यागी-उदय एंटीना और इसकी डिज़ाइन विधि

यागी-उदा एंटीना एक दिशात्मक एंटीना है जिसका व्यापक रूप से रेडियो संचार में उपयोग किया जाता है, जो अपने उच्च लाभ, मजबूत दिशात्मकता और अपेक्षाकृत सरल संरचना के लिए प्रसिद्ध है। 1920 के दशक में जापानी वैज्ञानिकों हिदेत्सुगु यागी और शिंटारो उदय द्वारा आविष्कार किया गया, इसका उपयोग मुख्य रूप से टेलीविजन रिसेप्शन, रेडियो संचार और रडार सिस्टम जैसे क्षेत्रों में किया जाता है। यह लेख यागी-उदय एंटीना के बुनियादी सिद्धांतों, संरचनात्मक संरचना और डिजाइन विधियों पर विस्तार से चर्चा करेगा।

I. यागी-उदय एंटीना के मूल सिद्धांत

यागी-उदा एंटीना एक एंड-फायर एंटीना सरणी है, और इसका कार्य सिद्धांत विकिरण और विद्युत चुम्बकीय तरंगों के स्वागत पर आधारित है। यह कई समानांतर-व्यवस्थित ऑसिलेटर्स (आमतौर पर धातु की छड़ें) के माध्यम से दिशात्मक विकिरण प्राप्त करता है। इन ऑसिलेटर्स में एक सक्रिय तत्व (आमतौर पर अर्ध-तरंग द्विध्रुव) और कई निष्क्रिय तत्व (रिफ्लेक्टर और निदेशकों सहित) शामिल होते हैं। सक्रिय तत्व सीधे फीडर से जुड़ा होता है और विद्युत चुम्बकीय तरंगों के संचरण या स्वागत के लिए जिम्मेदार होता है; निष्क्रिय तत्व विद्युत चुम्बकीय तरंगों की विकिरण दिशा को समायोजित करने के लिए विद्युत चुम्बकीय युग्मन के माध्यम से सक्रिय तत्व के साथ बातचीत करते हैं।

यागी-उदा एंटीना की दिशा मुख्य रूप से निष्क्रिय तत्वों की व्यवस्था और लंबाई पर निर्भर करती है। परावर्तक सक्रिय तत्व के पीछे स्थित होता है, जो आमतौर पर सक्रिय तत्व से थोड़ा लंबा होता है, और इसका उपयोग एंटीना के आगे के विकिरण को बढ़ाने के लिए विद्युत चुम्बकीय तरंगों को प्रतिबिंबित करने के लिए किया जाता है। निदेशक सक्रिय तत्व के सामने स्थित होता है, जो आमतौर पर सक्रिय तत्व से थोड़ा छोटा होता है, और आगे के विकिरण को और बढ़ाने के लिए विद्युत चुम्बकीय तरंगों का मार्गदर्शन करने के लिए उपयोग किया जाता है। परावर्तक और निर्देशक की लंबाई और दूरी को उचित रूप से डिजाइन करके, उच्च - लाभ और संकीर्ण - बी

ईएम विकिरण विशेषताओं को प्राप्त किया जा सकता है।

द्वितीय. यागी-उदय एंटीना की संरचनात्मक संरचना

यागी-उदय एंटीना की मूल संरचना में निम्नलिखित भाग शामिल हैं:

सक्रिय तत्व: सक्रिय तत्व यागी-उदा एंटीना का मुख्य भाग है, आमतौर पर अर्ध-तरंग द्विध्रुवीय, विद्युत चुम्बकीय तरंगों के संचरण या स्वागत के लिए जिम्मेदार होता है। यह सीधे फीडर से जुड़ा होता है और आमतौर पर एंटीना के केंद्र में स्थित होता है।

परावर्तक: परावर्तक सक्रिय तत्व के पीछे स्थित होता है, आमतौर पर सक्रिय तत्व की तुलना में 5% - 10% लंबा होता है। इसका कार्य विद्युत चुम्बकीय तरंगों को परावर्तित करना, पश्च विकिरण को कम करना तथा अग्र विकिरण को बढ़ाना है। आमतौर पर केवल एक ही परावर्तक होता है, लेकिन दिशात्मकता को और बेहतर बनाने के लिए कई परावर्तकों को भी डिज़ाइन किया जा सकता है।

निदेशक: निदेशक सक्रिय तत्व के सामने स्थित होता है, आमतौर पर सक्रिय तत्व से 5% - 10% छोटा होता है। इसकी भूमिका विद्युत चुम्बकीय तरंगों का मार्गदर्शन करना और आगे के विकिरण को और बढ़ाना है। निदेशकों की संख्या को एंटीना के लाभ और प्रत्यक्षता आवश्यकताओं के अनुसार समायोजित किया जा सकता है, आमतौर पर 1 से 10 तक।

