Yagi-Uda ալեհավաքը և դրա ձևավորման մեթոդը

Yagi-Uda Antenna-ն ուղղորդող ալեհավաք է, որը լայնորեն օգտագործվում է ռադիոհաղորդակցության մեջ, հայտնի է իր բարձր հզորությամբ, ուժեղ ուղղորդությամբ և համեմատաբար պարզ կառուցվածքով: Այն հայտնագործվել է ճապոնացի գիտնականներ Հիդեցուգու Յագիի և Սինտարո Ուդայի կողմից 1920-ականներին, այն հիմնականում կիրառվում է այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են հեռուստատեսության ընդունումը, ռադիոկապի և ռադիոտեղորոշիչ համակարգերը: Այս հոդվածում կքննարկվեն Yagi-Uda ալեհավաքի հիմնական սկզբունքները, կառուցվածքային կազմը և նախագծման մեթոդները:

I. Yagi-Uda ալեհավաքի հիմնական սկզբունքները

Yagi-Uda ալեհավաքը վերջնական կրակի ալեհավաք է, և դրա աշխատանքի սկզբունքը հիմնված է էլեկտրամագնիսական ալիքների ճառագայթման և ընդունման վրա: Այն հասնում է ուղղորդված ճառագայթման բազմաթիվ զուգահեռ դասավորված տատանիչների (սովորաբար մետաղական ձողերի) միջոցով: Այս օսլիլատորները ներառում են մեկ ակտիվ տարր (սովորաբար կիսաալիքային դիպոլ) և մի քանի պասիվ տարրեր (ներառյալ ռեֆլեկտորները և դիրեկտորները): Ակտիվ տարրը ուղղակիորեն կապված է սնուցողին և պատասխանատու է էլեկտրամագնիսական ալիքների փոխանցման կամ ընդունման համար. պասիվ տարրերը փոխազդում են ակտիվ տարրի հետ էլեկտրամագնիսական միացման միջոցով՝ էլեկտրամագնիսական ալիքների ճառագայթման ուղղությունը կարգավորելու համար:

Yagi-Uda ալեհավաքի ուղղորդվածությունը հիմնականում կախված է պասիվ տարրերի դասավորությունից և երկարությունից: Ռեֆլեկտորը գտնվում է ակտիվ տարրի հետևում, սովորաբար մի փոքր ավելի երկար, քան ակտիվ տարրը, և օգտագործվում է էլեկտրամագնիսական ալիքներն արտացոլելու համար՝ ալեհավաքի առաջ ճառագայթումը ուժեղացնելու համար: Ռեժիսորը գտնվում է ակտիվ տարրի դիմաց, սովորաբար մի փոքր ավելի կարճ է, քան ակտիվ տարրը, և օգտագործվում է էլեկտրամագնիսական ալիքները ուղղորդելու համար՝ առաջընթաց ճառագայթումը հետագա ուժեղացնելու համար: Ողջամտորեն նախագծելով ռեֆլեկտորի և դիրեկտորի երկարությունը և հեռավորությունը, բարձր՝ շահույթ և նեղ՝ բ

eam ճառագայթման բնութագրերը կարելի է ձեռք բերել:

II. Yagi-Uda ալեհավաքի կառուցվածքային կազմը

Yagi-Uda ալեհավաքի հիմնական կառուցվածքը ներառում է հետևյալ մասերը.

Ակտիվ տարր. Ակտիվ տարրը Yagi-Uda ալեհավաքի հիմնական մասն է, սովորաբար կիսաալիքային դիպոլ, որը պատասխանատու է էլեկտրամագնիսական ալիքների փոխանցման կամ ընդունման համար: Այն ուղղակիորեն միացված է սնուցողին և սովորաբար գտնվում է ալեհավաքի կենտրոնում:

Ռեֆլեկտոր. Ռեֆլեկտորը գտնվում է ակտիվ տարրի հետևում, սովորաբար 5%-10% ավելի երկար, քան ակտիվ տարրը: Դրա գործառույթն է արտացոլել էլեկտրամագնիսական ալիքները, նվազեցնել հետընթաց ճառագայթումը և ուժեղացնել առաջ ճառագայթումը: Սովորաբար կա միայն մեկ ռեֆլեկտոր, բայց մի քանի ռեֆլեկտորներ կարող են նախագծվել նաև ուղղորդման հետագա բարելավման համար:

Ռեժիսոր. Ռեժիսորը գտնվում է ակտիվ տարրի դիմաց, սովորաբար 5%-10%-ով ավելի կարճ, քան ակտիվ տարրը: Նրա դերն է ուղղորդել էլեկտրամագնիսական ալիքները և ավելի ուժեղացնել առաջ ճառագայթումը: Տնօրենների թիվը կարող է ճշգրտվել ըստ ալեհավաքի շահույթի և ուղղորդման պահանջների, որոնք սովորաբար տատանվում են 1-ից մինչև 10:

Բում. Բումն օգտագործվում է ակտիվ տարրը, ռեֆլեկտորը և դիրեկտորը ամրացնելու համար և սովորաբար մետաղից կամ ոչ մետաղական նյութերից պատրաստված երկար ձող է: Բումի դիզայնը պետք է հաշվի առնի ալեհավաքի մեխանիկական ուժը և քաշի բաշխումը

Սնուցման գիծ. Սնուցման գիծը օգտագործվում է ակտիվ տարրը հաղորդիչին կամ ստացողին միացնելու համար, սովորաբար կոաքսիալ մալուխի կամ ոլորված զույգի: Սնուցման գծի դիմադրությունը պետք է համապատասխանի ակտիվ տարրի դիմադրությանը, որպեսզի նվազեցնի ազդանշանի արտացոլումը և կորուստը:

III. Yagi-Uda ալեհավաքի նախագծման մեթոդ

Yagi-Uda ալեհավաքը նախագծելիս պետք է հաշվի առնել մի քանի պարամետր, ներառյալ գործառնական հաճախականությունը, շահույթը, ուղղորդությունը և դիմադրության համընկնում: Յագի-Ուդա ալեհավաքի նախագծման հիմնական քայլերը հետևյալն են.

Որոշեք աշխատանքային հաճախականությունը. Նախ անհրաժեշտ է որոշել ալեհավաքի աշխատանքային հաճախականության տիրույթը: Yagi-Uda ալեհավաքի չափը սերտորեն կապված է գործառնական հաճախականության հետ. որքան բարձր է հաճախականությունը, այնքան փոքր է ալեհավաքի չափը: Ընդհանրապես, Yagi-Uda ալեհավաքի աշխատանքային հաճախականության տիրույթը մի քանի տասնյակ ՄՀց-ից մինչև մի քանի ԳՀց է:

Ընտրեք ակտիվ տարրի տեսակը. Ակտիվ տարրը սովորաբար կիսաալիքային դիպոլ է, և դրա երկարությունը գործառնական ալիքի երկարության մոտավորապես կեսն է: Կես ալիքի դիպոլի երկարությունը կարելի է հաշվարկել հետևյալ բանաձևով.

(որտեղ L-ը տատանվողի երկարությունն է, իսկ λ՝ գործող ալիքի երկարությունը: 0,95-ը կրճատման գործակիցն է։)

Նախագծեք ռեֆլեկտորը և դիրեկտորը. ռեֆլեկտորի երկարությունը սովորաբար 5%-10%-ով ավելի է ակտիվ տարրի երկարությունից, իսկ ռեֆլեկտորի երկարությունը սովորաբար 5%-10%-ով ավելի կարճ է, քան ակտիվ տարրի երկարությունը: Ռեֆլեկտորի և ակտիվ տարրի միջև հեռավորությունը սովորաբար կազմում է 0,15 - 0,25 ալիքի երկարություն, իսկ դիրեկտորի և ակտիվ տարրի միջև հեռավորությունը սովորաբար կազմում է 0,1 - 0,15 ալիքի երկարություն: Հատուկ երկարությունը և տարածությունը կարող են օպտիմիզացվել սիմուլյացիոն ծրագրերի կամ էմպիրիկ բանաձևերի միջոցով:

Որոշեք տնօրենների թիվը. տնօրենների թիվը ուղղակիորեն ազդում է ալեհավաքի շահույթի և ուղղորդման վրա: Որքան շատ դիրեկտորներ կան, այնքան բարձր է ալեհավաքի շահույթը և ավելի նեղ է ճառագայթի լայնությունը: Այնուամենայնիվ, տնօրենների չափազանց մեծ թիվը կբարձրացնի ալեհավաքի բարդությունն ու չափը: Սովորաբար, տնօրենների թիվը տատանվում է 1-ից 10-ի սահմաններում, և կոնկրետ թիվը պետք է կշռվի՝ համաձայն դիմումի պահանջների:

Դիմադրության համընկնում. Ակտիվ տարրի դիմադրությունը սովորաբար 50Ω կամ 75Ω է, որը պետք է համապատասխանի սնուցիչի դիմադրությանը: Իմպեդանսի համընկնումը կարելի է ձեռք բերել ակտիվ տարրի երկարությունը և տրամագիծը կարգավորելու կամ դիմադրության համապատասխանող ցանցի միջոցով:

Մոդելավորում և օպտիմիզացում. Նախագծման ավարտից հետո էլեկտրամագնիսական մոդելավորման ծրագրակազմը (օրինակ՝ HFSS, CST և այլն) կարող է օգտագործվել ալեհավաքը մոդելավորելու համար՝ դրա աշխատանքը ստուգելու համար: Ալեհավաքի շահույթը, ուղղորդությունը և դիմադրողականությունը կարող են օպտիմիզացվել՝ կարգավորելով այնպիսի պարամետրեր, ինչպիսիք են տատանումների երկարությունը և տարածությունը:

Պատրաստում և փորձարկում. Նախատիպ ալեհավաքը արտադրվում է նախագծման արդյունքների համաձայն և փորձարկվում է այնպիսի սարքավորումների միջոցով, ինչպիսիք են ցանցային անալիզատորը և սպեկտրի անալիզատորը՝ ալեհավաքի իրական աշխատանքը ստուգելու համար: Հետագա օպտիմալացումն իրականացվում է թեստի արդյունքների համաձայն:

IV. Yagi-Uda ալեհավաքի առավելություններն ու թերությունները

Առավելությունները

· Բարձր շահույթ. Yagi-Uda ալեհավաքն ունի համեմատաբար բարձր հզորություն, սովորաբար 10 - 20dBi, որը հարմար է հեռահար հաղորդակցության համար:

· Ուժեղ ուղղորդում. Yagi-Uda ալեհավաքն ունի նեղ ճառագայթի լայնություն և ուժեղ ուղղորդում, ինչը կարող է արդյունավետորեն նվազեցնել միջամտությունը:

· Պարզ կառուցվածք. Yagi-Uda ալեհավաքի կառուցվածքը համեմատաբար պարզ է, ինչը հեշտացնում է դրա պատրաստումն ու պահպանումը:

· Ցածր արժեք. Yagi-Uda ալեհավաքի նյութական արժեքը ցածր է, ինչը հարմար է դարձնում այն ​​լայնածավալ ծրագրերի համար:

Թերությունները:

· Նեղ թողունակություն. Yagi-Uda ալեհավաքի թողունակությունը համեմատաբար նեղ է, սովորաբար գործառնական հաճախականության 5%-10%-ը, ուստի այն հարմար չէ լայնաշերտ կիրառությունների համար:

· Մեծ չափս. Yagi-Uda ալեհավաքի չափը հակադարձ համեմատական ​​է գործառնական հաճախականությանը: Ցածր հաճախականության գոտու ալեհավաքներն ունեն մեծ չափսեր, որոնք հարմար չեն սահմանափակ տարածություն ունեցող ծրագրերի համար:

Ֆիքսված ուղղություն. Yagi-Uda ալեհավաքի ուղղորդումը ֆիքսված է, և այն պետք է կարգավորվի ձեռքով, ուստի այն հարմար չէ այն սցենարների համար, որտեղ ուղղությունը հաճախակի փոփոխության կարիք ունի:

V. Յագի-Ուդա ալեհավաքի կիրառությունները

Yagi-Uda ալեհավաքը լայնորեն օգտագործվում է հետևյալ ոլորտներում.

· Հեռուստատեսության ընդունում. Yagi-Uda ալեհավաքը հեռուստատեսության ընդունման ալեհավաքի տարածված ձևն է, որն օգտագործվում է ցամաքային հեռուստատեսային ազդանշաններ ստանալու համար:

· Ռադիոհաղորդակցություն. Yagi-Uda ալեհավաքը օգտագործվում է կապի համակարգերում, ինչպիսիք են սիրողական ռադիոն, հեռարձակման կայանները և անլար տեղական ցանցերը:

· Ռադարային համակարգեր. Yagi-Uda ալեհավաքն օգտագործվում է ռադարային համակարգերում թիրախների հայտնաբերման և հետևելու համար:

Արբանյակային հաղորդակցություն. Yagi-Uda ալեհավաքը օգտագործվում է արբանյակային հեռուստատեսային ազդանշաններ և արբանյակային կապի ազդանշաններ ստանալու համար:

VI. Եզրակացություն

Yagi-Uda ալեհավաքը դասական ուղղորդված ալեհավաք է, որն ունի բարձր օգուտ, ուժեղ ուղղորդում և պարզ կառուցվածք: Գերազանց ճառագայթման արդյունավետություն կարելի է ձեռք բերել ակտիվ տարրի, ռեֆլեկտորի և դիրեկտորի երկարությունը և հեռավորությունը ողջամտորեն նախագծելով: Չնայած Yagi-Uda ալեհավաքն ունի թերություններ, ինչպիսիք են նեղ թողունակությունը և մեծ չափը, դրա լայն կիրառումը այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են հեռուստատեսային ընդունումը, ռադիոկապի և ռադիոտեղորոշիչ համակարգերը, ապացուցում են դրա կարևորությունն ու գործնականությունը: Էլեկտրամագնիսական սիմուլյացիայի տեխնոլոգիայի զարգացման շնորհիվ Yagi-Uda ալեհավաքի նախագծումն ու օպտիմալացումը դարձել են ավելի արդյունավետ և ճշգրիտ, և այն դեռևս ապագայում կարևոր դեր կխաղա անլար կապի ոլորտում: