Riktantenner: Yagi, logperiodisk, parabol och horn

Hur Yagi-antenner, logperiodiska antenner, quad, parabolantenner, horn och sektorantenner koncentrerar effekten åt ett håll, och hur vinst, lobbredd och storlek hänger ihop.

Fördjupning14 min läsningGranskad 24 oktober 2026

Innehåll

Vinst och lobbredd hänger ihop
Yagi-Uda-antennen
Logperiodiska antenner
Quad-antennen
Parabolantennen
1. Vinst
Hornantennen
Sektor- och panelantenner
Jämförelse
Kontrollfrågor

En riktantenn samlar effekten i en smal stråle i stället för att sprida den åt alla håll. Samma antenn ger också bättre mottagning från det håll den pekar mot, och sämre från alla andra. Det är därför taket på ett hus kan bära en tv-antenn av Yagi-typ, och därför en parabolantenn kan ta emot en satellit 36 000 km bort. Artikeln förklarar hur de vanligaste riktantennerna fungerar och hur du räknar på deras vinst och lobbredd.

Vinst och lobbredd hänger ihop#

En antenn kan inte skapa effekt. Den kan bara flytta den, så att mer går åt ett håll och mindre åt andra (se Antennparametrar). Strålningsdiagrammets form avgör hur mycket. För en antenn med en enda smal huvudlob och små sidolober gäller en användbar tumregel:

G \approx \frac{30 000}{θ_{E} θ_{H}}

där $θ_{E}$ och $θ_{H}$ är halvvärdesbredderna (där effekten är sjunkit 3 dB) i E- och H-planet, i grader. Konstanten beror på diagrammets form. För en idealiserad stråle utan sidolober blir den ca 41 000, och verkliga antenner med sidolober ligger närmare 30 000. En antenn med lobbredd 20° i båda planen får ungefär $30 000 / 400 = 75$ , alltså ca 19 dBi.

Det här sambandet är praktiskt, eftersom du kan läsa lobbredden ur ett datablad eller diagram och få en snabb uppskattning av vinsten, och tvärtom. En riktantenn är också direkt kopplad till storleken: för att få en smal lob måste antennens öppning vara många våglängder bred.

Yagi-Uda-antennen#

Yagi-antennen (Yagi-Uda) uppfanns på 1920-talet av Hidetsugu Yagi och Shintaro Uda, och är den vanligaste riktantennen på kortvåg, VHF och UHF. Den består av en rad parallella element på en gemensam bom (figur 1):

ett drivet element, oftast en dipol eller en foldad dipol, som är det enda som är kopplat till matarledningen,
en reflektor bakom det drivna elementet, något längre än det,
en eller flera direktorer framför det, något kortare.

Figur 1. Yagi-antenn med fem element. Reflektorn är längst, det drivna elementet och direktorerna något kortare. Huvudriktningen är mot direktorerna. Elementlängder och avstånd är från en NEC-optimerad konstruktion i fri rymd.

De passiva elementen är inte anslutna till något. Det matade elementet strålar, och fältet inducerar strömmar i de andra elementen, som i sin tur strålar. Längden på ett passivt element bestämmer fasen på dess ström. Ett element som är något längre än resonans beter sig induktivt, och dess ström släpar efter. Det fungerar som reflektor. Ett något kortare element beter sig kapacitivt, och strömmen ligger före, vilket gör att det fungerar som direktor. Genom att välja längder och avstånd kan de utstrålade fälten från alla element läggas så att de adderas åt ett håll (framåt) och tar ut varandra åt det andra (bakåt).

Vinst och bomlängd#

Fler direktorer ger mer vinst, men vinsten växer långsammare och långsammare. Tabell 1 och figur 2 visar resultat av beräkningar med NEC (Numerical Electromagnetics Code) för Yagi-antenner med tunna perfekt ledande element i fri rymd.¹ Elementlängderna optimerades för maximal vinst med en måttlig vikt på fram/back-förhållandet.

Tabell 1. Beräknade egenskaper hos Yagi-antenner med olika antal element. Vinsten anges i dBd (relativt halvvågsdipol) och dBi ( $d B i = d B d + 2,15$ ). Lobbredderna är avrundade till närmaste 2°. Värdena gäller idealiserade antenner utan förluster.

