Yagi – Uda -antenni - Yagi–Uda antenna

Moderni UHF Yagi -televisioantenni, jossa on 17 ohjainta ja yksi (neljästä sauvasta valmistettu) heijastin, joka on muotoiltu kulmaheijastimeksi .

Piirustus Yagi – Uda VHF -televisioantennista vuodelta 1954, jota käytetään analogisille kanaville 2–4, 54–72 MHz (USA -kanavat). Se on viisi elementtiä: kolme johtajat ( vasemmalle ) yksi heijastin ( oikealle ) ja ajetun elementin, joka on taitettu dipoli ( double sauva ) vastaamaan 300 Ω erillistä johtoa feedline. Säteen suunta (suurimman herkkyyden suunta) on vasemmalle.

Jagiantenni tai yksinkertaisesti Yagi antenni , on suuntaava antenni , joka koostuu kahdesta tai useampia rinnakkaisia resonanssipiirejä antennielementtiä käytettäessä lopussa palo array ; nämä elementit ovat useimmiten metallisauvoja, jotka toimivat puoliaallon dipoleina . Yagi-Uda-antenneja koostua yhdestä ajetun elementin kytketty radio- lähetin ja / tai vastaanotin kautta siirtolinjan , ja lisäksi " loistaudit elementit ", joilla ei ole sähköliitäntä, yleensä mukaan lukien yksi ns heijastin ja minkä tahansa määrän johtajien. Se keksittiin vuonna 1926 Shintaro Uda of Tohoku Imperial yliopisto , Japani , pienemmällä rooli hänen kollegansa Hidetsugu Yagi .

Heijastinelementit (yleensä vain yhtä käytetään) ovat hieman pidempiä kuin käytetty dipoli ja ne on sijoitettu käyttöelementin taakse, vastapäätä aiottua voimansiirtoa. Johtajat, toisaalta, ovat hieman lyhyempiä ja sijoitettu eteen vedetty elementti on aiottuun suuntaan. Nämä lois-elementit ovat tyypillisesti viritettyjä oikosulkuisia dipolielementtejä, eli syöttöpisteen katkeamisen sijaan (kuten käyttöelementti) käytetään kiinteää tankoa. Ne vastaanottavat ja säteilevät radioaaltoja käytetystä elementistä, mutta eri vaiheessa, joka määräytyy niiden tarkan pituuden mukaan. Niiden vaikutus on muuttaa käyttöelementin säteilykuviota . Useiden elementtien aallot asettavat päällekkäin ja häiritsevät säteilyn lisäämistä yhteen suuntaan, mikä lisää antennin vahvistusta tähän suuntaan.

Kutsutaan myös keilaantenniksi ja loisryhmäksi , Yagia käytetään erittäin laajalti korkean vahvistuksen antennina HF- , VHF- ja UHF- kaistoilla. Siinä on kohtalainen tai suuri vahvistus riippuen läsnä olevien elementtien määrästä, joskus jopa 20 dBi yksisuuntaisessa säteilykuviossa. Loppupalkkiryhmänä se voi saavuttaa edestä taakse -suhteen jopa 20 dB. Se säilyttää elementteilleen yhteisen polarisaation , yleensä lineaarisen polarisaation (sen elementit ovat puoliaaltodipoleja). Se on suhteellisen kevyt, halpa ja helppo rakentaa. Kaistanleveys on Yagi antennissa taajuus -alueen, johon se on sen vahvistuksen ja syöttöpisteen impedanssi , on kapea, vain muutama prosentti keskitaajuudesta, vähenee mallit, joissa on enemmän hyötyä, joten se sopii kiinteän taajuuden sovelluksissa. Suurin ja tunnetuin käyttötarkoitus on maanpäällisten televisioantennien katolla , mutta sitä käytetään myös pisteestä pisteeseen kiinteisiin tietoliikenneyhteyksiin, tutka-antenneihin ja lyhyen aallon viestintään lyhyen aallon yleisradioasemilla ja radioamatööreillä .

Alkuperät

Saksalaisen FuG 220 VHF -kaistan tutkan kaksidipolisten Yagi-joukkojen kvartetti (Hirschgeweih) toisen maailmansodan lopun Bf 110 -hävittäjälentokoneen nenässä .

Antenni keksittiin vuonna 1926 Shintaro Uda of Tohoku Imperial yliopisto , Japani , pienemmällä rooli hänen kollegansa Hidetsugu Yagi .

Nimi "Yagi" on kuitenkin tutustunut Udan nimeen, joka usein jätetään pois. Tämä ilmeisesti johtui siitä, että Yagi jätti idealle patentin Japanissa ilman Udan nimeä ja myöhemmin siirtänyt patentin Marconi Companylle Isossa -Britanniassa.

