Yagi-Antennen-Design: Formel & Parasitäre Elemente für präzise Leistung beherrschen

Eine Antenne sendet oder empfängt elektromagnetische Signale. Alle funkbasierten Geräte nutzen Antennen. Es gibt viele Typen: Richtantennen, Rundstrahler, Schlitzantennen, Yagi-Uda-Antennen. Dieser Artikel behandelt das Yagi-Antennen-Design und die Formel – für Verständnis und Selbstbau.

Was ist eine Yagi-Antenne?

Die Yagi-Uda-Antenne (nach Shintaro Uda und Hidetsugu Yagi) ist eine Richtantenne (nicht hemisphärisch!) für FM-Signale. Sie erreicht große Reichweiten: bis 5 km mit nur 1 W HF-Leistung. Trotz kompakter Bauform bietet sie hohen Gewinn (Gain).

Sie besteht aus einer Gruppe von Stäben – den **parasitären Elementen**: Reflektor (hinter dem Strahler), ein oder mehrere Direktoren (vor dem Strahler) und der dipolartige **Strahlerelement (Driven Element)**.

Die präzise Anordnung verleiht der Antenne ihr Richtdiagramm, das einer einzelnen Antenne fehlt.

(Yagi-Uda-Antenne nahe einer Satellitenschüssel.)

Yagi-Antennen-Design-Formel

Physikalische Parameter beim Design: **Länge und Abstand der Stäbe** sind entscheidend.

Die Yagi-Antenne kann für verschiedene Frequenzen ausgelegt werden. Das Design für eine spezifische Frequenz erfolgt über Längen und Abstände in Wellenlängen (λ). Die Frequenz bestimmt Größe und Bandbreite.

(Eine gut designte Antenne)

Der Reflektor

Hinter dem Strahler positioniert. Ca. **5 % länger** als das aktive Strahlerelement. Abstand Strahler–Reflektor: **0,1 λ bis 0,25 λ**. Abweichungen mindern die Leistung. Abstand hängt auch von Frequenz/Bandbreite-Verhältnis und Seitenloben-Anforderungen ab.

Wichtige Spezifikationen: Bandbreite, Gewinn (dB), Einspeiseimpedanz, Front-zu-Back-Verhältnis. Diese Werte dienen als Eingabe für Yagi-Antennen-Rechner.

Der Dipol (Strahlerelement)

In der Mitte des Strahlerelements liegt der **Einspeisepunkt (Feed Point)**. Hier treffen Sender- und Empfänger-Leitung (Koaxkabel) zusammen. Die Leitung überträgt HF-Leistung zum Strahler.

Manchmal **gefalteter Dipol (Folded Dipol)** → höhere Eingangsimpedanz (ca. 300 Ω). Resonanz bei elektrischer Länge ≈ λ/2.

(Antennen-Icon-Set)

Der Direktor (Director)

Kürzestes Element. Ca. **5 % kürzer** als Strahler. Hauptzweck: Empfang elektromagnetischer Felder im Nahfeld, Erhöhung von Richtwirkung und Gain. Resonanzfrequenz höher als Strahler.

Mehrere Direktoren möglich. Abstand zwischen Direktoren: **0,1 λ bis 0,5 λ**.

Wichtig: **Nicht die Anzahl der Direktoren bestimmt den Gain, sondern die Gesamtlänge des Antennenarrays (Boom-Länge).**

Beispiel für 200 MHz (sehr hochfrequent): Näherungswerte aus Yagi-Rechner:

• Reflektorlänge = 150/f = 150/200 = 0,75 m
• Strahlerelementlänge = 138/f = 138/200 = 0,69 m
• 1. Direktorlänge = 140/f = 140/200 = 0,70 m
• 2. Direktorlänge = 136/f = 136/200 = 0,68 m
• Dipol-zu-Direktor-Abstand, Reflektor-zu-Dipol-Abstand, Boom-Länge

(Antennensammlung)

Yagi-Antennen-Design-Software

Hilfreiche Tools: **Yagi Designer 2.0** und **MS-DOS Antenna Maker**.

• Yagi Designer 2.0: Rechner mit Anzeige von Horizontal-/Vertikal-Richtdiagramm, E-/H-Ebene, Einspeisewiderstand (R/jX), Gain, F/B-Verhältnis.
• MS-DOS Software: Schnellere, präzise Dimensionsberechnung.

(Ein Sender)

Yagi-Antenne designen (Praxisbeispiel)

Beispiel: 300 MHz, ein Direktor. Manuelle Berechnung (Integralgleichung) oder Software. Software benötigt initiale Optimierung (Startwerte).

v = 180.000.000 m/s (Ausbreitungsgeschwindigkeit im Leiter), f = 300 MHz → λ = v/f ≈ 0,6 m.

Startwerte für Software: Reflektor 0,495 λ, Dipol 0,473 λ, Direktor 0,440 λ, Abstand Reflektor-Dipol 0,125 λ.

Software/Rechner ermittelt optimale Elementlängen. Genauigkeit der Maße entscheidend für Leistung.

Selbstbau mit Aluminiumrohren möglich – bei korrekten Maßen funktioniert es hervorragend.

(Antenne mit mehr als einem Direktor.)

Yagi-Antennen-Anwendungen

• Richtfunk: Aussendung eines gebündelten Radiowellenstrahls.
• Polarisation: Klassifizierung als Richtantenne. Radioastronomie benötigt diese Antennen.

Zusammenfassung

Die Yagi-Uda-Antenne ist eine der besten und meistgenutzten Antennen – klein, effizient, in Haushalten und Büros verbreitet.

Hoffentlich hat dieser Artikel Ihr Antennenwissen erweitert. Weitere Artikel auf unserer Website. Bei Fragen: Kontaktieren Sie uns!