Antal element	Bomlängd ( $λ$ )	Vinst (dBd)	Vinst (dBi)	Fram/back (dB)	Lobbredd E / H (°)
2	0,2	4,6	6,7	6	66 / 122
3	0,4	7,6	9,8	8	54 / 74
4	0,7	8,9	11,0	17	50 / 62
5	1,0	9,7	11,9	19	42 / 50
6	1,3	10,1	12,3	24	42 / 50
8	1,9	11,6	13,8	24	34 / 38
10	2,5	12,7	14,8	20	34 / 34

Figur 2. Beräknad Yagi-vinst som funktion av bomlängden. Höger skala visar dBi. Från ca 1 λ ger varje fördubbling av bomlängden ungefär 2–3 dB mer vinst. Värdena är idealiserade.

I tabellen ger de första direktorerna stora tillskott, men från ca 1 λ bom ger varje fördubbling av längden bara 2–3 dB mer. Det är en användbar tumregel vid val av antenn: en Yagi med dubbelt så lång bom ger ungefär en halv S-enhet till. Verkliga antenner har lite lägre vinst än de idealiserade värdena på grund av ohmska förluster, bommens inverkan, tillverkningstoleranser och kontakter.

Strålningsdiagram#

Figur 3 visar diagrammet för femelementsantennen. I E-planet (planet som innehåller elementen) är lobbredden 42° och i H-planet 50°. Kontrollera med tumregeln: $30 000 / (42 \cdot 50) = 14,3$ , alltså 11,5 dBi, vilket ligger nära de 11,9 dBi som beräkningen gav.

Figur 3. Strålningsdiagram för en Yagi med fem element (NEC-beräkning, fri rymd). Huvudloben pekar uppåt i bilden. Fram/back-förhållandet är ca 19 dB, och den starkaste sidoloben ligger ca 14 dB under huvudloben. Skalan visar dB relativt huvudloben.

Matning#

Yagi-antenner som optimerats för maximal vinst har låg impedans i matningspunkten, ofta 10–20 Ω, vilket är för lågt för en 50 Ω-kabel. Därför matas antennen ofta via en foldad dipol (som fyrdubblar impedansen), en gammamatning eller ett hårnålsnät. Konstruktörer väljer ofta en lite sämre vinst för att få bättre anpassning och bredare bandbredd. Yagi-antennen är smalbandig: vinst, fram/back och SVF ändras snabbt utanför konstruktionsfrekvensen. Matningspunkten är symmetrisk, så en balun eller en mantelströmsdrossel behövs för koaxmatning (se Ståendevågförhållande och impedansanpassning).

Logperiodiska antenner#

En Yagi fungerar bra inom några procent av sin konstruktionsfrekvens. En logperiodisk antenn (eng. log-periodic dipole array, LPDA) klarar ett frekvensområde på kanske 2:1 eller mer, vilket gör den lämplig för tv-antenner, mätantenner och EMC-provning. Den består av en rad dipoler av olika längd på en gemensam matningsledning, där längd och avstånd växer med en fast kvot (figur 4).

Figur 4. Logperiodisk dipolgrupp. Längderna minskar med faktorn τ för varje element, och avstånden skalar med samma faktor. Vid en given frekvens är det de element som är nära en halv våglängd som strålar mest (det aktiva området), och antennen pekar mot de kortare elementen.

Två parametrar beskriver geometrin: skalfaktorn $τ = L_{n + 1} / L_{n}$ (till exempel 0,9) och avståndsfaktorn $σ = d_{n} / (2 L_{n})$ (där $d_{n}$ är avståndet mellan två element). Egenskaperna upprepas när frekvensen ändras med faktorn $τ$ , därav ”logperiodisk”. Vid varje frekvens är det elementen med längd nära $λ / 2$ som strålar, och elementen bakom (de längre) fungerar som reflektor och de framför (de kortare) som direktorer. Matningsledningen byter sida mellan intilliggande element, så att faserna blir rätt. Typisk vinst är måttlig, ungefär 7–10 dBi, och bandbredden bestäms av längden på det längsta och kortaste elementet.

Konceptet utvecklades på 1950-talet vid University of Illinois. Antennen är ofta större än en Yagi med samma vinst, men tål bättre att användas på flera frekvenser, vilket är skälet till att den används på mät- och bredbandsutrustning.