Yagi antennit ensin laajalti käytetty maailmansodan vuonna tutka järjestelmät ovat japanilaisen, saksalaiset, brittiläiset ja Yhdysvalloissa. Sodan jälkeen he näkivät laajan kehityksen kotitelevision antenneina .

Kuvaus

Yagi – Uda-antenni, jossa heijastin ( vasemmalla ), puoliaallokäyttöinen elementti ( keskellä ) ja ohjain ( oikea ). Tarkat etäisyydet ja elementtien pituudet vaihtelevat jonkin verran eri mallien mukaan.

Yagi-Uda-antenni koostuu useista rinnakkain olevista ohuista tankoelementteistä linjassa, yleensä puoliaallon pituinen, tyypillisesti tuettu kohtisuoraan poikkipalkkiin tai "puomiin" niiden keskikohtia pitkin. Keskellä on yksi käyttöelementti (joka koostuu kahdesta tangosta, jotka on kytketty toisiinsa siirtolinjan toiselle puolelle) ja vaihteleva määrä lois -elementtejä , yksi heijastin toisella puolella ja valinnaisesti yksi tai useampi ohjain toisella puolella. Lois -elementtejä ei ole kytketty sähköisesti lähetin -vastaanottimeen, ja ne toimivat passiivisina säteilijöinä ja säteilevät radioaaltoja säteilykuvion muuttamiseksi . Tyypillinen väliset etäisyydet elementtien vaihdella välillä noin 1 / 10 kohteeseen 1 / 4 , jonka aallonpituus, riippuen erityinen suunnittelu. Ohjaimet ovat hieman lyhyempiä kuin käyttöelementti, kun taas heijastimet ovat hieman pidempiä. Säteilykuvio on yksisuuntainen, ja pääkeilan pitkin akselia kohtisuorassa elementtien tasossa elementit, pois loppuun johtajien kanssa.

Kätevästi dipoliparasiittielementtien keskellä on solmu ( RF -jännitteen nollapiste ), joten ne voidaan kiinnittää johtavaan metallitukeen tässä kohdassa ilman eristystä häiritsemättä niiden sähköistä toimintaa. Ne on yleensä ruuvattu tai hitsattu antennin keskustukipuomiin. Käyttöelementti syötetään keskeltä, joten sen kaksi puoliskoa on eristettävä puomin tukikohdista.

Vahvistus kasvaa käytettävien lois -elementtien määrän kanssa. Käytetään vain yhtä heijastinta, koska vahvistuksen parantaminen lisäheijastimilla on vähäistä, mutta Yagit on rakennettu jopa 30–40 ohjaimella.

Kaistanleveys antenni on, yhden määritelmän, leveys taajuuskaista, jonka vahvistus sisällä 3 dB (yksi puoli teho) sen suurimman vahvistuksen. Perusmuodossaan Yagi – Uda -matriisin kaistanleveys on erittäin kapea, 2–3 prosenttia keskitaajuudesta. Vahvistuksen ja kaistanleveyden välillä on kompromisseja, ja kaistanleveys kaventuu, kun enemmän elementtejä käytetään. Laajempaa kaistanleveyttä vaativissa sovelluksissa, kuten maanpäällisessä televisiossa , Yagi -Uda -antenneissa on yleensä trigonaalisia heijastimia ja suurempia halkaisijoita johtimia, jotta ne voivat kattaa VHF- ja UHF -kaistojen asiaankuuluvat osat. Laajempi kaistanleveys voidaan saavuttaa myös käyttämällä "ansoja", kuten alla kuvataan.

Amatööriradiossa käytettävät Yagi – Uda -antennit on joskus suunniteltu toimimaan useilla kaistoilla. Nämä kehittyneet mallit luovat sähkökatkoja jokaista elementtiä (molempia puolia) pitkin, jolloin rinnakkainen LC ( induktori ja kondensaattori ) piiri lisätään. Tämä niin sanottu ansa katkaisee elementin korkeammalla taajuuskaistalla ja tekee siitä noin puolen aallonpituuden. Alemmalla taajuudella koko elementti (mukaan lukien loukun aiheuttama jäljellä oleva induktanssi) on lähellä puoliaaltoresonanssia ja toteuttaa toisen Yagi-Uda-antennin. Käyttämällä toista ansojen sarjaa "kolmikaistainen" antenni voi resonoida kolmella eri kaistalla. Kun otetaan huomioon antenni- ja rotaattorijärjestelmän pystyttämisestä tornin yläpuolelle aiheutuvat kustannukset, antenniyhdistelmä kolmelle amatöörikaistalle yhdessä yksikössä on erittäin käytännöllinen ratkaisu. Ansojen käyttö ei kuitenkaan ole ilman haittoja, koska ne vähentävät antennin kaistanleveyttä yksittäisillä kaistoilla ja antennin sähkötehokkuutta sekä altistavat antennin mekaanisille lisätekijöille (tuulen kuormitus, vesi ja hyönteisten tunkeutuminen).

Toiminnan teoria

Kannettava Yagi-Uda-antenni käytettäväksi 144 MHz: n (2 m) taajuudella, jossa on keltaisen mittanauhan segmenttejä ajettavien ja loisten elementtien käsivarsille.

Harkitse Yagi -Udaa, joka koostuu heijastimesta, käyttöelementistä ja yhdestä ohjaimesta, kuten tässä on esitetty. Vedetyn elementti on tyypillisesti 1 / 2 λ dipoli tai taitettu dipoli ja se on ainoa jäsen, rakenne, joka aktivoituu suoraan (sähköisesti kytketty feedline ). Kaikkia muita aineita pidetään loisina . Toisin sanoen ne säteilevät uudelleen voimaa, jonka he saavat käyttöelementiltä. Ne ovat myös vuorovaikutuksessa keskenään, mutta tämä keskinäinen kytkentä jätetään huomiotta seuraavassa yksinkertaistetussa selityksessä, joka koskee kaukokenttäolosuhteita .

Yksi tapa ajatella tällaisen antennin toimintaa on pitää lois -elementtiä normaalina dipolielementtinä, jonka halkaisija on rajallinen ja joka syötetään sen keskelle ja jossa on oikosulku syöttökohdan yli. Pääosa virrasta kuormitetussa vastaanottoantennissa jakautuu kuten keskusohjatussa antennissa. Se on verrannollinen antennin teholliseen pituuteen ja on samassa vaiheessa tulevan sähkökentän kanssa, jos passiivinen dipoli herätetään täsmälleen resonanssitaajuudellaan. Nyt kuvittelemme virran tehon aallon lähteeksi antennin (oikosulussa) portissa. Kuten voimajohtoteoriassa tiedetään , oikosulku heijastaa tulevaa jännitettä 180 astetta pois vaiheesta. Joten voitaisiin yhtä hyvin mallintaa lois -elementin toimintaa kuin dipolielementin päällekkäin, joka vastaanottaa tehoa ja lähettää sen alas siirtolinjaa vastaavalle kuormalle, ja lähetin, joka lähettää saman määrän virtaa siirtolinjaa pitkin takaisin antennia kohti elementti. Jos lähetetty jänniteaalto olisi 180 astetta vaiheesta poispäin vastaanotetun aallon kanssa siinä vaiheessa, kahden jänniteaallon päällekkäisyys antaisi nollajännitteen, mikä vastaa dipolin oikosulkua syöttöpisteessä (mikä tekee siitä kiinteän elementin, koska se on ). Taaksepäin suuntautuvan aallon virta on kuitenkin vaiheessa tulevan aallon virran kanssa. Tämä virta ajaa (passiivisen) dipolielementin säteilyä. Jollain etäisyydellä säteilevää sähkökenttää kuvaa dipoliantennin säteilykentän kaukokenttäkomponentti . Sen vaiheeseen kuuluu etenemisviive (suhteessa virtaan) ja lisäksi 90 asteen viive vaihesiirrosta. Uudelleen säteilykentällä voidaan siis ajatella olevan 90 asteen viivästysvaihe suhteessa tapahtumakenttään.

Loistaudit osatekijät Yagi-Uda-antenneja ei ole täsmälleen resonanssipiirejä, mutta ovat jonkin verran lyhyempi (tai kauemmin) kuin 1 / 2 λ siten, että vaihe-elementin nykyisen on modifioitu suhteessa sen herätettä ajettu elementti. Ns heijastin elementti, on pitempi kuin 1 / 2 λ , on induktiivinen reaktanssi , mikä tarkoittaa, että vaihe sen nykyisen viiveitä vaihe avoimen piirin jännite, joka indusoituu vastaanotetun kentän. Vaiheviive on siten suurempi kuin 90 astetta, ja jos heijastinelementistä tehdään riittävän pitkä, vaiheviive voidaan kuvitella lähestyvän 180 astetta niin, että tuleva aalto ja heijastimen lähettämä aalto häiritsevät tuhoisasti eteenpäin ( eli katsot käyttöelementistä kohti passiivista elementtiä). Johtaja elementti, toisaalta, on lyhyempi kuin 1 / 2 λ , on kapasitiivinen reaktanssi jännitteen vaiheen jäljessä, että nykyisen. Vaiheviive on siten pienempi kuin 90 astetta, ja jos ohjauselementti tehdään riittävän lyhyeksi, vaiheviive voidaan kuvitella lähestyvän nollaa ja tulo -aalto ja heijastimen lähettämä aalto häiritsevät rakentavasti eteenpäin.

Häiriöitä esiintyy myös taaksepäin. Tähän häiriöön vaikuttaa taajuusmuuttajan ja passiivisen elementin välinen etäisyys, koska tulevan aallon (käyttöelementistä passiiviseen elementtiin) ja säteilevän aallon (passiivisesta elementistä takaisin käyttöelementtiin) etenemisviiveet ovat on otettava huomioon. Vaikutuksen havainnollistamiseksi oletamme ohjaajan ja heijastimen uudelleenlähetykselle vastaavasti nolla- ja 180 asteen vaiheviivettä ja oletamme neljänneksen aallonpituuden etäisyyden käytettävän ja passiivisen elementin välillä. Näissä olosuhteissa ohjaajan lähettämä aalto häiritsee tuhoavasti käyttöelementin lähettämää aaltoa taaksepäin (poispäin passiivisesta elementistä), ja heijastimen lähettämä aalto häiritsee rakentavasti.

Todellisuudessa passiivisten dipolielementtien vaiheviive ei saavuta ääriarvoja nolla ja 180 astetta. Siten elementit saavat oikeat pituudet ja etäisyydet siten, että käyttöelementin ja lois-elementtien uudelleen säteilevät radioaallot saapuvat antennin etuosaan vaiheessa, joten ne asettavat päälle ja lisäävät, lisäävät signaalia voimaa eteenpäin. Toisin sanoen heijastinelementin eteenpäin suuntautuvan aallon harja saavuttaa käyttöelementin juuri silloin, kun aallon harja lähtee kyseisestä elementistä. Nämä aallot saavuttavat ensimmäisen ohjauselementin juuri silloin, kun aallon harja lähtee kyseisestä elementistä jne. Käänteisen suunnan aallot häiritsevät tuhoavasti ja poistuvat, joten vastakkaiseen suuntaan säteilevä signaalin voimakkuus on pieni. Siten antenni säteilee yksisuuntaista radiotaajuussädettä antennin etupuolelta (suuntapää).

Analyysi

Vaikka yllä oleva kvalitatiivinen selitys on hyödyllinen ymmärrettäessä, kuinka lois -elementit voivat parantaa ohjattavien elementtien säteilyä yhteen suuntaan toisen kustannuksella, oletus uudelleen lähetettävän aallon 90 asteen (johtava tai jäljessä oleva) vaihesiirrosta ei pidä paikkaansa . Tyypillisesti vaihesiirto passiivisessa elementissä on paljon pienempi. Lisäksi passiivisten säteilijöiden vaikutuksen lisäämiseksi ne tulisi sijoittaa käyttöelementin lähelle, jotta ne voivat kerätä ja lähettää uudelleen merkittävän osan primäärisäteilystä.

Kuinka antenni toimii. Kunkin elementin radioaallot lähetetään vaiheviiveellä, joten eteenpäin suuntautuvat (ylöspäin) lähetetyt yksittäiset aallot ovat vaiheessa, kun taas aallot vastakkaiseen suuntaan ovat vaiheen ulkopuolella. Siksi eteenpäin suuntautuvat aallot lisäävät yhteen ( rakentava häiriö ) tehostamalla tehoa tähän suuntaan, kun taas taaksepäin suuntautuvat aallot poistavat osittain toisiaan ( tuhoava häiriö ), mikä vähentää siihen suuntaan lähetettyä tehoa.
Kuva kahden elementin Yagi -Uda -matriisin eteenpäin suuntautuvasta vahvistuksesta käyttämällä vain ohjattavaa elementtiä (vasen) ja ohjainta (oikea). Ajettu elementin aalto (vihreä) herättää virran passiivisessa ohjaimessa, joka säteilee aallon (sininen), jolla on tietty vaihesiirto (katso selitys tekstissä, huomaa, että mitat eivät ole mitoitettuja tekstin numeroiden kanssa). Näiden aaltojen (pohja) lisääminen lisääntyy eteenpäin, mutta johtaa osittaiseen peruuttamiseen vastakkaiseen suuntaan.

