Яги-Уда антеннасы және оны жобалау әдісі

Яги-Уда антеннасы – радиобайланыста кеңінен қолданылатын бағытты антенна, жоғары кірістілігімен, күшті бағыттауымен және салыстырмалы түрде қарапайым құрылымымен танымал. 1920 жылдары жапон ғалымдары Хидетсугу Яги мен Шинтаро Уда ойлап тапқан ол негізінен теледидар қабылдау, радиобайланыс және радар жүйелері сияқты салаларда қолданылады. Бұл мақалада Яги-Уда антеннасының негізгі принциптері, құрылымдық құрамы және дизайн әдістері қарастырылады.

I. Яги-Уда антеннасының негізгі принциптері

Яги-Уда антеннасы - бұл соңғы антенна массиві және оның жұмыс принципі электромагниттік толқындардың сәулеленуі мен қабылдауына негізделген. Ол бірнеше параллель орналасқан осцилляторлар (әдетте металл шыбықтар) арқылы бағытталған сәулеленуге жетеді. Бұл осцилляторларға бір белсенді элемент (әдетте жарты толқынды диполь) және бірнеше пассивті элементтер (оның ішінде рефлекторлар мен директорлар) кіреді. Белсенді элемент фидерге тікелей қосылған және электромагниттік толқындардың берілуіне немесе қабылдануына жауап береді; пассивті элементтер электромагниттік толқындардың сәулелену бағытын реттеу үшін электромагниттік байланыс арқылы белсенді элементпен әрекеттеседі.

Яги-Уда антеннасының бағыты негізінен пассивті элементтердің орналасуына және ұзындығына байланысты. Рефлектор белсенді элементтің артында орналасқан, әдетте белсенді элементтен сәл ұзағырақ және антеннаның алға сәулеленуін күшейту үшін электромагниттік толқындарды көрсету үшін қолданылады. Режиссер белсенді элементтің алдында орналасады, әдетте белсенді элементтен сәл қысқа және алға сәулеленуді одан әрі күшейту үшін электромагниттік толқындарды бағыттау үшін қолданылады. Рефлектор мен директордың ұзындығы мен аралығын негізделген жобалау арқылы, жоғары - пайда және тар - б

сәулелену сипаттамаларына қол жеткізуге болады.

II. Яги-Уда антеннасының құрылымдық құрамы

Яги-Уда антеннасының негізгі құрылымы келесі бөліктерді қамтиды:

Белсенді элемент: Белсенді элемент Яги-Уда антеннасының негізгі бөлігі болып табылады, әдетте электромагниттік толқындардың берілуіне немесе қабылдануына жауап беретін жарты толқынды диполь. Ол фидерге тікелей қосылған және әдетте антеннаның ортасында орналасқан.

Рефлектор: рефлектор белсенді элементтің артында орналасқан, әдетте белсенді элементтен 5% - 10% ұзағырақ. Оның қызметі электромагниттік толқындарды көрсету, кері сәулеленуді азайту және алға сәулеленуді күшейту болып табылады. Әдетте бір ғана рефлектор бар, бірақ бірнеше рефлекторлар бағыттауды одан әрі жақсарту үшін де жасалуы мүмкін.

Директор: Режиссер белсенді элементтің алдында орналасады, әдетте белсенді элементтен 5% - 10% қысқа. Оның рөлі электромагниттік толқындарды бағыттау және алға сәулеленуді одан әрі күшейту болып табылады. Директорлар саны әдетте 1-ден 10-ға дейін болатын антеннаның күшейту және бағыттау талаптарына сәйкес реттелуі мүмкін.

Штанга: Жебе белсенді элементті, рефлекторды және директорды бекіту үшін пайдаланылады және әдетте металл немесе металл емес материалдардан жасалған ұзын штанга болып табылады. Жебенің дизайны антеннаның механикалық күші мен салмағын бөлуді ескеруі керек

Беру желісі: беру желісі белсенді элементті таратқышқа немесе қабылдағышқа, әдетте коаксиалды кабельге немесе бұралған жұпқа қосу үшін пайдаланылады. Сигналдың шағылысуын және жоғалуын азайту үшін беру желісінің кедергісі белсенді элементтің кедергісіне сәйкес келуі керек.

III. Яги-Уда антеннасының дизайн әдісі

Яги-Уда антеннасын жобалау кезінде бірнеше параметрлерді, соның ішінде жұмыс жиілігін, күшейтуді, бағыттылықты және кедергінің сәйкестігін ескеру қажет. Төменде Yagi-Uda антеннасын жобалаудың негізгі қадамдары берілген:

Жұмыс жиілігін анықтаңыз: Біріншіден, антеннаның жұмыс жиілігі диапазонын анықтау қажет. Яги-Уда антеннасының өлшемі жұмыс жиілігімен тығыз байланысты; жиілік неғұрлым жоғары болса, антеннаның өлшемі соғұрлым аз болады. Әдетте, Яги-Уда антеннасының жұмыс жиілігі диапазоны бірнеше ондаған МГц-тен бірнеше ГГц-ке дейін.

