Cos'è l'antenna Yagi Uda: 7 risposte che dovresti sapere

Credito d'immagine: Raysonho @ Open Grid Scheduler / Grid EngineAntenna YagiCC0 1.0

Punti di discussione

  • Introduzione
  • Uso dell'antenna Yagi uda
  • Elementi di una tipica antenna Yagi Uda
  • Costruzione dell'antenna Yagi uda
  • Progettazione dell'antenna Yagi Uda
  • Schema di radiazione dell'antenna Yagi uda
  • Pochi problemi matematici legati all'antenna Yagi-Uda

Introduzione

Per definire un'antenna Yagi-Uda, dovremmo conoscere la corretta definizione dell'antenna. Secondo le definizioni standard IEEE delle antenne, "un'antenna è un mezzo per irradiare o ricevere onde radio".

Un'antenna yagi-uda è fondamentalmente un array di dipoli rettilinei con un elemento di alimentazione e altri elementi parassiti. Può essere descritto come un array end-fire, il che significa che l'array è un insieme di antenne collegate internamente e l'unità totale funziona come un'antenna singola.

Antenna Yagi Uda

Disegno di una tipica antenna Yagi,

Credito immagine - Autore sconosciuto Autore sconosciuto, Antenna TV Yagi 1954, contrassegnato come dominio pubblico, maggiori dettagli su Wikimedia Commons

L'antenna Yagi Uda è un'antenna molto realistica per il dominio delle alte frequenze poiché opera nel campo delle alte frequenze in un dominio delle frequenze ultra alte.

Il professor S. Uda e il professor H. Yagi della Tohoku Imperial University, in Giappone, hanno descritto per primi questo tipo di funzionamento dell'antenna. L'antenna è spesso interrotta come "Yagi Antenna".

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Uso dell'antenna yagi uda || Applicazioni dell'antenna yagi uda

            L'antenna Yagi è una delle antenne ampiamente utilizzate. È stato utilizzato come antenne TV in innumerevoli case grazie alla sua alta direttività. Molti lettori lo riconosceranno solo vedendo l'immagine. Trova applicazione nelle radio amatoriali, nel campo dei RADAR, nei satelliti e nelle applicazioni RFID.

Antenna TV UHF 001

Una moderna antenna yagi-Uda ad alta frequenza, utilizzata per la televisione,

Fonte immagine - Tennen-GasAntenna TV UHF 001CC BY-SA 3.0

Elementi di una tipica antenna Yagi Uda

Come detto in precedenza, una tipica antenna Yagi Uda, è un array di piccole antenne e ha un elemento per l'alimentazione di energia e altri sono parassiti.

L'elemento di alimentazione più utilizzato di un'antenna yagi uda è un dipolo piegato. Il radiatore è appositamente costruito per il funzionamento di un array end-fire. Gli elementi parassiti sul raggio anteriore agiscono come direttori e i pezzi sul raggio posteriore fungono da riflettori. Questo completa l'antenna.

Le aste sottili sono allineate su una traversa con i loro centri. C'è un elemento guidato, diversi elementi parassiti, un riflettore e uno o più direttori. Come suggerisce il nome, gli elementi parassiti non sono fisicamente collegati al ricetrasmettitore e funzionano come radiatori passivi. Irradiano onde radio che influiscono ulteriormente sul diagramma di radiazione. La distanza tra le due aste dipende dalla lunghezza d'onda del segnale. In genere, la distanza cambia da un decimo a un quarto della lunghezza d'onda.

La dimensione dei registi è generalmente più corta dell'elemento condotto, che è anche più conciso del riflettore.

Il guadagno di un'antenna yagi uda dipende dal numero di elementi parassiti presenti. L'aumento del numero di elementi parassiti aumenta il guadagno complessivo dell'antenna. Ecco perché ci sono numerosi registi in un'antenna yagi-uda. Poiché il riflettore ha un effetto trascurabile sul guadagno dell'antenna, c'è un solo riflettore nell'antenna.

Costruzione dell'antenna Yagi uda

Discuteremo la costruzione di alcune parti dell'antenna yagi uda. La posta in gioco è: elemento Driven, Director e Reflector.

