Τι είναι η κεραία Yagi Uda: 7 απαντήσεις που πρέπει να γνωρίζετε

Πιστωτική εικόνα: Raysonho @ Open Grid Scheduler / Grid EngineYagiAntennaCC0 1.0

Σημεία για συζήτηση

  • Εισαγωγή
  • Χρήση κεραίας Yagi uda
  • Στοιχεία μιας τυπικής κεραίας Yagi Uda
  • Κατασκευή κεραίας Yagi uda
  • Σχεδιασμός κεραίας Yagi Uda
  • Μοτίβο ακτινοβολίας κεραίας Yagi uda
  • Λίγα μαθηματικά προβλήματα που σχετίζονται με την κεραία Yagi-Uda

Εισαγωγή

Για να ορίσουμε μια κεραία Yagi-Uda, πρέπει να γνωρίζουμε τον σωστό ορισμό της κεραίας. Σύμφωνα με τους τυπικούς ορισμούς των κεραιών IEEE, «Η κεραία είναι ένα μέσο για την ακτινοβολία ή τη λήψη ραδιοκυμάτων».

Η κεραία yagi-uda είναι βασικά μια σειρά ορθογώνιων διπόλων με στοιχείο τροφοδοσίας και άλλα παρασιτικά στοιχεία. Μπορεί να περιγραφεί ως συστοιχία τελικής πυρκαγιάς που σημαίνει ότι η συστοιχία είναι σύνολο εσωτερικά συνδεδεμένων κεραιών και η συνολική μονάδα λειτουργεί ως μία μόνο κεραία.

Κεραία Yagi Uda

Σχέδιο μιας τυπικής κεραίας Yagi,

Image Credit - Άγνωστος συγγραφέας Άγνωστος συγγραφέας, Κεραία τηλεόρασης Yagi 1954, επισημαίνεται ως δημόσιος τομέας, περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με Wikimedia Commons

Η κεραία Yagi Uda είναι μια πολύ ρεαλιστική κεραία για τον τομέα υψηλής συχνότητας καθώς λειτουργεί στο πεδίο υψηλής συχνότητας σε έναν τομέα εξαιρετικά υψηλής συχνότητας.

Ο καθηγητής S. Uda και ο καθηγητής H. Yagi του Tohoku Imperial University, Japan, περιέγραψαν για πρώτη φορά αυτόν τον τύπο λειτουργίας κεραίας. Η κεραία διακόπτεται συχνά ως «Yagi Antenna».

Τι είναι η κεραία κέρατων; Ολοκλήρωση παραγγελίας εδώ!

Χρήση κεραίας yagi uda || Εφαρμογές κεραίας yagi uda

            Η κεραία Yagi είναι μία από τις ευρέως χρησιμοποιούμενες κεραίες. Έχει χρησιμοποιηθεί ως κεραίες τηλεόρασης σε αναρίθμητα σπίτια λόγω της υψηλής κατευθυντικότητάς του. Πολλοί αναγνώστες θα το αναγνώριζαν μόνο βλέποντας την εικόνα. Έχει εφαρμογή σε ερασιτεχνικά ραδιόφωνα, σε πεδία RADAR, σε δορυφόρους και εφαρμογές RFID.

Κεραία τηλεόρασης UHF 001

Μια σύγχρονη κεραία yagi-Uda υψηλής συχνότητας, που χρησιμοποιείται για την τηλεόραση,

Πηγή εικόνας - Tennen-GasΚεραία τηλεόρασης UHF 001CC BY-SA 3.0

Στοιχεία μιας τυπικής κεραίας Yagi Uda

Όπως προαναφέρθηκε, μια τυπική κεραία Yagi Uda, είναι μια σειρά από μικρές κεραίες και έχει ένα στοιχείο για την τροφοδοσία ενέργειας και άλλα είναι παρασιτικά.

Το πιο χρησιμοποιημένο στοιχείο τροφοδοσίας μιας κεραίας yagi uda είναι ένα διπλωμένο δίπολο. Το καλοριφέρ είναι ειδικά κατασκευασμένο για τη λειτουργία μιας σειράς πυρκαγιάς. Τα παρασιτικά στοιχεία στην μπροστινή δέσμη λειτουργούν ως σκηνοθέτες και τα κομμάτια στην πίσω δέσμη ενεργούν ως ανακλαστήρες. Αυτό ολοκληρώνει την κεραία.

Οι λεπτές ράβδοι ευθυγραμμίζονται σε εγκάρσια ράβδο με τα κέντρα τους. Υπάρχει ένα κινούμενο στοιχείο, αρκετά παρασιτικά στοιχεία, ένας ανακλαστήρας και ένας ή περισσότεροι σκηνοθέτες. Όπως υποδηλώνει το όνομα, τα παρασιτικά στοιχεία δεν συνδέονται φυσικά με τον πομποδέκτη και λειτουργούν ως παθητικά καλοριφέρ. Εκπέμπουν ραδιοκύματα που επηρεάζουν περαιτέρω το μοτίβο ακτινοβολίας Η απόσταση μεταξύ των δύο ράβδων εξαρτάται από το μήκος κύματος του σήματος. Συνήθως, η απόσταση αλλάζει από το ένα δέκατο στο ένα τέταρτο του μήκους κύματος.

Το μέγεθος των σκηνοθετών είναι γενικά μικρότερο από το κινούμενο στοιχείο, το οποίο είναι επίσης πιο περιεκτικό από τον ανακλαστήρα.

Το κέρδος μιας κεραίας yagi uda εξαρτάται από τον αριθμό των παρασιτικών στοιχείων που υπάρχουν. Η αύξηση του αριθμού των παρασιτικών στοιχείων αυξάνει το συνολικό κέρδος της κεραίας. Γι 'αυτό υπάρχουν πολλοί σκηνοθέτες σε μια κεραία yagi-uda. Καθώς ο ανακλαστήρας έχει αμελητέα επίδραση στο κέρδος της κεραίας, υπάρχει μόνο ένας ανακλαστήρας στην κεραία.

Κατασκευή κεραίας Yagi uda

Θα συζητήσουμε την κατασκευή μερικών τμημάτων της κεραίας yagi uda. Τα στοιχήματα είναι - Κινητήριο στοιχείο, Διευθυντής και ο Ανακλαστήρας.

  • Σκηνοθεσία: Είναι το συντομότερο στοιχείο της κεραίας yagi uda. Αυτό το μέρος κατευθύνεται προς την πηγή λήψης. Το μήκος των ανιχνευτών εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ των λεπτομερειών και του μήκους κύματος των σημάτων. Το κέρδος μιας κεραίας yagi uda έχει σχέση με το μήκος της κεραίας. Το μήκος της κεραίας αυξάνεται επίσης αυξάνοντας τον αριθμό των διευθυντών.
  • Κινούμενο στοιχείο: Είναι το στοιχείο που έχει το σημείο τροφοδοσίας για ενέργεια. Ο πομπός συνδέεται με αυτό το στοιχείο μέσω του σημείου τροφοδοσίας. Το σημείο τροφοδοσίας βρίσκεται συνήθως στο κέντρο του στοιχείου. Το μήκος του τμήματος είναι το μισό του μήκους κύματος.
  • Ανακλαστήρες: Είναι μια ενιαία μονάδα και κατασκευάζεται στο τέλος της διάταξης κεραίας αμέσως μετά το κινούμενο στοιχείο. Έχει το υψηλότερο μήκος μεταξύ των παρασιτικών στοιχείων. Η απόσταση του ανακλαστήρα εξαρτάται από το μήκος κύματος, το πλάτος δέσμης και το κέρδος της κεραίας yagi uda. Η συχνότητα συντονισμού του ανακλαστήρα είναι γενικά χαμηλότερη.

Πώς συνδέονται οι γραμμές μετάδοσης με τις κεραίες; Να ξερω - Κάντε κλικ ΕΔΩ!

Λειτουργία κεραίας yagi uda

Ας επιστήσουμε την προσοχή στη λειτουργία και τη λειτουργία μιας κεραίας yagi uda. Ας υποθέσουμε μια τυπική κεραία yagi uda με έναν ανακλαστήρα, με ένα κινούμενο στοιχείο και έναν μόνο σκηνοθέτη.

Όπως συζητήθηκε προηγουμένως, το μήκος του κινητήριου στοιχείου είναι το μισό του διπόλου και συνδέεται απευθείας με ηλεκτρική ενέργεια. Παρέχει ισχύ σε όλη την κεραία καθώς έχει το σημείο τροφοδοσίας και όλα τα άλλα παρασιτικά στοιχεία συνδέονται εσωτερικά με αυτό το στοιχείο.

Τώρα, υποθέστε τα παρασιτικά στοιχεία (τόσο οι ανακλαστήρες όσο και οι διευθυντές) ως γενικό διπολικό στοιχείο μετρήσιμης διαμέτρου και τροφοδοτείτε στη μέση μέσω βραχυκυκλώματος. Η θεωρία της γραμμής μετάδοσης λέει ότι ένα βραχυκύκλωμα είναι δυνατό να αντανακλά την ισχύ στους 180 μοίρες.

