OK1M.cz
EN
Antény

HF Yagi v číslech – co dosahují komerční konstrukce

Jaký zisk dosahují komerční a publikované HF Yagi pro danou délku ráhna, kde leží teoretické meze a nakolik lze publikovaným údajům věřit.

Zdroje k 9. 11. 2026Země ε 13, σ 5 mS/m
Yagi anténa na příhradovém stožáru a druhá anténa na závodním QTH OK1M/OL9R
Naše antény na závodním QTH OK1M/OL9R

Co omezuje zisk Yagi

Pět výsledků z literatury vymezuje, čeho může konstrukce na daném ráhnu dosáhnout. Čísla v hranatých závorkách odkazují na literaturu na konci.

1

Zisk určuje délka ráhna

Lawson (W2PV) ukázal, že zisk Yagi závisí hlavně na délce ráhna a mnohem méně na počtu prvků [2]. Měření optimalizovaných Yagi v NBS dávají 7,1 dBd na ráhnu 0,4 λ, 9,2 dBd na 0,8 λ, 10,2 dBd na 1,2 λ a 14,2 dBd na 4,2 λ [1]. Data NBS přidávají dB a dnešní komerční HF monobandy dB na každé zdvojnásobení ráhna.

2

Dlouhá ráhna se blíží mezi end-fire

Yagi je podélně vyzařující (end-fire) soustava. U rovnoměrné end-fire řady izotropních zářičů roste směrovost jako D ≈ 4 L/λ při běžném fázování a D ≈ 7,16 L/λ při fázové podmínce Hansen–Woodyard [3] [4], tedy o 3 dB na zdvojnásobení délky. Řada direktorů skutečné Yagi nedrží ideální fázovou rychlost po celém ráhnu, takže dlouhé Yagi získávají na zdvojnásobení méně.

3

Krátká ráhna omezuje superdirektivita, ne délka

U N těsně rozmístěných prvků se směrovost může teoreticky blížit N² (Uzkov [5]; Harrington to zobecnil na N² + 2N pro multipólové zdroje [6]): 6,0 dBi pro dva a 9,5 dBi pro tři izotropní zářiče, bez ohledu na délku ráhna. Případ dvou dipólů rozebírá [7]. Přiblížit se mezi vyžaduje malé rozestupy, silné protichůdné proudy a nízký vyzařovací odpor, takže anténa je úzkopásmová a ztráty ve vodičích ukrojí zisk. I Cebikovy 3prvkové modely na maximální zisk mají napájecí odpor jen 25–27 Ω [11]. DK7ZB navrhuje své HF Yagi na napájení 28 Ω se čtvrtvlnným transformátorem a leží 0,2–0,4 dB nad komerčním trendem pro 50 Ω [23]. HF konstrukce s přímým napájením 50 Ω a nízkým ČSV v celém pásmu proto zůstávají pod křivkou maximálního zisku. Kompaktní dvouprvkové antény ukazují druhou stranu meze: Moxon dosahuje ve volném prostoru asi 5,8 dBi při hloubce jen 1/8 λ [25] a hexbeamy 5,6–5,9 dBi [26], blízko 6 dBi dvou izotropních zářičů.

4

Na daném ráhnu se zisk, F/B a šířka pásma navzájem vylučují

Cebikovy NEC modely 3prvkových Yagi na ráhnech 0,22, 0,29 a 0,33 λ dávají 7,1, 7,8 a 8,1 dBi s F/B na 180° 42, 35 a 27 dB [11]; zároveň upozorňuje, že údaj na 180° krátké konstrukci lichotí. SteppIR uvádí pro 3prvkovou Yagi 9,7 dBi s F/B asi 20 dB na 0,4 λ, 8,6 dBi s až 35 dB na 0,25 λ a za nejlepší kompromis považuje 0,3 λ [12].

5

Optimalizační metody

Cheng a Chen optimalizovali rozestupy prvků perturbační metodou [8]; Cheng později měnil rozestupy i délky současně a uvádí nárůst zisku téměř o 80 % proti výchozím soustavám [9]. Jones a Joines použili genetický algoritmus s NEC-2 [10]. K6STI Yagi Optimizer používají výrobci jako M2, podle nichž se jeho výsledky shodují s NEC na několik setin dB [13]. Tyto metody maximalizují zisk na jednom kmitočtu. HF konstrukce musí navíc držet ČSV a F/B v celém pásmu, což část zisku stojí.

Zisk podle délky ráhna: teorie, měření a výrobky

Logaritmická osa ráhna. Křivky end-fire platí pro izotropní prvky; dipólové prvky Yagi přidávají vlastní směrovost, takže křivky ukazují sklon, ne úroveň. Hodnoty NBS byly změřeny na 400 MHz a převedeny podle dBi = dBd + 2,15.

Hlavní zjištění

Zisk sleduje délku ráhna

Plnohodnotné komerční monobandy na všech pásmech 40 až 10 m leží na jedné křivce, pokud se ráhno měří ve vlnových délkách. Rozptyl kolem ní je asi ±0,5 dB; nejlepší konstrukce leží 0,5–0,7 dB nad ní.

Pásmo
Typ

Zisk ve volném prostoru podle délky ráhna

Multibandové antény jsou vyneseny po pásmech s celým ráhnem, i když prvky pro 15 m a 10 m využívají jen jeho část. Po najetí na bod se zobrazí podrobnosti.

F/B záleží na tom, jak se měří

Výrobci uvádějí jedno číslo F/B bez definice, často jako mez „> 25 dB“. Obvykle jde o hodnotu přímo dozadu (180°) na jednom kmitočtu. Nejhorší zadní lalok v sektoru 120° přes celé pásmo, jak ho ukazuje MMANA-GAL, bývá u stejné antény o 5–13 dB nižší a Cebik upozorňuje, že údaj na 180° může konstrukci lichotit [11]. Publikované hodnoty F/B srovnávejte jen orientačně.

F/B podle délky ráhna

Doporučené cíle

Cíle pro nové konstrukce a pro optimalizátor. Zisk je ve volném prostoru; nad zemí ve výšce 12–22 m na 20–10 m přičtěte asi 5 dB (tabulka níže).

Jak byla čísla srovnána

  • OptiBeam uvádí „průměrný zisk nad dipólem ve volném prostoru“ v dBd. Ve volném prostoru dBi = dBd + 2,15.
  • Antennae Depot uvádí dBi ve výšce 22 m z MMANA. Odečítá se zisk země Yagi ve výšce 22 m nad zemí ε 13 / 5 mS/m, vypočtený modelem MININEC 3 (konvence MMANA-GAL). Jejich vlastní údaje v dBd s tím souhlasí v rozmezí 0,1–0,35 dB.
  • Ráhno se dělí vlnovou délkou ve středu pásma: 7,1, 14,175, 21,225 a 28,5 MHz.
  • Trend je proložení G = a + b·log10(ráhno/λ) metodou nejmenších čtverců přes 30 plnohodnotných komerčních monobandů s údajem o zisku. Zkrácené antény pro 40 m jsou v grafu, ale do proložení nevstupují.
  • SP7GXP uvádí u každého modelu dBd i dBi a dBi je vždy přesně dBd + 7,15, tedy nad zemí; dBd se bere jako volný prostor. U dvou 5pásmových modelů (3 a 4 prvky) leží dBd 2–3 dB nad trendem i nad většími anténami GXP; jsou vyneseny podle zdroje (prázdné) s poznámkou. U SteppIR DB36 se dBi bere jako volný prostor; jeho prvky se přeladí na každý kmitočet, což pevná Yagi nedokáže. 3prvkové konstrukce Cebika jsou NEC modely ve volném prostoru.
  • OptiBeam a Antennae Depot mají vlastní barvy; ostatní výrobci a konstruktéři sdílejí šedou a jméno ukáže popisek.
  • DK7ZB uvádí dBd na začátku, uprostřed a na konci každého pásma bez uvedení reference; jeho diagramy jsou ve volném prostoru, takže dBd ve středu pásma + 2,15 se bere jako volný prostor. Zahrnuty jsou jen konstrukce pro 10, 15 a 20 m.
  • N6BV (konstrukce z ARRL Antenna Book, s rozměry publikované Cebikem), W6NGZ a Moxon jsou NEC modely ve volném prostoru. W6NGZ je uveden jen jako „přes 10 dBi“, zadáno jako 10,0.
  • Hexbeamy (EAntenna HEX6B, širokopásmová konstrukce G3TXQ) mají ohnuté prvky na šestiúhelníkovém rámu a žádné ráhno; jako délka ráhna se bere průměr šestiúhelníku 6,50–6,52 m (dvojnásobek poloměru otáčení), tedy celá hloubka ve směru vyzařování, stejně jako u Moxonu. Středy zářiče a reflektoru jsou od sebe jen asi 1,3 m [25], takže ani jedna míra není skutečné ráhno. Údaje G3TXQ uvádí M0OXO jako modelované ve výšce 6 m nad zemí, proto jsou vyneseny podle zdroje (prázdné); dBd + 2,15 odpovídá hodnotám ve volném prostoru, které EAntenna uvádí pro HEX6B. Takto měřeno leží hexbeam asi 1,8 dB pod trendem na 20 m a ještě níž na 15 a 10 m, kde menší vnořené prvky využívají jen část rámu, jako u vyšších pásem tribandu. Malý poloměr otáčení si hexbeam kupuje ziskem.
  • Publikované modely .maa (ukázková knihovna MMANA-GAL a vlastní modely handiko z repozitáře GitHub handiko/AntennaFiles-OLD [27]) nejsou převzaté, ale přepočtené jedním programem: MININEC 3 s konvencemi MMANA-GAL, volný prostor, na začátku, ve středu a na konci pásma. Zisk je průměr těchto tří hodnot, F/B hodnota na 180° ve středu pásma (nejhorší případ v pásmu je v poznámkách). Několik modelů z knihovny je naladěno na jeden kmitočet a na okrajích pásma má vysoké ČSV; poznámky to uvádějí. 3prvkový model pro 20 m z knihovny používá starý formát zužování trubek, který se nepodařilo spolehlivě načíst, a je vynechán; geometrie Moxonu zatím nebyla ověřena proti MMANA-GAL.
  • M2 a Cushcraft XM240 uvádějí zisk ve volném prostoru (M2 na naskenovaných datových listech, odečteno ze skenů).
  • Tribandy Hy-Gain a Cushcraft uvádějí dBi bez určení reference, často jako maximum nebo jedno číslo pro všechna pásma. Jsou vyneseny podle zdroje prázdnou značkou.
  • Zisk nad zemí bez použitelné délky ráhna nebo jedno číslo průměrované přes pět pásem (Spiderbeam, InnovAntennas, EAntenna) je v databázi, ale ne v grafu. Údaje „max“ od EAntenna leží asi 5 dB nad trendem ve volném prostoru, proto se berou jako nad zemí.
  • JK Antennas, Mosley a Force 12 žádné údaje o zisku, které by šlo dohledat, neuvádějí.

