33,7
32	3	26		16	33,7
30	1,5	27		16	35,9
33	3	27		16	35,9

* 35.4 Ohm  Değerine ne kadar yakın ise o kadar iyi.

144 Mhz 4 Portlu Splitter için;

Aluminyum Profil				Bakır/Pirinç Boru
Dış Çap	Et Kalınlığı	İç Çap		Boru Dış Çapı	Ohm**
20	2	16		11	27
20	1,5	17		12	25,5
25	2,5	20		14	26
25	2	21		12	24,7
30	5	20		14	26
30	1,5	27		19	25,6
33	3	27		19	25,6

** 25 Ohm  Değerine ne kadar yakın ise o kadar iyi.

*** Önemli.. Burada ölçüler girilirken, alüminyumun içten içe mesafesi, bakırın ise dıştan dışa ölçüleri girilmeli. 

***  İletim iyiliği açısından içerideki elemanın bakır veya pirinç olması önemli.Hem kayıpları azaltır, hem de konektöre lehim yapabilirisiniz.

Bu uzunluk konnektör pinleri arasındaki uzaklıktır. 144 Mhz için 520mm, 145 Mhz için 516mm 

Ayrıca yapılan bu dividerın, 3. harmonikte yani, 144 mhz için yapılan bir cihazın 432 mhz'te de çalışması olası.

Aslında mantık olarak alüminyum ile yaptığınız da bir tür farklı ohmaja sahip coax olarak iş görmektedir.

Coax ile yapılan power dividerda dikkat edilmesi gereken kullanılan kablonun velocity factor'Unu de hesaba katmanızdır.

Yani kullandığınız kablonun dokümanlarından kablonun velocity factor'unu alacaksınız,  bunu bulduğunuz dalga boyuna böleceksiniz.

Örneğin , 75 ohm kablo olarak RG8X kablo kullandığımızı varsayalım.

Normalde dalgaboyu hesabı yaptığımızda, dalgaboyu = ışık hızı / frekans formülünden

299.000.000/145.000.000 = 2,04m çıkar. Şemada gördüğünüz gibi, kablonun 1/4 (0.25) lambda olması gerekiyor yani 2,07/4 = 0.51 cm kablo kullanmak gerekir. Ancak, kabloda sinyalin ilerleme hızını veren velocity factor işe katıldığında, bu gecikme %88 civarındadır. 

Biraz önce elde ettiğimiz değerin %88 ini aldığımızda ise, kullanacağımız uzunluk,  45.5 cm çıkar. 

Pratikte kabloyu uzun kesip, her iki uca 50 ohm yük bağlayıp, diğer uçtan yapacağımız ölçümde 50 ohm değerini görene kadar kısaltmak en uygunu olacaktır.

Peki, kablo ile çok hızlı ve çabuk yapılabilecekken niye alüminyum ile devam edeyim diye soracak olursanız, kablodaki kayıp oranı daha yüksektir. Performans isteniyorsa maalesef zor yöntem ile devam etmek gerekir.

Peki bu sistem nasıl bir işe yarayacak? Bu kadar uğraştığımıza değecek mi?

Benim antenlerimden örnek verecek olursak,  çatımda şu an 2 adet 14.6 dbi kazançlı anten mevcut.

Boom uzunluğu yaklaşık 5.5 metre ve 10 elemanlı.

Bu iki anteni birleştirdiğim zaman toplam kazancım 17.6 dbi'a çıkmakta..

Her 3 db kazancı 2 kat arttırır.

Antenlerimi 0 db olarak farz etseniz, 100w güç uygulasam, bu birleştirme işinden sonra antenden çıkan toplam gücüm 200W a yükselecektir.

Bazı sistemler 4 anten ile yapılmakta bazıları çok daha fazla antene sahip olabilmektedir.

Peki, antenleri yerleştirirken neye dikkat etmeliyiz? bazıları üstüste bazıları yan yana gördüğünüz gibi..

Bu anteni nasıl kullanacağınıza bağlı.
Antenleri üst üste koymak (Vertical stacking) , antenlerin radyasyon pattern'ini, dikey alanda daraltır. Yani, antenin yukarı ve aşağı yayılan sinyalini daraltır.

Antenleri yan yana koymak (horizontal stacking) ise, antenin yönlenmesini yanlardan daraltır. Anten çok daha yönlü bir anten haline gelir.. Sağdan soldan duyduğu sinyaller azalır..

Ayrıca fiziksel kullanım şartları önemlidir. Antenleriniz sadece yatay doğrultuda çeviecekseniz, tek bir anten mastı üzerine koyulmuş iki anten çok kolay bir kurulum yöntemi iken, eğer antenleriniz uydu ya da EME çalışma için dikey düzlemde de (elevation) hareket edecekse yan yana koymak çok daha rahat bir işçilik sağlayacaktır.


Bununla beraber,  antenlerin arasındaki mesafe ne olmalıdır derseniz? Anten üreticisi bu konuda en kesin rakamları verecektir.
ya da antenin beam açılarını biliyorsanız http://dg7ybn.de/Stacking/6WU_online_calc.htm  sayfasından kendiniz hesaplayabilirsiniz.
Bu mesafeyi azaltmak ya da arttırmak stack'in kazanç değerlerini değiştirecektir. Yagiler için genelde yaklaşık 2 dalgaboyu mesafe civarı oluyor.Ancak benim anten için üretici yatay stack için 3.5 dikey için 3.2 metre tavsiye etmiş. Bu yüzden antenin orjinal planlarından stack mesafelerini öğrenmeye bakın.


Stack anten sadece güç arttırmak için yapılmaz.

Örneğin bir röle sistemi düşünün.  Üstündeki bir omnidirectional anten ile röleye yakın yerlere sinyal gönderirken, ilave takacağınız bir yagi anten ile, uzakta ya da sinyal gücünün çok düşük olduğu bir alandaki kazancı arttırmanız mümkün.

Ancak bu durumda unutmamanız gereken power divider kullanıldığında, gücün yarısının (hem almada hem göndermede) bir antene, diğer yarısının diğer antene gideceğidir.
yani, bu pozisyonda bağlayacağınız omnidirectional anteninize yaklaşık 3 db (divider içinde kayıpları saymaz isek) daha zayıf sinyal gidecektir.  Tabii, buraya yüksek kazançlı anten koyarsanız (örneğin iki farklı yöne bakan iki yagi)  bir yaginin kazancını örneğin 10 dbi kabul etsek,  yine de standart bir antene göre 7 dbi ilave kazancınız olacaktır.