बूम: बूम का उपयोग सक्रिय तत्व, परावर्तक और निदेशक को ठीक करने के लिए किया जाता है, और यह आमतौर पर धातु या गैर-धातु सामग्री से बनी एक लंबी छड़ होती है। बूम के डिज़ाइन को एंटीना की यांत्रिक शक्ति और वजन वितरण पर विचार करने की आवश्यकता है

फ़ीड लाइन: फ़ीड लाइन का उपयोग सक्रिय तत्व को ट्रांसमीटर या रिसीवर से जोड़ने के लिए किया जाता है, आमतौर पर एक समाक्षीय केबल या मुड़ जोड़ी। सिग्नल प्रतिबिंब और हानि को कम करने के लिए फ़ीड लाइन की प्रतिबाधा को सक्रिय तत्व की प्रतिबाधा से मेल खाने की आवश्यकता है।

तृतीय. यागी-उदा एंटीना की डिज़ाइन विधि

यागी-उदा एंटीना को डिजाइन करते समय, ऑपरेटिंग आवृत्ति, लाभ, प्रत्यक्षता और प्रतिबाधा मिलान सहित कई मापदंडों पर विचार करने की आवश्यकता होती है। यागी-उदय एंटीना को डिजाइन करने के लिए बुनियादी चरण निम्नलिखित हैं:

ऑपरेटिंग आवृत्ति निर्धारित करें: सबसे पहले, एंटीना की ऑपरेटिंग आवृत्ति रेंज निर्धारित करना आवश्यक है। यागी-उडा एंटीना का आकार ऑपरेटिंग आवृत्ति से निकटता से संबंधित है; आवृत्ति जितनी अधिक होगी, एंटीना का आकार उतना ही छोटा होगा। आम तौर पर, यागी-उदा एंटीना की ऑपरेटिंग आवृत्ति रेंज कई दसियों मेगाहर्ट्ज से कई गीगाहर्ट्ज तक होती है।

सक्रिय तत्व के प्रकार का चयन करें: सक्रिय तत्व आमतौर पर अर्ध-तरंग द्विध्रुवीय होता है, और इसकी लंबाई ऑपरेटिंग तरंग दैर्ध्य की लगभग आधी होती है। अर्ध-तरंग द्विध्रुव की लंबाई की गणना निम्नलिखित सूत्र द्वारा की जा सकती है:

(जहां L ऑसिलेटर की लंबाई है और λ ऑपरेटिंग तरंग दैर्ध्य है। 0.95 लघुकरण गुणांक है।)

रिफ्लेक्टर और डायरेक्टर को डिज़ाइन करें: रिफ्लेक्टर की लंबाई आमतौर पर सक्रिय तत्व की तुलना में 5% - 10% अधिक होती है, और डायरेक्टर की लंबाई आमतौर पर सक्रिय तत्व की तुलना में 5% - 10% कम होती है। परावर्तक और सक्रिय तत्व के बीच की दूरी आमतौर पर 0.15 - 0.25 तरंग दैर्ध्य होती है, और निदेशक और सक्रिय तत्व के बीच की दूरी आमतौर पर 0.1 - 0.15 तरंग दैर्ध्य होती है। विशिष्ट लंबाई और रिक्ति को सिमुलेशन सॉफ्टवेयर या अनुभवजन्य सूत्रों के माध्यम से अनुकूलित किया जा सकता है।

निदेशकों की संख्या निर्धारित करें: निदेशकों की संख्या सीधे एंटीना के लाभ और प्रत्यक्षता को प्रभावित करती है। जितने अधिक निदेशक होंगे, एंटीना का लाभ उतना अधिक होगा और बीम की चौड़ाई उतनी ही कम होगी। हालाँकि, निदेशकों की अत्यधिक संख्या एंटीना की जटिलता और आकार को बढ़ाएगी। आमतौर पर, निदेशकों की संख्या 1 से 10 तक होती है, और विशिष्ट संख्या को आवेदन आवश्यकताओं के अनुसार तौलने की आवश्यकता होती है

प्रतिबाधा मिलान: सक्रिय तत्व की प्रतिबाधा आमतौर पर 50Ω या 75Ω होती है, जिसे फीडर की प्रतिबाधा से मेल खाने की आवश्यकता होती है। सक्रिय तत्व की लंबाई और व्यास को समायोजित करके या प्रतिबाधा मिलान नेटवर्क का उपयोग करके प्रतिबाधा मिलान प्राप्त किया जा सकता है।