Meze publikovaných dat

Komerční údaje berte jako horní hranice.

Optimistické kvůli marketingu

Některé publikované údaje jsou lepší než anténa. M2 ve vlastním manuálu upozorňuje, že katalogové listy mohou uvádět dBi místo dBd (o 2,14 dB víc), zahrnovat až 6 dB zisku země nebo být prostě vylepšené marketingem [13]. F/B je obvykle jedna nejlepší hodnota bez definice. Příklad: Hy-Gain TH3-MK4 má uvedeno 8,0 dBi na ráhnu 4,3 m, o 1,7 dB nad trendem pro 20 m.

Bez modelu ke kontrole

U většiny komerčních antén není publikovaný simulační model: chybí rozměry prvků, zužování trubek i rozestupy pro NEC nebo MMANA-GAL. Jejich údaje nejde ověřit nezávislým výpočtem. V této databázi mají rozměry jen konstrukce DK7ZB, N6BV, YU7EF a Cebika a jen knihovna MMANA-GAL a modely handiko jsou hotové soubory .maa, které zde byly přepočteny.

V praxi neměřitelné

Rozdíly několika dB nejde amatérskými prostředky spolehlivě změřit. S-stupeň má nominálně 6 dB a S-metry bývají zřídka kalibrované, HF signály kolísají o 10 dB i víc během sekund a výška, země a okolí mění diagram. Skutečné srovnání potřebuje měřicí polygon nebo pečlivé A/B měření proti referenční anténě.

Férové srovnání proto potřebuje publikovaný model, který jde přepočítat jedním programem. Bez něj jsou údaje v tomto přehledu brány tak, jak jsou.

Databáze

Zisk ve volném prostoru a ráhno ve vlnových délkách pro každý řádek; název modelu odkazuje na zdroj. Po najetí na řádek se zobrazí publikované údaje a poznámky (poznámky jsou anglicky), kliknutím na sloupec se řadí. Platí filtry výše; zvýrazněný výrobce omezí tabulku jen na něj. * multiband, hodnoty pro dané pásmo.

Literatura a zdroje

Všechny webové zdroje byly navštíveny a data sebrána 9. listopadu 2026. Datová sada a skripty jsou v repozitáři OK1M-PyminiNEC3 (docs/benchmarks).

