Yagi-Uda-antenne en die ontwerpmetode daarvan

Die Yagi-Uda-antenna is 'n rigtingantenna wat wyd gebruik word in radiokommunikasie, bekend vir sy hoë wins, sterk rigting en relatief eenvoudige struktuur. Uitgevind deur Japannese wetenskaplikes Hidetsugu Yagi en Shintaro Uda in die 1920's, word dit hoofsaaklik toegepas in velde soos televisie-ontvangs, radiokommunikasie en radarstelsels. Hierdie artikel sal uitbrei oor die basiese beginsels, strukturele samestelling en ontwerpmetodes van die Yagi-Uda-antenna.

I. Basiese beginsels van die Yagi-Uda-antenne

Die Yagi-Uda-antenna is 'n eindvuur-antenna-skikking, en sy werksbeginsel is gebaseer op die bestraling en ontvangs van elektromagnetiese golwe. Dit bereik rigtingbestraling deur verskeie parallel gerangskik ossillators (gewoonlik metaal stawe). Hierdie ossillators sluit een aktiewe element in (tipies 'n halfgolfdipool) en veelvuldige passiewe elemente (insluitend weerkaatsers en rigtingwysers). Die aktiewe element is direk aan die toevoer gekoppel en is verantwoordelik vir die oordrag of ontvangs van elektromagnetiese golwe; die passiewe elemente interaksie met die aktiewe element deur elektromagnetiese koppeling om die stralingsrigting van die elektromagnetiese golwe aan te pas.

Die rigting van die Yagi-Uda-antenna hang hoofsaaklik af van die rangskikking en lengte van die passiewe elemente. Die reflektor is agter die aktiewe element geleë, gewoonlik effens langer as die aktiewe element, en word gebruik om elektromagnetiese golwe te reflekteer om die voorwaartse bestraling van die antenna te verbeter. Die regisseur is voor die aktiewe element geleë, gewoonlik effens korter as die aktiewe element, en word gebruik om elektromagnetiese golwe te lei om die voorwaartse bestraling verder te verbeter. Deur die lengte en spasiëring van die weerkaatser en regeerder redelik te ontwerp, hoë - versterking en smal - b

eam bestraling eienskappe bereik kan word.

II. Strukturele samestelling van die Yagi-Uda-antenne

Die basiese struktuur van die Yagi-Uda-antenna sluit die volgende dele in:

Aktiewe element: Die aktiewe element is die kerndeel van die Yagi-Uda-antenna, gewoonlik 'n halfgolfdipool, verantwoordelik vir die oordrag of ontvangs van elektromagnetiese golwe. Dit is direk aan die toevoer gekoppel en is gewoonlik in die middel van die antenna geleë.

Reflektor: Die reflektor is agter die aktiewe element geleë, gewoonlik 5% - 10% langer as die aktiewe element. Die funksie daarvan is om elektromagnetiese golwe te reflekteer, terugwaartse bestraling te verminder en voorwaartse bestraling te verbeter. Daar is gewoonlik net een weerkaatser, maar veelvuldige weerkaatsers kan ook ontwerp word om die rigting verder te verbeter.

Direkteur: Die direkteur is voor die aktiewe element geleë, gewoonlik 5% - 10% korter as die aktiewe element. Die rol daarvan is om elektromagnetiese golwe te lei en vorentoe bestraling verder te verbeter. Die aantal direkteure kan aangepas word volgens die versterkings- en rigtingvereistes van die antenna, gewoonlik wissel van 1 tot 10.

Boom: Die boom word gebruik om die aktiewe element, weerkaatser en regeerder vas te maak, en is gewoonlik 'n lang staaf gemaak van metaal of nie-metaal materiaal. Die ontwerp van die balk moet die meganiese sterkte en gewigverspreiding van die antenna in ag neem

Toevoerlyn: Die toevoerlyn word gebruik om die aktiewe element aan die sender of ontvanger te koppel, gewoonlik 'n koaksiale kabel of gedraaide paar. Die impedansie van die toevoerlyn moet ooreenstem met die impedansie van die aktiewe element om seinweerkaatsing en -verlies te verminder.

III. Ontwerpmetode van die Yagi-Uda-antenne

Wanneer 'n Yagi-Uda-antenna ontwerp word, moet verskeie parameters oorweeg word, insluitend bedryfsfrekwensie, versterking, rigting en impedansie-passing. Die volgende is die basiese stappe vir die ontwerp van 'n Yagi-Uda-antenna:

Bepaal die bedryfsfrekwensie: Eerstens is dit nodig om die bedryfsfrekwensiereeks van die antenna te bepaal. Die grootte van die Yagi-Uda-antenna is nou verwant aan die bedryfsfrekwensie; hoe hoër die frekwensie, hoe kleiner is die grootte van die antenna. Oor die algemeen is die bedryfsfrekwensiereeks van die Yagi-Uda-antenna van etlike tientalle MHz tot verskeie GHz.