सिमुलेशन और अनुकूलन: डिज़ाइन पूरा होने के बाद, एंटीना को उसके प्रदर्शन को सत्यापित करने के लिए अनुकरण करने के लिए विद्युत चुम्बकीय सिमुलेशन सॉफ़्टवेयर (जैसे एचएफएसएस, सीएसटी, आदि) का उपयोग किया जा सकता है। एंटीना के लाभ, प्रत्यक्षता और प्रतिबाधा मिलान को ऑसिलेटर की लंबाई और अंतर जैसे मापदंडों को समायोजित करके अनुकूलित किया जा सकता है।

निर्माण और परीक्षण: एक प्रोटोटाइप एंटीना को डिज़ाइन परिणामों के अनुसार निर्मित किया जाता है, और एंटीना के वास्तविक प्रदर्शन को सत्यापित करने के लिए नेटवर्क विश्लेषक और स्पेक्ट्रम विश्लेषक जैसे उपकरणों का उपयोग करके परीक्षण किया जाता है। परीक्षण के परिणामों के अनुसार आगे अनुकूलन किया जाता है।

चतुर्थ. यागी-उदा एंटीना के फायदे और नुकसान

लाभ

· उच्च लाभ: यागी-उदा एंटीना का लाभ अपेक्षाकृत अधिक है, आमतौर पर 10 - 20dBi, जो लंबी दूरी के संचार के लिए उपयुक्त है।

· मजबूत दिशात्मकता: यागी-उदा एंटीना में एक संकीर्ण बीम चौड़ाई और मजबूत दिशात्मकता है, जो हस्तक्षेप को प्रभावी ढंग से कम कर सकती है।

· सरल संरचना: यागी-उदा एंटीना की संरचना अपेक्षाकृत सरल है, जिससे इसे बनाना और रखरखाव करना आसान हो जाता है।

· कम लागत: यागी-उदा एंटीना की सामग्री लागत कम है, जो इसे बड़े पैमाने पर अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाती है।

नुकसान:

· संकीर्ण बैंडविड्थ: यागी-उदा एंटीना की बैंडविड्थ अपेक्षाकृत संकीर्ण है, आमतौर पर ऑपरेटिंग आवृत्ति का 5% - 10%, इसलिए यह ब्रॉडबैंड अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं है।

· बड़ा आकार: यागी-उदा एंटीना का आकार ऑपरेटिंग आवृत्ति के व्युत्क्रमानुपाती होता है। कम-आवृत्ति बैंड में एंटेना का आकार बड़ा होता है, जो सीमित स्थान वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं है।

निश्चित दिशा: यागी-उदा एंटीना की दिशा निश्चित है, और इसे मैन्युअल रूप से समायोजित करने की आवश्यकता है, इसलिए यह उन परिदृश्यों के लिए उपयुक्त नहीं है जहां दिशा को बार-बार बदलने की आवश्यकता होती है।

वी. यागी-उदय एंटीना के अनुप्रयोग

यागी-उदा एंटीना का व्यापक रूप से निम्नलिखित क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है:

· टेलीविजन रिसेप्शन: यागी-उदा एंटीना टेलीविजन प्राप्त करने वाले एंटीना का एक सामान्य रूप है, जिसका उपयोग स्थलीय टेलीविजन सिग्नल प्राप्त करने के लिए किया जाता है।

· रेडियो संचार: यागी-उदा एंटीना का उपयोग शौकिया रेडियो, प्रसारण स्टेशनों और वायरलेस स्थानीय क्षेत्र नेटवर्क जैसी संचार प्रणालियों में किया जाता है।

· रडार सिस्टम: यागी-उदा एंटीना का उपयोग रडार सिस्टम में लक्ष्य का पता लगाने और ट्रैकिंग के लिए किया जाता है।

उपग्रह संचार: यागी-उदा एंटीना का उपयोग उपग्रह टेलीविजन सिग्नल और उपग्रह संचार सिग्नल प्राप्त करने के लिए किया जाता है।

VI. निष्कर्ष

यागी-उदा एंटीना उच्च लाभ, मजबूत दिशात्मकता और सरल संरचना की विशेषताओं वाला एक क्लासिक दिशात्मक एंटीना है। सक्रिय तत्व, परावर्तक और निदेशक की लंबाई और अंतर को उचित रूप से डिजाइन करके उत्कृष्ट विकिरण प्रदर्शन प्राप्त किया जा सकता है। यद्यपि यागी-उदा एंटीना में संकीर्ण बैंडविड्थ और बड़े आकार जैसे नुकसान हैं, टेलीविजन रिसेप्शन, रेडियो संचार और रडार सिस्टम जैसे क्षेत्रों में इसका व्यापक अनुप्रयोग इसके महत्व और व्यावहारिकता को साबित करता है। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक सिमुलेशन तकनीक के विकास के साथ, यागी-उदा एंटीना का डिजाइन और अनुकूलन अधिक कुशल और सटीक हो गया है, और यह भविष्य में भी वायरलेस संचार के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगा।