Расчет бумкоррекции элементов Yagi-Uda с экспортом в ANSYS HFSS

Для пользователей MMANA или 4NEC2 будет полезен калькулятор, который позволяет быстро пересчитать оптимизированные размеры антенны, полученные из модели с учетом бумкоррекции по формулам DL2KQ. Можно вручную ввести длины элементов, каждое значение с новой строки. Можно выбрать и затем загрузить файл "*.maa" или "*.nec", скрипт это сделает автоматически. Предполагается, что модель упрощенная, с линейным вибратором. Скрипт проверяет соответствие этому ограничению и неподходящие модели загружены не будут. В результатах элементы нумеруются так, как они пронумерованы в таблице проводов MMANA, а для файла NEC по значениям tag в карточках GW. Выводятся также массивы скорректированных данных, которые могут пригодиться для других моделировщиков. Результаты пересчета MMANA или 4NEC2 модели можно сохранить как VBScript для загрузки и автоматического создания 3D модели антенны в ANSYS HFSS.

© 2025 3G-Aerial
Ограничения и особенности расчетов антенн

Этот калькулятор использует формулы DL2KQ для расчета бумкоррекции. На основе измерений параметров большого количества практических конструкций, DL6WU вывел эмпирическую формулу для расчета коррекции длины элементов с учетом влияния траверсы. G3SEK преобразовал эту формулу в более читабельный вид, поэтому она известна как формула G3SEK. Эта формула справедлива только если диаметр бума меньше чем 5…5.5% от длины волны. Однако на частотах более 1000 МГц обычно используют более толстые траверсы. Поэтому возникла необходимость в формуле для толщины бума до 8…9% от длины волны. Эта формула была выведена DL2KQ также на основе данных измерений большого количества практических антенн. Кроме того, DL2KQ вывел формулу бумкоррекции для траверсы квадратного поперечного сечения Формулы, которые использует калькулятор отмечены синим.Из следующего изображения понятны обозначения в формулах: Все величины K полученные по формулам справедливы для варианта 1 монтажа элементов на металлической траверсе (смотрите ниже). При этом действуют следующие ограничения, несоблюдение которых влияет на точность расчета коррекции:

1. Диаметр траверсы намного (минимум вдвое) должен превышать диаметр элемента;
2. Расстояния от краев траверсы до рефлектора и до последнего директора не равны нулю, а как минимум втрое превышают диаметр элемента;

Что такое бумкоррекция? При металлическом буме происходит локальное утолщение элементов антенны в месте монтажа на траверсе. Это приводит к уменьшению погонной индуктивности в этом месте, что эквивалентно укорочению элемента. Чтобы сохранить его электрическую длину, необходимо элемент физически удлинить. Это и называется коррекцией на влияние траверсы (бума) или бумкоррекцией. Программы моделирования проволочных антенн, основанные на ядре NEC, например MMANA не умеют непосредственно учитывать эту поправку, что является одной из проблем в проектировании антенны Uda-Yagi. Приходится прибегать к эмпирическим методам и формулам в расчете бумкоррекции, основанным на больших массивах практических измерений реальных антенн.

Можно выделить четыре разных случая монтажа элементов на траверсе антенны при которых нужно в той или иной степени учитывать ее влияние:

1. Элементы проходят через середину металлического бума и имеют гальванический контакт с ним. (вариант1). Базовый вариант, именно его рассчитывают вышеприведенные формулы
   
2. Элементы монтируются на траверсе сверху и имеют контакт с ней. (вариант2).
3. Элементы проходят через середину металлического бума и изолированы от него. (вариант3).
4. Элементы монтируются на траверсе сверху и изолированы от нее. (вариант4).

Очевидно, что в случае второго, третьего и четвертого вариантов монтажа величина бумкоррекции будет меньше, чем в случае первого варианта. Это учитывается следующим выражением K' = corr * K. , где corr величина, характеризующая степень уменьшения (долю от единицы) бумкоррекции в сравнении с базовым первым вариантом монтажа.

• Во втором варианте corr≈0,55…0,7 в зависимости от ширины контакта элемента и траверсы. В нашем калькуляторе для бума круглого сечения принято значение corr=0,55, для квадратного corr=0,7.
• В третьем и четвертом варианте corr≈0,5 и зависит от величины емкости между бумом и элементом в месте изоляции. В нашем калькуляторе принято значение corr=0,5.

Если траверса диэлектрическая, то при монтаже элементов проходящих сквозь нее, длину элементов необходимо уже укорачивать, а не удлинять. Величина такой коррекции зависит от соотношения диаметра бума к диаметру и длине элементов и от величины диэлектрической проницаемости (ε_r) материала траверсы. Например для сосны ε_r≈2, и такой бум сдвигает частоту УКВ антенны вниз до 0,1%, что относительно незначительно.  Если же монтировать элементы сверху, то влиянием диэлектрического бума можно пренебречь в большинстве практических случаев, по крайней мере на УКВ и ДМВ. Монтаж на металлическом буме с отделением элементов от него через диэлектрические прокладки с толщиной не менее половины диаметра бума также широко практикуется чтобы минимизировать влияние траверсы. В случае материалов с высокой ε_r, влияние диэлектрического бума при первом варианте монтажа придется уже учитывать, особенно на частотах СВЧ, где размеры элементов могут быть сравнимы с поперечным сечением бума. Однако, программы на вычислительном ядре NEC не работают с диэлектриками.

Нужно понимать, что учет влияния траверсы с помощью простых калькуляторов всегда носит лишь приблизительный характер. Для более точных расчетов необходимо использовать профессиональные программы моделирования антенн, которые позволяют учесть влияние как металлического, так и диэлектрического бума любой формы поперечного сечения.

Ссылки по теме:

• Расчет Yagi-Uda конструкции DL6WU с экспортом результатов в MMANA или 4NEC2;
• Коррекция длины элементов на влияние бума УКВ антенны Yagi-Uda - Графики и формулы от DL2KQ, инструкции для создания начальной модели Yagi-Uda;
• Yagi Boom Correction - DG7YBN;
• DL6WU Long boom Yagi design tools - Owen Duffy VK2OMD;