Белсенді элемент түрін таңдаңыз: Белсенді элемент әдетте жарты толқынды диполь болып табылады және оның ұзындығы жұмыс істейтін толқын ұзындығының шамамен жартысын құрайды. Жартылай толқынды дипольдің ұзындығын келесі формула бойынша есептеуге болады:

(мұндағы L – осциллятордың ұзындығы, λ – жұмыс толқын ұзындығы. 0,95 – қысқарту коэффициенті.）

Шағылдырғыш пен директорды құрастырыңыз: рефлектордың ұзындығы әдетте белсенді элементке қарағанда 5% - 10% ұзын, ал директордың ұзындығы әдетте белсенді элементке қарағанда 5% - 10% қысқа. Шағылыстырғыш пен белсенді элемент арасындағы қашықтық әдетте 0,15 - 0,25 толқын ұзындығын құрайды, ал режиссер мен белсенді элемент арасындағы қашықтық әдетте 0,1 - 0,15 толқын ұзындығын құрайды. Арнайы ұзындық пен аралықты модельдеу бағдарламалық құралы немесе эмпирикалық формулалар арқылы оңтайландыруға болады.

Директорлар санын анықтаңыз: Директорлар саны антеннаның кірісі мен бағытына тікелей әсер етеді. Неғұрлым көп директорлар болса, соғұрлым антеннаның күшеюі соғұрлым жоғары және сәуленің ені тар болады. Дегенмен, директорлардың шамадан тыс саны антеннаның күрделілігі мен өлшемін арттырады. Әдетте, директорлардың саны 1-ден 10-ға дейін өзгереді және нақты санды өтінім талаптарына сәйкес өлшеу қажет.

Кедергінің сәйкестігі: Белсенді элементтің кедергісі әдетте 50 Ом немесе 75 Ом болады, ол фидердің кедергісіне сәйкес келуі керек. Кедергінің сәйкестігіне белсенді элементтің ұзындығы мен диаметрін реттеу немесе кедергіні сәйкестендіру желісін пайдалану арқылы қол жеткізуге болады.

Модельдеу және оңтайландыру: Жобалау аяқталғаннан кейін оның жұмысын тексеру үшін антеннаны модельдеу үшін электромагниттік модельдеу бағдарламалық құралын (HFSS, CST және т.б.) пайдалануға болады. Антеннаның күшеюі, бағыты және кедергісі сәйкестігін осцилляторлардың ұзындығы мен аралығы сияқты параметрлерді реттеу арқылы оңтайландыруға болады.

Жасау және тестілеу: Антеннаның прототипі жобалық нәтижелерге сәйкес жасалады және антеннаның нақты өнімділігін тексеру үшін желілік анализатор мен спектр анализаторы сияқты жабдықты пайдаланып сыналады. Әрі қарай оңтайландыру сынақ нәтижелері бойынша жүзеге асырылады.

IV. Яги-Уда антеннасының артықшылықтары мен кемшіліктері

Артықшылықтары

· Жоғары күшейту: Yagi-Uda антеннасының салыстырмалы түрде жоғары күшейту коэффициенті бар, әдетте 10 - 20dBi, ол қалааралық байланыс үшін қолайлы.

· Күшті бағыттау: Яги-Уда антеннасының тар сәулелік ені мен күшті бағыты бар, ол кедергілерді тиімді азайтады.

· Қарапайым құрылым: Яги-Уда антеннасының құрылымы салыстырмалы түрде қарапайым, бұл оны жасауды және жөндеуді жеңілдетеді.

· Төмен құны: Яги-Уда антеннасының материалдық құны төмен, бұл оны ауқымды қолданбалар үшін қолайлы етеді.

Кемшіліктері:

· Тар өткізу қабілеттілігі: Yagi-Uda антеннасының өткізу қабілеті салыстырмалы түрде тар, әдетте жұмыс жиілігінің 5% - 10% құрайды, сондықтан ол кең жолақты қолданбалар үшін жарамсыз.

· Үлкен өлшем: Яги-Уда антеннасының өлшемі жұмыс жиілігіне кері пропорционал. Төмен жиілік диапазонындағы антенналардың үлкен өлшемі бар, бұл шектеулі кеңістіктегі қолданбалар үшін жарамсыз.

Бекітілген бағыт: Яги-Уда антеннасының бағыты бекітілген және оны қолмен реттеу керек, сондықтан бағытты жиі өзгерту қажет сценарийлерге жарамайды.

V. Яги-Уда антеннасының қолданылуы

Яги-Уда антеннасы келесі салаларда кеңінен қолданылады:

· Телевизиялық қабылдау: Яги-Уда антеннасы — жер үсті теледидар сигналдарын қабылдау үшін қолданылатын теледидар қабылдау антеннасының кең таралған түрі.

· Радиобайланыс: Яги-Уда антеннасы әуесқойлық радио, хабар тарату станциялары және сымсыз жергілікті желілер сияқты байланыс жүйелерінде қолданылады.

· Радиолокациялық жүйелер: Яги-Уда антеннасы радар жүйелерінде нысананы анықтау және қадағалау үшін қолданылады.

Спутниктік байланыс: Яги-Уда антеннасы спутниктік теледидар сигналдарын және спутниктік байланыс сигналдарын қабылдау үшін қолданылады.

VI. Қорытынды

Яги-Уда антеннасы - жоғары күшейту, күшті бағыттау және қарапайым құрылым сипаттамалары бар классикалық бағытталған антенна. Белсенді элементтің, рефлектордың және директордың ұзындығы мен аралығын дұрыс жобалау арқылы тамаша радиациялық өнімділікке қол жеткізуге болады. Яги-Уда антеннасының тар өткізу қабілеті мен үлкен өлшемдері сияқты кемшіліктері болса да, оның теледидар қабылдау, радиобайланыс және радиолокациялық жүйелер сияқты салаларда кең қолданылуы оның маңыздылығы мен практикалық екенін дәлелдейді. Электромагниттік модельдеу технологиясының дамуымен Яги-Уда антеннасының дизайны мен оңтайландыруы тиімдірек және дәл болды және ол болашақта сымсыз байланыс саласында әлі де маңызды рөл атқарады.