Oheisessa kaaviossa on esitetty realistisempi malli Yagi -Uda -matriisista, joka käyttää vain ohjattavaa elementtiä ja ohjainta. Käyttöelementin (vihreä) synnyttämä aalto etenee sekä eteen- että taaksepäin (samoin kuin muihin suuntiin, ei esitetty). Ohjaaja vastaanottaa tuon aallon hieman viivästyneenä (noin 45 ° vaiheviive, joka on tärkeä käänteissuuntalaskelmille myöhemmin). Ohjaimen lyhyemmän pituuden vuoksi ohjaimessa syntyvä virta etenee vaiheessa (noin 20 °) suhteessa tulevaan kenttään ja säteilee sähkömagneettista kenttää, joka viivästyy (kaukokentän olosuhteissa) tästä virrasta 90 °. Nettovaikutus on ohjaajan lähettämä aalto (sininen), joka on noin 70 ° (20 ° - 90 °) hidastettu suhteessa käyttöelementin (vihreä), tässä rakenteessa. Nämä aallot yhdistyvät tuottamaan eteenpäin suuntautuvan aallon (alhaalla, oikealla), jonka amplitudi on hieman suurempi kuin yksittäiset aallot.

Toisaalta päinvastaiseen suuntaan aallon lisäviive ohjaimesta (sininen), joka johtuu kahden elementin välisestä etäisyydestä (noin 45 ° vaiheviive kulkee kahdesti), aiheuttaa sen olevan noin 160 ° (70 °) + 2 × 45 °) pois päältä käyttöelementin (vihreä) aallon kanssa. Näiden kahden aallon nettovaikutus lisättäessä (alhaalla, vasemmalla) on osittainen peruutus. Ohjaajan aseman ja lyhyemmän pituuden yhdistelmä on siten saanut yksinomaan ohjattavan (puoliaaltodipolielementin) yksisuuntaisen eikä kaksisuuntaisen vasteen.

Keskinäinen impedanssi rinnakkaisten dipolien välillä ei ole porrastettu etäisyyden funktiona. Käyrät Re ja Im ovat keskinäisen impedanssin resistiivisiä ja reaktiivisia osia. Huomaa, että nollapisteellä saamme puoliaaltodipolin itseimpedanssin, 73 + j43 Ω.

{\ displaystyle \ scriptstyle {\ lambda \ yli 2}}

Kun passiivinen säteilijä sijoitetaan lähelle (alle neljäsosa aallonpituusetäisyydeltä) käytettävään dipoliin, se on vuorovaikutuksessa lähikentän kanssa , jossa etenemisviive ei säätele vaiheen ja etäisyyden suhdetta, kuten kaukainen kenttä. Näin ollen taajuusmuuttajan ja passiivisen elementin välistä amplitudi- ja vaihesuhdetta ei voida ymmärtää mallilla aallon peräkkäisestä keräämisestä ja lähettämisestä, joka on täysin irrotettu ensisijaisesta säteilevästä elementistä. Sen sijaan kaksi antennielementtiä muodostavat kytketyn järjestelmän, jossa esimerkiksi passiivinen elementti vaikuttaa voimakkaasti käytettävän elementin itseimpedanssiin (tai säteilyresistanssiin ). Tällaisen järjestelmän täydellinen analyysi edellyttää dipolielementtien keskinäisten impedanssien laskemista, mikä ottaa implisiittisesti huomioon etenemisviiveen, joka johtuu elementtien välisestä rajallisesta etäisyydestä ja lähikentän kytkentävaikutuksista. Mallinnetaan elementti numero j omaavan syöttöpisteen keskellä joiden jännite V _j ja virta I _-j valuvan. Vain kun otetaan huomioon kaksi tällaista elementtiä, voimme kirjoittaa jännitteen kullekin syöttöpisteelle virroina käyttäen keskinäisiä impedansseja Z _ij :

{\ displaystyle V_ {1} = Z_ {11} I_ {1}+Z_ {12} I_ {2}}

{\ displaystyle V_ {2} = Z_ {21} I_ {1}+Z_ {22} I_ {2}}

Z ₁₁ ja Z ₂₂ ovat yksinkertaisesti dipolin tavanomaisia liikepisteen impedansseja, siten 73 + j43 ohmia puoliaallon elementille (tai puhtaasti resistiivisiä yhdelle hieman lyhyemmälle, kuten tavallisesti halutaan käyttöelementille). Johtuen eroista elementtien pituudet Z ₁₁ ja Z ₂₂ on olennaisesti erilainen reaktiivinen komponentti. Vastavuoroisuuden vuoksi tiedämme, että Z ₂₁ = Z ₁₂ . Nyt vaikea laskenta on sen keskinäisen impedanssin Z ₂₁ määrittäminen, joka vaatii numeerisen ratkaisun. Tämä on laskettu kahdelle täsmälleen puoliaallon dipolielementille eri etäisyyksillä oheisessa kaaviossa.