Teorie a literatura o konstrukci

  1. [1]P. P. Viezbicke, “Yagi Antenna Design,” NBS Technical Note 688, National Bureau of Standards, 1976. tf.nist.gov/general/pdf/451.pdf
  2. [2]J. L. Lawson, W2PV, Yagi Antenna Design, ARRL, 1986.
  3. [3]W. W. Hansen, J. R. Woodyard, “A new principle in directional antenna design,” Proc. IRE, vol. 26, no. 3, pp. 333–345, 1938.
  4. [4]N. K. Nikolova, “Lecture 14: Linear array theory, part II” (end-fire and Hansen–Woodyard directivity, eqs. 14.38–14.45), McMaster University, 2025. ece.mcmaster.ca
  5. [5]A. I. Uzkov, “An approach to the problem of optimum directive antenna design,” Comptes Rendus (Doklady) de l’Académie des Sciences de l’URSS, vol. 53, 1946.
  6. [6]R. F. Harrington, “On the gain and beamwidth of directional antennas,” IRE Trans. Antennas Propag., vol. 6, no. 3, pp. 219–225, 1958.
  7. [7]P. Hazdra, J. Kracek, T. Lonsky, “On the end-fire (super) directivity of an array of two elementary dipoles,” arXiv:1804.05876, 2018. arxiv.org/abs/1804.05876
  8. [8]D. K. Cheng, C. A. Chen, “Optimum element spacings for Yagi-Uda arrays,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 21, no. 5, pp. 615–623, 1973.
  9. [9]D. K. Cheng, “Gain optimization for Yagi-Uda arrays,” IEEE Antennas Propag. Mag., vol. 33, no. 3, pp. 42–46, 1991, doi:10.1109/74.88220.
  10. [10]E. A. Jones, W. T. Joines, “Design of Yagi-Uda antennas using genetic algorithms,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 45, no. 9, pp. 1386–1392, 1997, doi:10.1109/8.623128.
  11. [11]L. B. Cebik, W4RNL, “I want to build a 3-element Yagi” (NEC models of K6STI and K9EUV designs). antenna2.github.io/cebik
  12. [12]SteppIR Antenna Systems, FAQ (boom length of a 3-element Yagi). consumer.steppir.com/support/faqs
  13. [13]M2 Antenna Systems, 20M5 manual (“The inside story”: K6STI Yagi Optimizer, inflated specifications). m2inc.com

Data antén

  1. [14]OptiBeam antenna overview and product pages. optibeam.net/antennen
  2. [15]Antennae Depot, HF monobanders 40 m, 20 m, 15 m, 10 m and multibanders.
  3. [16]SP7GXP antennas, product pages at sp7gxp.pl/antennas (each database row links to its page); 2026 models also via cq.sk: 2026 models, model overview.
  4. [17]SteppIR DB36 specification sheet, Rev 10.23, 2023. consumer.steppir.com
  5. [18]D. Dobričić, YU7EF, EF154C 4-element 21 MHz Yagi. yu7ef.com/ef154c.htm
  6. [19]M2 Antenna Systems data sheets: 20M5, 20M4DX, 15M4DX, 15M6DX, 10M7DX.
  7. [20]Hy-Gain manuals: TH3-MK4, TH-11DX; TH-7DX: mfjenterprises.com and WiMo listing.
  8. [21]Cushcraft catalogue sheets: A3S / A4S / A3WS, XM240.
  9. [22]Spiderbeam 20-15-10 HD, shop.spiderbeam.com; InnovAntennas XR5, innovantennas.com; EAntenna DX-Predator, WiMo listing.
  10. [23]M. Steyer, DK7ZB, “3-, 4- and 5-element Yagis for the 10 m, 12 m, 15 m, 17 m and 20 m band” and 2-element 20 m Yagi. qsl.net/dk7zb, 2-element 20 m.
  11. [24]L. B. Cebik, W4RNL, “Some larger 10-meter Yagi designs” (No. 29: N6BV designs from the ARRL Antenna Book, with dimensions). antenna2.github.io/cebik; “Modeling 6 long-boom Yagis” (20 m, W6NGZ, K6STI, W3LPL, K4SB, NW3Z, WB0DGF). antenna2.github.io/cebik
  12. [25]L. B. Cebik, W4RNL, “Designing Moxon rectangles by equation and by model” antenna2.github.io/cebik and “A tale of 4 beams: the X, the hex, the square, and the rect” antenna2.github.io/cebik.
  13. [26]Hexbeams: EAntenna HEX6B, WiMo listing and MHzOutdoor (radius 3.26 m); S. Hunt, G3TXQ, broadband hexagonal beam, figures as reported by M0OXO, radius from cq.sk.
  14. [27]H. Gesang (handiko), AntennaFiles-OLD: MMANA-GAL and 4NEC2 model collection including the MMANA-GAL example library (folder ANT), GPL-3.0. github.com/handiko/AntennaFiles-OLD. Models recalculated with docs/benchmarks/compute_maa_library.py.

Každý řádek databáze navíc odkazuje na vlastní zdrojovou stránku.

Tato analýza vznikla pro získání referenční představy pro vývoj vlastního optimalizátoru antén, ale je to tak zajímavé, že to stojí za uveřejnění.

73 Michal OK1M