Bildnachweis: Raysonho @ Open Grid Scheduler / Grid-Engine, Yagi-Antenne, CC0 1.0
Diskussionspunkte
- Einleitung
- Verwendung der Yagi uda Antenne
- Elemente einer typischen Yagi Uda Antenne
- Yagi uda Antennenkonstruktion
- Yagi Uda Antennendesign
- Yagi uda Antennenstrahlungsmuster
- Nur wenige mathematische Probleme im Zusammenhang mit der Yagi-Uda-Antenne
Einleitung
Um eine Yagi-Uda-Antenne zu definieren, sollten wir die richtige Definition der Antenne kennen. Gemäß den IEEE-Standarddefinitionen von Antennen ist „eine Antenne ein Mittel zum Ausstrahlen oder Empfangen von Funkwellen“.
Eine Yagi-uda-Antenne ist im Grunde eine Anordnung von geradlinigen Dipolen mit einem Speiseelement und anderen parasitären Elementen. Es kann als End-Fire-Array beschrieben werden, was bedeutet, dass das Array aus intern verbundenen Antennen besteht und die gesamte Einheit als einzelne Antenne fungiert.
Zeichnung einer typischen Yagi-Antenne,
Bildnachweis - Unbekannter AutorUnbekannter Autor, Yagi Fernsehantenne 1954, als gemeinfrei gekennzeichnet, weitere Details zu Wikimedia Commons
Die Yagi Uda-Antenne ist eine sehr realistische Antenne für den Hochfrequenzbereich, da sie im Hochfrequenzbereich bis zum Ultrahochfrequenzbereich arbeitet.
Professor S. Uda und Professor H. Yagi von der Tohoku Imperial University, Japan, beschrieben zunächst den Betrieb dieser Art von Antenne. Die Antenne wird häufig als "Yagi-Antenne" unterbrochen.
Was ist Hornantenne? Auschecken hier!
Verwendung einer yagi uda Antenne || Anwendungen der Yagi uda Antenne
Die Yagi-Antenne ist eine der weit verbreiteten Antennen. Aufgrund seiner hohen Richtwirkung wurde es als Fernsehantenne in unzähligen Haushalten eingesetzt. Viele Leser würden es erkennen, wenn sie nur das Bild sehen würden. Es findet Anwendung in Amateurfunkgeräten, in Bereichen von RADARs, in Satelliten- und RFID-Anwendungen.
Eine moderne Hochfrequenz-Yagi-Uda-Antenne, die für das Fernsehen verwendet wird,
Bildquelle - Tennen-Gas, UHF-TV-Antenne 001, CC BY-SA 3.0
Elemente einer typischen Yagi Uda Antenne
Wie bereits erwähnt, ist eine typische Yagi-Uda-Antenne eine Anordnung kleiner Antennen und hat ein Element für die Energiezufuhr, während andere parasitär sind.
Das am häufigsten verwendete Speiseelement einer Yagi-Uda-Antenne ist ein gefalteter Dipol. Der Kühler ist speziell für den Betrieb eines Endfeuer-Arrays konstruiert. Parasitäre Elemente am vorderen Strahl wirken als Direktoren und die Teile am hinteren Strahl wirken als Reflektoren. Damit ist die Antenne fertig.
Die dünnen Stäbe sind mit ihren Mittelpunkten auf einer Querstange ausgerichtet. Es gibt ein angetriebenes Element, mehrere parasitäre Elemente, einen Reflektor und einen oder mehrere Direktoren. Wie der Name schon sagt, sind die parasitären Elemente nicht physisch mit dem Transceiver verbunden und arbeiten als passive Strahler. Sie strahlen Radiowellen aus, die das Strahlungsmuster weiter beeinflussen. Der Abstand zwischen den beiden Stäben hängt von der Wellenlänge des Signals ab. Typischerweise ändert sich der Abstand von einem Zehntel auf ein Viertel der Wellenlänge.
Die Größe der Direktoren ist im Allgemeinen kürzer als das angetriebene Element, das auch prägnanter als der Reflektor ist.
Der Gewinn einer Yagi-Uda-Antenne hängt von der Anzahl der vorhandenen parasitären Elemente ab. Eine Erhöhung der Anzahl parasitärer Elemente erhöht den Gesamtgewinn der Antenne. Deshalb gibt es in einer Yagi-Uda-Antenne zahlreiche Direktoren. Da der Reflektor einen vernachlässigbaren Einfluss auf den Antennengewinn hat, befindet sich nur ein Reflektor in der Antenne.
Yagi uda Antennenkonstruktion
Wir werden den Bau einiger Teile der Yagi-Uda-Antenne diskutieren. Die Einsätze sind - Angetriebenes Element, Direktor und der Reflektor.
- Regie: Es ist das kürzeste Element der Yagi-Uda-Antenne. Dieser Teil ist auf die Empfangsquelle gerichtet. Die Länge der Detektoren hängt vom Abstand zwischen den Details und der Wellenlänge der Signale ab. Der Gewinn einer Yagi-Uda-Antenne hängt von der Länge der Antenne ab. Die Antennenlänge erhöht sich auch durch Erhöhen der Anzahl der Direktoren.
- Angetriebenes Element: Es ist das Element, das den Einspeisepunkt für Energie hat. Der Sender ist über den Einspeisepunkt mit diesem Element verbunden. Der Einspeisepunkt liegt typischerweise in der Mitte des Bauteils. Die Länge des Teils beträgt die Hälfte der Wellenlänge.
- Reflektoren: Es ist eine einzelne Einheit und wird am Ende des Antennenarrays direkt nach dem angetriebenen Element aufgebaut. Es hat die höchste Länge unter den parasitären Elementen. Der Abstand des Reflektors hängt von der Wellenlänge, Strahlbreite und Verstärkung der yagi uda-Antenne ab. Die Resonanzfrequenz des Reflektors ist im Allgemeinen niedriger.
Wie hängen Übertragungsleitungen mit Antennen zusammen? Wissen - Klick hier!
Funktionieren der Yagi uda Antenne
Lassen Sie uns etwas Aufmerksamkeit auf den Betrieb und die Funktionsweise einer Yagi-Uda-Antenne lenken. Angenommen, eine typische Yagi-Uda-Antenne mit einem Reflektor, einem angetriebenen Element und einem einzelnen Direktor.
Wie bereits erwähnt, beträgt die Länge des Antriebselements die Hälfte des Dipols und ist direkt mit elektrischer Energie verbunden. Es liefert Strom über die gesamte Antenne, da es den Einspeisepunkt hat, und alle anderen parasitären Elemente sind diesem Element intern zugeordnet.
Nehmen wir nun die parasitären Elemente (sowohl die Reflektoren als auch die Direktoren) als allgemeines Dipolelement mit messbarem Durchmesser an, das über einen Kurzschluss in der Mitte zugeführt wird. Die Übertragungsleitungstheorie besagt, dass ein Kurzschluss aktiviert ist, um die Leistung bei 180 Grad zu reflektieren.
Teile einer typischen Yagi-Uda-Antenne,
A - Angetriebenes Element, R - Reflektor, D - Direktor,
Bildnachweis - Sankeytm, Yagi 3 Element, CC BY-SA 3.0
Somit kann der Betrieb als Vermischen eines Leistungsempfänger-Dipolelements ausgelegt werden, das die Leistung empfängt und an die angepasste Last sendet, und eines Leistungssender-Dipolelements, das die Leistung an das Array der Antenne überträgt.
Wenn nun die empfangene und die gesendete Leistung um 180 Grad phasenverschoben sind, ist das Ergebnis eine Nullspannung. Das bedeutet den Kurzschluss der Diode am Speisepunkt. Deshalb ist die abgestrahlte Leistung mit den einfallenden Wellen in einer 180-Grad-Ausphasung.
Die parasitären Elemente in der Antenne sind kürzer als ½λ. Der Reflektor ist länger als ½λ und liegt im Allgemeinen hinter der Phase der Leerlaufspannung zurück. Das eingehende Signal erzeugt die Spannung. Der Regisseur ist auch kürzer als ½λ. Es liegt hinter der Spannung des Stroms.
Yagi Uda Antennendesign
Im Gegensatz zur Hornantenne gibt es keine festen Regeln für das Design einer Yagi-Uda-Antenne. Es gibt einige kritische physikalische Parameter, die sich dem widersetzen. Einige der Parameter sind wie folgt:
- "Länge des Elements und Abstand zwischen ihnen."
- Die Messung der Stäbe oder der Durchmesser der Stäbe.
- Einige kritische Parameter wie - Verstärkung und Eingangswiderstand.
Es gibt jedoch einige Methoden zur Analyse und Berechnung, um die gewünschten Ergebnisse herauszufinden. Für eine yagi uda-Antenne mit n Elementen müssen 2n-1 Parameter berücksichtigt werden.
Die Analyse der Stromverteilung erfolgt durch Lösen der 'Hallen'schen Integralgleichung'. Auch die Annahme einer klassischen Stehwelle und der Zustand anderer Leiter werden berücksichtigt. Das Analyse Methode ist kompliziert und erfordert genaue Ergebnisse, obwohl einige wichtige Annäherungen erforderlich sind, um es zu vervollständigen.