Järjestelmän ratkaisu on sitten seuraava. Merkitään käyttöelementti 1 siten, että V ₁ ja I ₁ ovat lähettimen syöttämä jännite ja virta. Parasiittielementti on merkitty 2, ja koska se on oikosulussa sen "syöttöpisteessä", voimme kirjoittaa, että V ₂ = 0. Käyttämällä yllä olevia suhteita voimme ratkaista I ₂ : n suhteen I ₁ :

{\ displaystyle 0 = V_ {2} = Z_ {21} I_ {1}+Z_ {22} I_ {2}}

ja niin

{\ displaystyle I_ {2} =-{Z_ {21} \ yli Z_ {22}} \, I_ {1}}

.

Tämä on parasiittielementissä oleva virta, joka johtuu käyttöelementissä olevasta virrasta I ₁ . Voimme myös ratkaista jännitteen V ₁ käyttöelementin syöttöpisteessä käyttämällä aikaisempaa yhtälöä:

{\ displaystyle {\ begin {aligned} V_ {1} & = Z_ {11} I_ {1}+Z_ {12} I_ {2} = Z_ {11} I_ {1} -Z_ {12} {Z_ {21 } \ yli Z_ {22}} \, I_ {1} \\ & = \ vasen (Z_ {11}-{Z_ {21}^{2} \ yli Z_ {22}} \ oikea) I_ {1} \ loppu {tasattu}}}

jossa olemme korvanneet Z ₁₂ = Z ₂₁ . Jännitteen ja virran suhde tässä vaiheessa on 2-elementin Yagin käyttöpisteen impedanssi Z _dp :

{\ displaystyle Z_ {dp} = V_ {1}/I_ {1} = Z_ {11}-{Z_ {21}^{2} \ yli Z_ {22}}}

Jos vain käyttöelementti olisi läsnä, liikepisteen impedanssi olisi yksinkertaisesti ollut Z ₁₁ , mutta sitä on nyt muutettu lois -elementin läsnä ollessa. Ja nyt tietäen I ₂ : n vaiheen (ja amplitudin) suhteessa I _{1: een,} kuten edellä on laskettu, voimme määrittää säteilykuvion (vahvistuksen suunnan funktiona) johtuen näissä kahdessa elementissä kulkevista virroista. Sellaisen antennin ratkaisu, jossa on enemmän kuin kaksi elementtiä, etenee samoilla linjoilla asettamalla kukin V _j = 0 kaikille paitsi käytetyille elementeille ja ratkaisemalla kunkin elementin virrat (ja jännite V ₁ syöttöpisteessä). Yleensä keskinäisellä kytkennällä on taipumus pienentää ensisijaisen jäähdyttimen impedanssia, ja siksi taitettuja dipoliantenneja käytetään usein niiden suuren säteilyresistanssin vuoksi, joka pienenee tyypilliseen 50-75 ohmin alueeseen kytkemällä passiiviset elementit.

Kaksi Yagi – Uda -antennia samassa mastossa. Yläosassa on kulmaheijastin ja kolme päällekkäistä Yagia, jotka syötetään vaiheittain vahvistuksen lisäämiseksi vaakasuunnassa (poistamalla maata tai taivasta kohti säteilevä teho). Alempi antenni on suunnattu pystysuoraan polarisaatioon, ja sen resonanssitaajuus on paljon pienempi.

Design

Yagi -Uda -antennien suunnitteluun ei ole yksinkertaisia kaavoja, koska fyysiset parametrit, kuten

elementin pituus ja etäisyys
elementin halkaisija
suorituskykyominaisuudet: vahvistus ja tuloimpedanssi

Käyttämällä kuitenkin edellä mainittuja iteratiivisia analyysejä voidaan laskea tietyn parametrisarjan suorituskyky ja säätää niitä optimoidaksesi vahvistuksen (ehkä tiettyjen rajoitusten mukaisesti). Koska $n$ -elementtisellä Yagi – Uda -antennilla on säädettävissä $2 n - 1$ parametria (elementtien pituudet ja suhteelliset etäisyydet), tämä iteratiivinen analyysimenetelmä ei ole suoraviivainen. Edellä kuvatut keskinäiset impedanssit koskevat vain $λ /2$ -pituisia elementtejä, joten ne on ehkä laskettava uudelleen hyvän tarkkuuden saavuttamiseksi.