Kies die tipe aktiewe element: Die aktiewe element is gewoonlik 'n halfgolfdipool, en sy lengte is ongeveer die helfte van die werkende golflengte. Die lengte van die halfgolf dipool kan met die volgende formule bereken word:

（waar L die lengte van die ossillator is en λ die bedryfsgolflengte. 0.95 is die verkortingskoëffisiënt.）

Ontwerp die reflektor en rigtingwyser: Die lengte van die reflektor is gewoonlik 5% - 10% langer as dié van die aktiewe element, en die lengte van die reflektor is gewoonlik 5% - 10% korter as dié van die aktiewe element. Die afstand tussen die weerkaatser en die aktiewe element is gewoonlik 0.15 - 0.25 golflengtes, en die afstand tussen die rigtingwyser en die aktiewe element is gewoonlik 0.1 - 0.15 golflengtes. Die spesifieke lengte en spasiëring kan geoptimaliseer word deur simulasie sagteware of empiriese formules.

Bepaal die aantal direkteure: Die aantal direkteure beïnvloed die wins en rigting van die antenna direk. Hoe meer direkteure daar is, hoe hoër is die versterking van die antenna en hoe smaller is die straalwydte. 'n Buitensporige aantal direkteure sal egter die kompleksiteit en grootte van die antenna verhoog. Gewoonlik wissel die aantal direkteure van 1 tot 10, en die spesifieke getal moet geweeg word volgens die aansoekvereistes

Impedansiepassing: Die impedansie van die aktiewe element is gewoonlik 50Ω of 75Ω, wat moet ooreenstem met die impedansie van die toevoer. Impedansiepassing kan bereik word deur die lengte en deursnee van die aktiewe element aan te pas of 'n impedansie-aanpassingsnetwerk te gebruik.

Simulasie en optimalisering: Nadat die ontwerp voltooi is, kan elektromagnetiese simulasiesagteware (soos HFSS, CST, ens.) gebruik word om die antenna te simuleer om sy werkverrigting te verifieer. Die wins-, rigting- en impedansiepassing van die antenna kan geoptimaliseer word deur parameters soos die lengte en spasiëring van die ossillators aan te pas.

Vervaardiging en toetsing: 'n Prototipe antenna word vervaardig volgens die ontwerpresultate, en getoets met behulp van toerusting soos 'n netwerkontleder en 'n spektrumontleder om die werklike werkverrigting van die antenna te verifieer. Verdere optimalisering word uitgevoer volgens die toetsresultate.

IV. Voor- en nadele van die Yagi-Uda-antenne

Voordele

· Hoë versterking: Die Yagi-Uda-antenna het 'n relatief hoë versterking, gewoonlik 10 - 20dBi, wat geskik is vir langafstandkommunikasie.

· Sterk rigting: Die Yagi-Uda-antenna het 'n smal straalwydte en sterk rigting, wat interferensie effektief kan verminder.

· Eenvoudige struktuur: Die struktuur van die Yagi-Uda-antenna is relatief eenvoudig, wat dit maklik maak om te vervaardig en in stand te hou.

· Lae koste: Die materiaalkoste van die Yagi-Uda-antenna is laag, wat dit geskik maak vir grootskaalse toepassings.

Nadele:

· Smal bandwydte: Die bandwydte van die Yagi-Uda-antenna is relatief smal, gewoonlik 5% - 10% van die bedryfsfrekwensie, dus is dit nie geskik vir breëbandtoepassings nie.

· Groot grootte: Die grootte van die Yagi-Uda-antenna is omgekeerd eweredig aan die bedryfsfrekwensie. Antennas in die lae frekwensieband het 'n groot grootte, wat nie geskik is vir toepassings met beperkte spasie nie.

Vaste rigting: Die rigting van die Yagi-Uda-antenna is vas, en dit moet met die hand aangepas word, so dit is nie geskik vir scenario's waar die rigting gereeld verander moet word nie.

V. Toepassings van die Yagi-Uda-antenne

Die Yagi-Uda-antenna word wyd gebruik in die volgende velde:

· Televisie-ontvangs: Die Yagi-Uda-antenna is 'n algemene vorm van televisie-ontvangsantenna wat gebruik word om terrestriële televisieseine te ontvang.

· Radiokommunikasie: Die Yagi-Uda-antenna word gebruik in kommunikasiestelsels soos amateurradio, uitsaaistasies en draadlose plaaslike areanetwerke.

· Radarstelsels: Die Yagi-Uda-antenna word gebruik vir teikenopsporing en -opsporing in radarstelsels.

Satellietkommunikasie: Die Yagi-Uda-antenna word gebruik om satelliettelevisieseine en satellietkommunikasieseine te ontvang.

VI. Gevolgtrekking

Die Yagi-Uda-antenna is 'n klassieke rigtingantenna met die kenmerke van hoë wins, sterk rigting en eenvoudige struktuur. Uitstekende stralingsprestasie kan behaal word deur die lengte en spasiëring van die aktiewe element, reflektor en regeerder redelik te ontwerp. Alhoewel die Yagi-Uda-antenna nadele het soos smal bandwydte en groot grootte, bewys die wye toepassing daarvan in velde soos televisie-ontvangs, radiokommunikasie en radarstelsels die belangrikheid en praktiese toepassing daarvan. Met die ontwikkeling van elektromagnetiese simulasietegnologie het die ontwerp en optimalisering van die Yagi-Uda-antenna meer doeltreffend en akkuraat geword, en dit sal in die toekoms steeds 'n belangrike rol speel op die gebied van draadlose kommunikasie.