  • Direttore: È l'elemento più corto dell'antenna yagi uda. Questa parte è diretta verso la sorgente ricevente. La lunghezza dei rivelatori dipende dalla distanza tra i dettagli e dalla lunghezza d'onda dei segnali. Il guadagno di un'antenna yagi uda ha una relazione con la lunghezza dell'antenna. La lunghezza dell'antenna aumenta anche aumentando il numero di direttori.
  • Elemento guidato: È l'elemento che ha il punto di alimentazione per l'energia. Il trasmettitore è collegato a questo elemento attraverso il punto di alimentazione. Il punto di alimentazione si trova tipicamente al centro del componente. La lunghezza della parte è la metà della lunghezza d'onda.
  • riflettori: È una singola unità e costruita all'estremità della schiera di antenne subito dopo l'elemento pilotato. Ha la lunghezza più alta tra gli elementi parassiti. La spaziatura del riflettore dipende dalla lunghezza d'onda, dalla larghezza del fascio e dal guadagno dell'antenna yagi uda. La frequenza di risonanza del riflettore è generalmente inferiore.

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Funzionamento dell'antenna yagi uda

Attiriamo un po 'di attenzione sul funzionamento e il funzionamento di un'antenna yagi uda. Supponiamo una tipica antenna yagi uda con un riflettore, con un elemento guidato e un unico regista.

Come discusso in precedenza, la lunghezza dell'elemento di pilotaggio è la metà del dipolo ed è collegata direttamente con l'energia elettrica. Fornisce alimentazione a tutta l'antenna poiché ha il punto di alimentazione e tutti gli altri elementi parassiti sono associati internamente a questo elemento.

Ora, assumiamo gli elementi parassiti (sia i riflettori che i direttori) come un elemento dipolo generale di diametro misurabile e alimentato al centro tramite un cortocircuito. La teoria della linea di trasmissione afferma che un cortocircuito è abilitato a riflettere la potenza a 180 gradi.

330px Yagi 3 elementi.svg

Parti di una tipica antenna yagi-uda,

A - Driven Element, R - Reflector, D - Director,

Credito immagine - Sankey™Yagi 3 elementoCC BY-SA 3.0

Pertanto, l'operazione può essere concepita come la miscelazione di un elemento dipolo ricevitore di potenza che riceve la potenza e invia al carico abbinato e un elemento dipolo trasmettitore di potenza che trasmette la potenza alla matrice dell'antenna.

Ora, in un istante, se la potenza ricevuta e inviata sono sfasate di 180 gradi l'una rispetto all'altra, il risultato sarà una tensione zero. Ciò significa il cortocircuito del diodo al punto di alimentazione. Questo è il motivo per cui la potenza irradiata è in 180 gradi con le onde incidenti.

Gli elementi parassiti nell'antenna sono più corti di ½λ. Il riflettore è più lungo di ½λ e generalmente ritarda la fase della tensione a circuito aperto. Il segnale in ingresso genera la tensione. Il regista è anche più basso di ½λ. È in ritardo rispetto alla tensione della corrente.

Design dell'antenna Yagi Uda

A differenza dell'antenna a cono, non ci sono regole rigide per progettare un'antenna yagi-uda. Ci sono alcuni parametri fisici critici che resistono a farlo. Alcuni dei parametri sono i seguenti:

  • "Lunghezza dell'elemento e distanza tra loro."
  • La misura delle aste o il diametro delle aste.
  • Alcuni parametri critici come - Guadagno e resistenza in ingresso.

Tuttavia, ci sono alcuni metodi di analisi e calcolo per scoprire i risultati desiderati. Per un'antenna yagi uda a n elementi, ci sono 2n-1 numeri di parametri da considerare.

L'analisi per la distribuzione di corrente viene eseguita risolvendo l'equazione integrale di Hallen. Vengono presi in considerazione anche l'ipotesi di un'onda stazionaria classica e la condizione di altri conduttori. Il metodo di analisi è complicato e richiede risultati accurati sebbene siano necessarie alcune approssimazioni vitali per completarlo.