330 px Yagi 3 element.svg

Μέρη μιας τυπικής κεραίας yagi-uda,

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

Image Credit - SankeytmYagi 3 στοιχείοCC BY-SA 3.0

Έτσι, η λειτουργία μπορεί να σχεδιαστεί ως η ανάμιξη ενός στοιχείου διπόλου δέκτη ισχύος που λαμβάνει την ισχύ και στέλνει στο αντιστοιχισμένο φορτίο και ένα στοιχείο διπόλου πομπού ισχύος που μεταδίδει την ισχύ στη διάταξη της κεραίας.

Τώρα, σε μια στιγμή, εάν η λαμβανόμενη και η απεσταλμένη ισχύς είναι σε 180 μοίρες εκτός φάσης μεταξύ τους, τότε το αποτέλεσμα θα είναι μηδενική τάση. Αυτό σημαίνει το βραχυκύκλωμα του διόδου στο σημείο τροφοδοσίας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η ακτινοβολούμενη ισχύς σταδιακά καταργείται κατά 180 μοίρες με τα προσπίπτοντα κύματα.

Τα παρασιτικά στοιχεία στην κεραία είναι μικρότερα από το ½λ. Ο ανακλαστήρας είναι μεγαλύτερος από το ½λ και γενικά καθυστερεί τη φάση της τάσης ανοιχτού κυκλώματος. Το εισερχόμενο σήμα δημιουργεί την τάση. Ο σκηνοθέτης είναι επίσης μικρότερος από τον ½λ. Υστερεί την τάση του ρεύματος.

Σχεδιασμός κεραίας Yagi Uda

Σε αντίθεση με την κεραία κόρνας, δεν υπάρχουν σκληροί και γρήγοροι κανόνες για το σχεδιασμό μιας κεραίας yagi-uda. Υπάρχουν ορισμένες κρίσιμες φυσικές παράμετροι που αντιστέκονται σε αυτό. Ορισμένες από τις παραμέτρους έχουν ως εξής -

  • «Μήκος στοιχείου και απόσταση μεταξύ τους.»
  • Η μέτρηση των ράβδων ή η διάμετρος των ράβδων.
  • Μερικές κρίσιμες παράμετροι όπως - Αντίσταση κέρδους και εισόδου.

Ωστόσο, υπάρχουν μερικές μέθοδοι ανάλυσης και υπολογισμού για να βρείτε τα επιθυμητά αποτελέσματα. Για μια κεραία yagi uda n-element, υπάρχουν 2n-1 αριθμοί παραμέτρων που πρέπει να λάβετε υπόψη.

Η ανάλυση για την κατανομή ρεύματος γίνεται με την επίλυση της «ολοκληρωτικής εξίσωσης του Hallen». Η υπόθεση ενός κλασικού στάσιμου κύματος και η κατάσταση άλλων αγωγών λαμβάνονται επίσης υπόψη. ο μέθοδος ανάλυσης είναι περίπλοκο και απαιτεί ακριβή αποτελέσματα αν και απαιτούνται ορισμένες ζωτικής σημασίας προσεγγίσεις για την ολοκλήρωσή του.

Οι σχεδιασμένες κεραίες περνούν από μεθόδους δοκιμής και σφάλματος για περαιτέρω τροποποίηση. Μερικές φορές, το κεραία ξεκινά με ένα σχέδιο και καταλήγει σε άλλο μετά από ορισμένες τροποποιήσεις στη διαδικασία. Σήμερα, η προσομοίωση υπολογιστή βοηθά τους σχεδιαστές/μηχανικούς να ελέγξουν το αποτέλεσμα.

Μοτίβο ακτινοβολίας κεραίας Yagi Uda

Το μοτίβο ακτινοβολίας είναι η γωνιακή εξάρτηση της ισχύος των ραδιοκυμάτων από οποιαδήποτε ηλεκτρομαγνητική πηγή. Η παρακάτω εικόνα δείχνει το μοτίβο ακτινοβολίας μιας κεραίας yagi uda.

Κίνηση κεραίας Yagi 16 καρέ 1.6s
Μοτίβο ακτινοβολίας κεραίας Yagi uda, Εικόνα από - ΤσετόρνοΚίνηση κεραίας Yagi 16 καρέ 1.6sCC0 1.0

Πλεονεκτήματα yagi uda Κεραία || Μειονεκτήματα της κεραίας yagi uda

            Η κεραία Yagi uda έχει τόσο τα πλεονεκτήματα όσο και τα μειονεκτήματά της. Αλλά δεν υπάρχει αμφιβολία ότι αυτή η κεραία έχει πραγματοποιήσει δραστικές αλλαγές στον τομέα των εμπορικών κεραιών. Έχει την υψηλότερη δημοτικότητα ποτέ ως κεραίες τηλεόρασης λόγω του μεγάλου εύρους ζώνης. Ας συζητήσουμε μερικά από τα πλεονεκτήματά του.

Πλεονεκτήματα της κεραίας yagi uda

  • Η κεραία Yagi uda έχει αξιοπρεπές κέρδος 7dB, το οποίο είναι αρκετό για τις εφαρμογές της.
  • Η συστοιχία κεραιών Yagi uda είναι τύπος κατεύθυνσης της κεραίας.
  • Αυτός ο τύπος κεραιών είναι κατάλληλος για εφαρμογές σε υψηλή συχνότητα έως το πολύ υψηλό εύρος συχνοτήτων.
  • Αυτές οι κεραίες έχουν ρυθμιζόμενη αναλογία από ack.

Ας συζητήσουμε μερικά μειονεκτήματα της κεραίας yagi uda.

Μειονεκτήματα της κεραίας yagi uda

  • Αν και οι εφαρμογές κεραιών yagi uda είναι κατάλληλες για το κέρδος της κεραίας, το κέρδος δεν είναι πολύ υψηλό σε σύγκριση με άλλους τύπους κεραιών.
  • Ο σχεδιασμός έχει την απαίτηση ενός μεγάλου αριθμού στοιχείων.
  • Οποιαδήποτε βλάβη στα παρασιτικά στοιχεία οδηγεί στη δυσλειτουργία ολόκληρης της κεραίας.
  • Το μέγεθος είναι αρκετά μεγάλο, γι 'αυτό σήμερα οι κεραίες δεν χρησιμοποιούνται από ανθρώπους.

Λίγα μαθηματικά προβλήματα που σχετίζονται με την κεραία Yagi Uda

1. Σχεδιάστε μια κεραία yagi uda με τις ακόλουθες προδιαγραφές. Κατευθυντικότητα: Σχετικά με το δίπολο oleλ και βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο. Μέγεθος: 9.2 dB. f0 = 50.1 MHz. Η επιθυμητή διάμετρος των παρασιτικών ράβδων: 2.54 cm. Η επιθυμητή διάμετρος του μεταλλικού βραχίονα στήριξης: 5.1 cm. Μάθετε τις αποστάσεις μεταξύ στοιχείων, μήκους και μήκους ολόκληρου του πίνακα.

Λύση:

            Η συχνότητα λειτουργίας είναι 50.1 MHz. Το μήκος κύματος είναι λ = 5.988m.

Η επιθυμητή διάμετρος των παρασιτικών ράβδων δίνεται ως d = 2.54 cm.

Επομένως, d / λ = 2.54 / 598.8

Ή, d / λ = 4.24 x 10-3 

Η επιθυμητή διάμετρος του μεταλλικού βραχίονα στήριξης δίνεται ως D = 5.1 cm.

Επομένως, D / λ = 5.1 / 598.8

Ή, D / λ = 8.52 x 10-3

            Πρέπει να χρησιμοποιήσουμε ένα γράφημα που μας δίνει «βελτιστοποιημένα ασυμπίεστα μήκη παρασιτικών στοιχείων μιας κεραίας yagi-uda». Χρησιμοποιώντας αυτό το γράφημα, μπορούμε να καταλάβουμε ότι η επιθυμητή συστοιχία κεραιών θα έχει συνολικά πέντε στοιχεία (ένα στοιχείο κίνησης, έναν ανακλαστήρα και τρεις διευθυντές).

Η δεύτερη στήλη του γραφήματος μας δίνει το βέλτιστο μη συμπιεσμένο μήκος για την τιμή d / λ = 0.0085.

l1 = 0.482λ

l3 = 0.428λ

l4 = 0.424λ

l5 = 0.428λ

Το συνολικό μήκος της κεραίας θα είναι L = (0.6 + 0.2) λ = 0.8λ. Η απόσταση ή η απόσταση μεταξύ των παρασιτικών σκηνοθετών θα είναι 0.2λ και η απόσταση του ανακλαστήρα θα είναι ίδια που είναι 0.2λ.

Αφήστε ένα σχόλιο