Quad-antennen#

Kvadratisk slingantenn (eng. quad antenna) består av slingor i form av kvadrater (eller romber) med omkretsen ca en våglängd. Ett element är en reflektor och ett är matat, och fler direktorer kan läggas till som i en Yagi. Enligt amatörlitteraturen ger en quad ofta något högre vinst än en Yagi med samma bomlängd, men den kräver mer stödkonstruktion och fångar mer vind än en jämförbar Yagi.

Parabolantennen#

När vinsten ska vara tiotals dB blir elementantenner opraktiska, och man använder i stället en reflektorantenn. Den vanligaste formen är parabolantennen. Ytan är en rotationsparaboloid, där alla strålar som kommer från brännpunkten (fokus) och träffar ytan reflekteras parallellt med axeln (figur 5). Omvänt samlas inkommande parallella strålar i fokus, där en matare (en liten hornantenn) tar emot dem.

Figur 5. Parabolantennens princip. Inkommande strålar som är parallella med axeln samlas i brännpunkten (fokus) där mataren sitter. Förhållandet f/D ligger oftast mellan 0,25 och 0,5. Parabelns ekvation i snittet är x = y²/(4f).

Mataren kan sitta framför ytan (centrumsmatad), förskjuten (offsetparabol, som inte skuggar ytan) eller som en liten reflektor framför mataren (Cassegrain, som används vid stora antenner). Satellit-tv-antennen på ett hus är en liten offsetparabol med en omvandlare (LNB) i fokus.

Vinst#

En parabolantenns vinst bestäms av dess effektiva area $A_{e} = η A$ , där $A = π D^{2} / 4$ är den fysiska öppningsarean och $η$ är verkningsgraden. Med $G = 4 π A_{e} / λ^{2}$ (se Antennparametrar) blir

G = η {(\frac{π D}{λ})}^{2} θ_{3 d B} \approx 70 \frac{λ}{D} grader

Verkningsgraden $η$ är vanligen 0,5–0,7 och beror på hur väl mataren belyser ytan (en del av energin passerar förbi kanten, spillover), hur jämnt ytan belyses, skuggning från mataren och dess fästen och ytans noggrannhet.

Figur 6 visar vinsten som funktion av diametern för några frekvenser. Dubblerad diameter eller dubblerad frekvens ger fyrdubbla vinsten, alltså 6 dB. På 26 GHz räcker en liten parabol för mycket hög vinst, vilket är skälet till att radiolänkar på mikrovåg har små antenner.

Figur 6. Parabolantennens vinst som funktion av diameter och frekvens, med verkningsgraden 0,55. Linjerna är parallella: 6 dB mer för varje fördubbling av diameter eller frekvens. Punkterna är räkneexempel ur texten.

Hornantennen#

Hornet är en vågledare som vidgas gradvis mot en större öppning. Vinsten bestäms av öppningens area $A$ enligt $G = 4 π η A / λ^{2}$ , med $η$ ofta 0,5–0,8. Ett horn med öppningen 15 × 11 cm på 10 GHz ( $λ$ = 3 cm) och $η = 0,5$ får

G = \frac{4 π \cdot 0,5 \cdot 0,0165}{0, 03^{2}} \approx 115 \Rightarrow 20,6 dBi

Hornantenner har låga förluster, hög effekttålighet och stor bandbredd, och deras egenskaper går att beräkna noggrant. Därför används de som referensantenner vid mätningar, som matare i parabolantenner och som antenner för mikrovåg och millimetervåg. De matas via en vågledare (se Matarledningar).

Sektor- och panelantenner#

Mobilnätens basstationer täcker ett område med ofta tre sektorantenner som var och en täcker 120° (se Så fungerar ett mobilnät). Antennen är en lodrät rad av element (dipoler eller patchelement) framför en platt reflektor. Raden gör lobben smal i höjdled (några grader), så att energin hamnar på marken i stället för mot himlen, medan reflektorn och elementens placering gör lobben bred i sidled. Typisk horisontell halvvärdesbredd är ca 65° för sektorantenner i tresektorsplatser, men det finns varianter från ca 30° till 90° och mer. Vinsten ligger ofta på 15–20 dBi, och lobens lutning kan ställas om elektriskt (elektrisk nedlutning). Moderna aktiva antenner kan även styra lobbarna elektroniskt, vilket beskrivs i Gruppantenner, lobformning och MIMO.