Virtajakauma todellista antennielementtiä pitkin saadaan vain suunnilleen tavanomaisella oletuksella klassisesta seisovasta aallosta, joka vaatii ratkaisun Hallenin integraaliyhtälöstä ottaen huomioon muut johtimet. Tällainen täydellinen tarkka analyysi, ottaen huomioon kaikki mainitut vuorovaikutukset, on melko ylivoimainen, ja likimääräiset arviot ovat väistämättömiä käytettävän antennin löytämisessä. Näin ollen nämä antennit ovat usein empiirisiä malleja, joissa käytetään kokeilu- ja erehdystekijöitä , ja ne alkavat usein olemassa olevasta mallista, jota on muokattu aavistuksen mukaan. Tulos voidaan tarkistaa suoralla mittauksella tai tietokonesimulaatiolla.

Jälkimmäisessä lähestymistavassa käytetty tunnettu viite on Yhdysvaltain kansallisen standarditoimiston (NBS) (nyt National Institute of Standards and Technology (NIST)) julkaisema raportti, joka tarjoaa kuusi perusmallia, jotka on johdettu 400 MHz: n mittauksista ja menettelyt näiden mallien mukauttamiseksi muille taajuuksille. Näitä ja niistä johdettuja malleja kutsutaan joskus nimellä "NBS yagis".

Säätämällä vierekkäisten ohjaimien välistä etäisyyttä on mahdollista pienentää säteilykuvion takakehää.

Historia

Yagi-Uda antenni keksittiin vuonna 1926 Shintaro Uda on Tohoku Imperial University , Sendai , Japani , jossa yhteistyössä Hidetsugu Yagi , myös Tohoku Imperial yliopisto. Yagi ja Uda julkaisivat ensimmäisen raporttinsa aaltoprojektorin suunta -antennista. Yagi osoitti konseptin , mutta tekniset ongelmat osoittautuivat raskaammiksi kuin perinteiset järjestelmät.

Yagi julkaisi ensimmäisen englanninkielisen viitteen antennissa vuonna 1928 tehdyssä Japanin lyhytaaltoista tutkimusta käsittelevässä artikkelissa, ja se liitettiin hänen nimeensä. Yagi kuitenkin tunnusti aina Udan tärkeimmän panoksen suunnitteluun, ja antennin oikea nimi on, kuten edellä, Yagi -Uda -antenni (tai -ryhmä).

Nakajima J1n Gekko 1-S yöhävittäjä, joissa on nelinkertainen Yagi tutka lähetin antennit

Yagi oli ensimmäinen laajalti käytetty maailmansodan ilmassa tutka sarjaa, koska sen yksinkertaisuus ja paikantuu. Huolimatta siitä, että se keksittiin Japanissa, monet japanilaiset tutka -insinöörit eivät tienneet suunnittelusta vasta sodan myöhään, osittain armeijan ja laivaston välisen kilpailun vuoksi. Japanin sotilasviranomaiset saivat ensimmäisen kerran tietää tästä tekniikasta Singaporen taistelun jälkeen, kun he ottivat talteen brittiläisen tutkateknikon muistiinpanot, joissa mainittiin "yagi -antenni". Japanilaiset tiedustelupalvelut eivät edes tunnistaneet, että Yagi oli japanilainen nimi tässä yhteydessä. Kysyttäessä teknikko sanoi, että se oli japanilaisen professorin mukaan nimetty antenni.

Lähikuva ASV Mark II -tutkan Yagi-matriiseista, jotka on asennettu Bristol Beaufort -lentokoneen alle sukellusveneiden vastaiseen sodankäyntiin .

Vaakapolaroitua array löytyvät etureunan Grumman TBF Avenger kantaja-pohjainen Yhdysvaltain laivaston ilma ja Consolidated PBY Catalina pitkän kantaman partio vesitaso. Pystypolarisoidun taulukot nähdään poskissa ja P-61 sekä kärkikartioille monien toisen maailmansodan lentokoneiden, erityisesti Lichtenstein tutka -equipped esimerkkejä Saksan Junkers Ju 88 R-1 hävittäjäpommittaja , ja British Bristol Beaufighter yö -hävittäjä ja lyhyt Sunderlandin lentävä vene. Itse asiassa jälkimmäisellä oli niin monta antennielementtiä järjestetty selälleen - sen mahtavan, torniin asennetun puolustusaseen lisäksi nenässä ja hännässä sekä rungon päällä - saksalaiset lentäjät saivat sen lempinimen Staielschwein tai "Flying Porcupine". Kokeellinen Morgensternin saksalainen AI VHF-kaista-tutka-antenni vuosina 1943–44 käytti "kaksois-Yagi" -rakennetta 90 °: n kulmassa olevista Yagi-antenniparistaan, jotka oli muodostettu kuudesta erillisestä dipolielementistä, mikä mahdollisti ryhmän sovittamisen kartiomaisen, kumisen -peitetty vaneriradomi lentokoneen nenässä, Morgensternin antennielementtien äärimmäiset kärjet ulkonevat radomin pinnasta, ja siiven henkilökunnan lennon NJG 4 Ju 88 G-6 käytti sitä Lichtenstein SN-2: n sodan loppupuolella AI -tutka.

Kolmen elementin Yagi-Uda-antenni, jota amatööriradioasema käyttää pitkän matkan ( skywave ) kommunikointiin lyhyen aallon kaistoilla . Pidemmällä heijastinelementillä ( vasemmalla ), käyttöelementillä ( keskellä ) ja lyhyemmällä ohjaimella ( oikealla ) on molemmilla ns. Ansa (rinnakkainen LC-piiri ), joka on sijoitettu johtimiaan pitkin kummallekin puolelle, jolloin antennia voidaan käyttää useammassa kuin yksi taajuuskaista.

Toisen maailmansodan jälkeen televisiolähetysten tulo motivoi Yagi – Uda -suunnittelun laajaa mukauttamista katto -tv -vastaanottoon VHF -kaistalla (ja myöhemmin UHF -televisiossa) ja myös FM -radioantennina reuna -alueilla. Suuri haittapuoli oli Yagin luontaisesti kapea kaistanleveys, joka lopulta ratkaistiin ottamalla käyttöön erittäin laajakaistainen log-periodinen dipolimatriisi (LPDA). Vielä Yagi: n suuremman vahvistuksen verrattuna LPDA tekee tarvitaan silti paras vastaanotossa reuna , ja erittäin monimutkainen Yagi malleja ja yhdessä antennin muiden tekniikoita on kehitetty, jotta sen toimintaa yli laajan television bändejä .

Yagi -Uda -antenni nimettiin IEEE -merkkipaaluksi vuonna 1995.

Katso myös

Huomautuksia

Viitteet

Lainaukset

Bibliografia

Brown, Louis (1999). Toisen maailmansodan tutkahistoria: tekniset ja sotilaalliset vaatimukset . CRC Paina. ISBN 0-7503-0659-9
S. Uda, "Lyhyiden sähköaaltojen korkea kulmasäteily". Proceedings of IRE , voi. 15, s. 377–385, toukokuu 1927.
S. Uda, "Radiotelegrafia ja radiopuhelin puolen metrin aalloilla". Proceedings of IRE , voi. 18, s. 1047–1063, kesäkuu 1930.
JE Brittain, Scanning the Past, Shintaro Uda ja Wave Projector, Proc. IEEE, toukokuu 1997, s. 800–801.
H .Yagi, Ultra-shortwaves-säteen lähetys , Proceedings of the IRE, voi. 16, s. 715–740, kesäkuu 1928. URL -osoite on klassisen artikkelin vuoden 1997 IEEE -uusintapainos. Katso myös Erittäin lyhyiden aaltojen säteensiirto: Johdatus klassiseen kirjaan H. Yagi, kirjoittanut DM Pozar , julkaisussa Proceedings of the IEEE , Volume 85, Issue 11, Marraskuu 1997 Sivut: 1857–1863.
" Menneisyyden skannaus: Sähkötekniikan historia menneisyydestä ". Proceedings of the IEEE Voi. 81, nro 6, 1993.
Shozo Usami ja Gentei Sato, " Direktiivi lyhytaaltoantenni , 1924 ". IEEE Milestones, IEEE History Center, IEEE, 2005.
Toma KAWANISHI (7. huhtikuuta 2020). "<Article> Teknologian käsitteellistäminen tieteenä: Hidetsugu Yagi insinööritutkimuksen edistäjänä" . Filosofia ja tiedehistorian opinnot = PHS Studies . Tieteen filosofia ja historia, Kioton yliopisto. 14 (14): 1–24. doi : 10.14989/250442 .

Ulkoiset linkit

Yagi-Uda-antennin historia ". Antennikeksinnön ja sen patenttien historia.
D. Jefferies, " Yagi-Uda-antennit ". 2004.
'Yagi – Uda-lähetin, jota käytetään AESA: ssa (aktiivinen elektronisesti skannattu ryhmä)' matalataajuiset tutkat patents.google.com
Yagi-Uda-antenni . Yksinkertaista tietoa Yagi -Uda -antennin perussuunnittelusta, projektista ja mitasta. 2008
Yagi-Uda-antennit www.antenna-theory.com
Yagi -antennilaskin ja tietokonesuunnittelut 2020 "

Languages

In other projects