Le antenne progettate passano attraverso metodi di prova ed errore per apportare ulteriori modifiche. A volte, il l'antenna inizia con un design e finisce con un altro dopo alcune modifiche nel processo. Al giorno d'oggi, la simulazione al computer aiuta i progettisti/ingegneri a verificare il risultato.

Schema di radiazione dell'antenna Yagi Uda

Il modello di radiazione è la dipendenza angolare della forza delle onde radio da qualsiasi sorgente elettromagnetica. L'immagine sotto mostra il diagramma di radiazione di un'antenna yagi uda.

Animazione antenna Yagi 16 frame 1.6s
Schema di radiazione dell'antenna Yagi uda, immagine di - ChetvornoAnimazione antenna Yagi 16 frame 1.6sCC0 1.0

Vantaggi yagi uda Antenna || Svantaggi dell'antenna yagi uda

            L'antenna Yagi uda ha sia i suoi vantaggi che gli svantaggi. Ma non c'è dubbio che questa antenna abbia apportato alcuni drastici cambiamenti nel campo delle antenne commerciali. Ha la più alta popolarità in assoluto come antenne TV a causa della sua ampia larghezza di banda. Parliamo di alcuni dei suoi vantaggi.

Vantaggi dell'antenna yagi uda

  • L'antenna Yagi uda ha un discreto guadagno di 7dB, sufficiente per le sue applicazioni.
  • L'array di antenne Yagi uda è un tipo di antenna direzionale.
  • Questo tipo di antenne è adatto per applicazioni in alta frequenza fino alla gamma di frequenze ultra alte.
  • Queste antenne hanno un rapporto regolabile da ack.

Discutiamo alcuni svantaggi dell'antenna yagi uda.

Svantaggi dell'antenna yagi uda

  • Sebbene le applicazioni delle antenne yagi uda siano adatte al guadagno dell'antenna, il guadagno non è molto elevato rispetto a qualsiasi altro tipo di antenna.
  • La progettazione richiede un gran numero di elementi.
  • Eventuali danni agli elementi parassiti portano alla disfunzionalità dell'intera antenna.
  • La dimensione è abbastanza grande, ecco perché al giorno d'oggi le antenne non vengono utilizzate dalle persone.

Pochi problemi matematici relativi all'antenna Yagi Uda

1. Progettare un'antenna yagi uda con le seguenti specifiche. Direttività: relativa a ½λ dipolo e situata allo stesso livello. Magnitudine: 9.2 dB. f0 = 50.1 MHz. Il diametro desiderato delle aste parassite: 2.54 cm. Il diametro desiderato del braccio portante in metallo: 5.1 cm. Scopri le distanze tra gli elementi, le lunghezze e la lunghezza dell'intero array.

Soluzione:

            La frequenza operativa è data come 50.1 MHz. La lunghezza d'onda è λ = 5.988 m.

Il diametro desiderato delle aste parassite è dato come d = 2.54 cm.

Pertanto, d / λ = 2.54 / 598.8

Oppure, d / λ = 4.24 x 10-3 

Il diametro desiderato del braccio portante in metallo è dato come D = 5.1 cm.

Pertanto, D / λ = 5.1 / 598.8

Oppure, D / λ = 8.52 x 10-3

            Dobbiamo usare una carta che ci dia "lunghezze non compresse ottimizzate degli elementi parassiti di un'antenna yagi-uda". Usando questo grafico, possiamo capire che l'array di antenne desiderato avrebbe un totale di cinque elementi (un elemento guidato, un riflettore e tre direttori).

La seconda colonna del grafico ci fornisce la lunghezza non compressa ottimale per il valore di d / λ = 0.0085.

l1 = 0.482λ

l3 = 0.428λ

l4 = 0.424λ

l5 = 0.428λ

La lunghezza complessiva dell'antenna sarà L = (0.6 + 0.2) λ = 0.8λ. La spaziatura o la distanza tra i direttori parassiti sarà 0.2λ e la spaziatura del riflettore sarà la stessa che è 0.2λ.

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