Panelantenner är en liknande plan antenn med en eller flera patchelement bakom ett skyddshölje. De används för Wi-Fi, radiolänk och mobila bredbandsrouters, ofta med 10–20 dBi vinst och lobbredd på 20–90°.

Jämförelse#

Tabell 2. Översikt över de vanligaste riktantennerna. Vinstintervallen är typiska värden och beror mycket på storlek och frekvens.

Antenn	Typisk vinst	Bandbredd	Typisk användning
Yagi-Uda	6–15 dBi	smal (några procent)	amatörradio, tv, rundradio, kommunikation på VHF/UHF
Logperiodisk	6–10 dBi	bred (2:1 eller mer)	tv, mätning, EMC-provning, bredbandsmottagning
Quad	som Yagi	smal	amatörradio på kortvåg
Parabol	20–50 dBi	bred (matarens gräns)	satellit, radiolänk, radioastronomi, EME
Horn	10–25 dBi	bred	mätning, matare, mikrovåg
Sektor / panel	10–20 dBi	måttlig	mobilnät, Wi-Fi, radiolänk

Ju högre vinst, desto viktigare blir det att rikta antennen noga. En parabol med 35 dBi har en lobbredd på bara några grader, och en vindrörelse på en mast kan ge mätbart signalfall. På tak och i master: se Säkerhet vid antenn- och mastarbete.

Kontrollfrågor#

En antenn har lobbredd 30° i båda planen. Uppskatta vinsten med tumregeln.

$G \approx 30 000 / (30 \cdot 30) = 33$ , alltså $10 \log_{10} 33 \approx 15$ dBi.

Vilken vinst i dBi har en Yagi med 8,0 dBd?

$8,0 + 2,15 = 10,15$ dBi.

Vad gör reflektorn och direktorerna i en Yagi, och hur skiljer sig deras längd från det matade elementet?

Reflektorn är något längre än det drivna elementet och riktar energin framåt genom att dess ström släpar efter. Direktorerna är något kortare, och deras ström ligger före, så de drar vågen framåt. De passiva elementen är inte anslutna, utan drivs av det matade elementets fält.

Hur mycket mer vinst får du om du fördubblar diametern på en parabol?

Vinsten är proportionell mot $D^{2}$ , så en fördubbling ger fyra gånger så hög effektvinst, alltså 6 dB.

Beräkna vinst och lobbredd för en 1,2 m parabol på 10,7 GHz med

η = 0,6

$λ = 3 \cdot 10^{8} / 10,7 \cdot 10^{9} = 0,028$ m. $π D / λ = 134$ , och $G = 0,6 \cdot 134^{2} = 10 800$ , alltså 40,4 dBi. Lobbredden är $70 \cdot 0,028 / 1,2 \approx 1,6 °$ .

Varför har en logperiodisk antenn lägre vinst än en Yagi med lika lång bom, men större bandbredd?

I en Yagi arbetar alla element tillsammans vid en frekvens. I en logperiodisk antenn är det bara en del av elementen (det aktiva området) som strålar vid varje frekvens, medan resten inte bidrar till vinsten. Det ger lägre vinst, men samma arbetssätt flyttar sig längs antennen när frekvensen ändras, vilket ger stor bandbredd.

En Wi-Fi-antenn med 20 dBi ska användas på 2,4 GHz med gränsen 100 mW e.i.r.p. Hur stor effekt får sändaren avge, om kabelförlusten är 1 dB?

100 mW är 20 dBm e.i.r.p. Antennvinsten är 20 dBi och kabeln dämpar 1 dB, så sändaren får avge högst $20 - 20 + 1 = 1$ dBm, alltså ca 1,3 mW.

Beräkningarna är gjorda med NEC-2 via Python-biblioteket PyNEC. Elementen är tunna perfekt ledande trådar (radie 0,002 λ) i fri rymd, med 21 segment per element, matade med en spänningskälla i mitten av det andra elementet. Avstånden är 0,2 λ mellan de tre första elementen och sedan 0,3 λ. Elementlängderna är optimerade med Nelder–Meads metod för maximal vinst med viss vikt på fram/back-förhållandet, och är inte en färdig byggbeskrivning. ↩

Kunskapsbanken är en sammanställning för utbildning och referens. Den ersätter inte gällande föreskrifter och ger ingen rätt att sända. Kontrollera alltid aktuella villkor hos PTS.