Die entworfenen Antennen durchlaufen Trial-and-Error-Methoden, um sie weiter zu modifizieren. Manchmal, die Antenne beginnt mit einem Design und endet nach bestimmten Änderungen im Prozess mit einem anderen. Heutzutage hilft Computersimulation Designern/Ingenieuren, das Ergebnis zu überprüfen.
Yagi Uda Antennenstrahlungsmuster
Das Strahlungsmuster ist die Winkelabhängigkeit der Stärke der Funkwellen von einer elektromagnetischen Quelle. Das folgende Bild zeigt das Strahlungsmuster einer Yagi-Uda-Antenne.
Vorteile yagi uda Antenne || Nachteile der yagi uda Antenne
Die Yagi uda-Antenne hat sowohl Vor- als auch Nachteile. Es besteht jedoch kein Zweifel daran, dass diese Antenne im Bereich der kommerziellen Antennen einige drastische Änderungen vorgenommen hat. Aufgrund seiner großen Bandbreite ist es als TV-Antenne so beliebt wie nie zuvor. Lassen Sie uns einige seiner Vorteile diskutieren.
Vorteile der Yagi uda Antenne
- Die Yagi uda-Antenne hat eine ordentliche Verstärkung von 7 dB, was für ihre Anwendungen ausreicht.
- Das Yagi uda-Antennenarray ist ein Richtungsantennentyp.
- Dieser Antennentyp eignet sich für Anwendungen im Hochfrequenz- bis Ultrahochfrequenzbereich.
- Diese Antennen haben ein einstellbares Verhältnis von zu ack.
Lassen Sie uns einige Nachteile der Yagi-Uda-Antenne diskutieren.
Nachteile der yagi uda Antenne
- Obwohl die Anwendungen von Yagi-Uda-Antennen für den Antennengewinn geeignet sind, ist der Gewinn im Vergleich zu anderen Antennentypen nicht sehr hoch.
- Das Entwerfen erfordert eine große Anzahl von Elementen.
- Jede Beschädigung der parasitären Elemente führt zu einer Funktionsstörung der gesamten Antenne.
- Die Größe ist ziemlich groß, deshalb werden die Antennen heutzutage nicht von Menschen benutzt.
Nur wenige mathematische Probleme im Zusammenhang mit der Yagi Uda-Antenne
1. Entwerfen Sie eine Yagi uda-Antenne mit den folgenden Spezifikationen. Richtwirkung: Relativ zum ½λ-Dipol und auf gleicher Höhe. Größe: 9.2 dB. f0 = 50.1 MHz. Der gewünschte Durchmesser der parasitären Stäbchen: 2.54 cm. Der gewünschte Durchmesser des Metallstützauslegers: 5.1 cm. Ermitteln Sie die Abstände zwischen Elementen, Längen und Längen des gesamten Arrays.
Lösung:
Die Betriebsfrequenz wird mit 50.1 MHz angegeben. Die Wellenlänge beträgt λ = 5.988 m.
Der gewünschte Durchmesser der parasitären Stäbe wird mit d = 2.54 cm angegeben.
Daher ist d / λ = 2.54 / 598.8
Oder d / λ = 4.24 × 10-3
Der gewünschte Durchmesser des Metallstützauslegers wird mit D = 5.1 cm angegeben.
Daher ist D / λ = 5.1 / 598.8
Oder D / λ = 8.52 × 10-3
Wir müssen ein Diagramm verwenden, das uns "optimierte unkomprimierte Längen parasitärer Elemente einer Yagi-Uda-Antenne" gibt. Anhand dieser Tabelle können wir verstehen, dass das gewünschte Antennenarray insgesamt fünf Elemente aufweisen würde (ein angetriebenes Element, ein Reflektor und drei Direktoren).
Die zweite Spalte des Diagramms gibt uns die optimale unkomprimierte Länge für den Wert von d / λ = 0.0085.
l1 = 0.482 & lgr;
l3 = 0.428 & lgr;
l4 = 0.424 & lgr;
l5 = 0.428 & lgr;
Die Gesamtantennenlänge beträgt L = (0.6 + 0.2) λ = 0.8λ. Der Abstand oder der Abstand zwischen den parasitären Direktoren beträgt 0.2 λ und der Abstand des Reflektors beträgt 0.2 λ.
Hallo, ich bin Sudipta Roy. Ich habe einen B. Tech in Elektronik gemacht. Ich bin ein Elektronik-Enthusiast und widme mich derzeit dem Bereich Elektronik und Kommunikation. Ich habe großes Interesse an der Erforschung moderner Technologien wie KI und maschinellem Lernen. Mein Ziel ist es, allen Lernenden genaue und aktuelle Daten zur Verfügung zu stellen. Es macht mir große Freude, jemandem beim Wissenserwerb zu helfen.
Vernetzen wir uns über LinkedIn –