Yagi-uda-antenne og dens designmetode

Yagi-uda-antennen er en retningsantenne som er mye brukt i radiokommunikasjon, kjent for sin høye gevinst, sterke direktivitet og relativt enkel struktur. Oppfunnet av japanske forskere Hidetsugu Yagi og Shintaro Uda på 1920 -tallet, blir det hovedsakelig brukt i felt som TV -mottak, radiokommunikasjon og radarsystemer. Denne artikkelen vil utdype de grunnleggende prinsippene, strukturelle sammensetningene og designmetodene til Yagi-Uda-antennen.

I. Grunnleggende prinsipper for Yagi-Uda-antennen

Yagi-uda-antennen er en antennearray for endefire, og dets arbeidsprinsipp er basert på stråling og mottak av elektromagnetiske bølger. Den oppnår retningsstråling gjennom flere parallelle ordrede oscillatorer (vanligvis metallstenger). Disse oscillatorene inkluderer ett aktivt element (vanligvis en halv bølgedipol) og flere passive elementer (inkludert reflekser og regissører). Det aktive elementet er direkte koblet til materen og er ansvarlig for overføring eller mottak av elektromagnetiske bølger; De passive elementene samhandler med det aktive elementet gjennom elektromagnetisk kobling for å justere strålingsretningen til de elektromagnetiske bølgene.

Direktiviteten til Yagi-Uda-antennen avhenger hovedsakelig av arrangementet og lengden på de passive elementene. Reflektoren er plassert bak det aktive elementet, vanligvis litt lengre enn det aktive elementet, og brukes til å gjenspeile elektromagnetiske bølger for å forbedre antennen fremover. Direktøren ligger foran det aktive elementet, vanligvis litt kortere enn det aktive elementet, og brukes til å veilede elektromagnetiske bølger for å forbedre den fremre strålingen ytterligere. Ved å rimelig designe lengden og avstanden til reflektoren og regissøren, høy gevinst og smal - B

EAM -strålingsegenskaper kan oppnås.

Ii. Strukturell sammensetning av Yagi-uda-antennen

Den grunnleggende strukturen til Yagi-uda-antennen inkluderer følgende deler:

Aktivt element: Det aktive elementet er kjernedelen av Yagi -Uda -antennen, vanligvis en halv bølge -dipol, ansvarlig for overføring eller mottak av elektromagnetiske bølger. Den er direkte koblet til materen og er vanligvis lokalisert i sentrum av antennen.

Reflektor: Reflektoren ligger bak det aktive elementet, vanligvis 5% - 10% lengre enn det aktive elementet. Funksjonen er å gjenspeile elektromagnetiske bølger, redusere bakoverstråling og forbedre fremstrålingen fremover. Det er vanligvis bare en reflektor, men flere reflekser kan også utformes for å forbedre direktiviteten ytterligere.

Regissør: Direktøren ligger foran det aktive elementet, vanligvis 5% - 10% kortere enn det aktive elementet. Dens rolle er å veilede elektromagnetiske bølger og forbedrer videre stråling. Antall styremedlemmer kan justeres i henhold til gevinst- og direktivkravene til antennen, vanligvis fra 1 til 10.

BOOM: Bommen brukes til å fikse det aktive elementet, reflektoren og regissøren, og er vanligvis en lang stang laget av metall eller ikke -metalliske materialer. Utformingen av bommen må vurdere den mekaniske styrken og vektfordelingen av antennen

Fôrlinje: Fôrlinjen brukes til å koble det aktive elementet til senderen eller mottakeren, vanligvis en koaksialkabel eller vridd par. Impedansen til fôringslinjen må samsvare med impedansen til det aktive elementet for å redusere signalrefleksjon og tap.

Iii. Designmetode for Yagi-uda-antennen

Når du designer en Yagi-uda-antenne, må flere parametere vurderes, inkludert driftsfrekvens, forsterkning, direktivitet og impedansmatching. Følgende er de grunnleggende trinnene for å designe en Yagi-Uda-antenne:

Bestem driftsfrekvensen: For det første er det nødvendig å bestemme driftsfrekvensområdet for antennen. Størrelsen på Yagi-uda-antennen er nært beslektet med driftsfrekvensen; Jo høyere frekvens, desto mindre er størrelsen på antennen. Generelt er driftsfrekvensområdet for Yagi-uda-antennen fra flere titalls MHz til flere GHz.

Velg typen aktivt element: Det aktive elementet er vanligvis en halv bølgedipol, og lengden er omtrent halvparten av driftsbølgelengden. Lengden på halvbasert dipol kan beregnes med følgende formel:

（Hvor L er lengden på oscillatoren og λ er driftsbølgelengden. 0,95 er forkortingskoeffisienten.）

Design Reflector and Director: Lengden på reflektoren er vanligvis 5% - 10% lengre enn for det aktive elementet, og lengden på regissøren er vanligvis 5% - 10% kortere enn for det aktive elementet. Avstanden mellom reflektoren og det aktive elementet er vanligvis 0,15 - 0,25 bølgelengder, og avstanden mellom direktøren og det aktive elementet er vanligvis 0,1 - 0,15 bølgelengder. Den spesifikke lengden og avstanden kan optimaliseres gjennom simuleringsprogramvare eller empiriske formler.

Bestem antall styremedlemmer: Antall styremedlemmer påvirker direkte gevinsten og direktiviteten til antennen. Jo flere regissører det er, jo høyere er gevinsten av antennen og desto smalere bjelkebredden. Imidlertid vil et overdreven antall styremedlemmer øke kompleksiteten og størrelsen på antennen. Vanligvis varierer antall styremedlemmer fra 1 til 10, og det spesifikke antallet må veies i henhold til søknadskravene

Impedansmatching: Impedansen til det aktive elementet er vanligvis 50Ω eller 75Ω, som må samsvare med impedansen til materen. Impedansmatching kan oppnås ved å justere lengden og diameteren til det aktive elementet eller bruke et impedansmatchende nettverk.

Simulering og optimalisering: Etter at designet er fullført, kan elektromagnetisk simuleringsprogramvare (for eksempel HFSS, CST, etc.) brukes til å simulere antennen for å bekrefte ytelsen. Gevinst, direktivitet og impedansmatching av antennen kan optimaliseres ved å justere parametere som for eksempel lengden og avstanden til oscillatorene.

Fabrikasjon og testing: En prototypeantenne er fremstilt i henhold til designresultatene, og testes ved hjelp av utstyr som en nettverksanalysator og en spektrumanalysator for å bekrefte den faktiske ytelsen til antennen. Ytterligere optimalisering utføres i henhold til testresultatene.

IV. Fordeler og ulemper med Yagi-Uda-antennen

Fordeler

· Høy gevinst: Yagi -uda -antennen har en relativt høy gevinst, vanligvis 10 - 20dBi, som er egnet for lang avstandskommunikasjon.

· Sterk direktivitet: Yagi-uda-antennen har en smal bjelkebredde og sterk direktivitet, som effektivt kan redusere interferens.

· Enkel struktur: Strukturen til Yagi-Uda-antennen er relativt enkel, noe som gjør det enkelt å fremstille og vedlikeholde.

· Lave kostnader: Materialkostnadene for Yagi -Uda -antennen er lav, noe som gjør den egnet for store applikasjoner.

Ulemper:

· Nær båndbredde: Båndbredden til Yagi -Uda -antennen er relativt smal, vanligvis 5% - 10% av driftsfrekvensen, så den er ikke egnet for bredbåndsapplikasjoner.

· Stor størrelse: Størrelsen på Yagi-Uda-antennen er omvendt proporsjonal med driftsfrekvensen. Antenner i lavfrekvensbåndet har en stor størrelse, som ikke er egnet for applikasjoner med begrenset plass.

Fast retning: Direktiviteten til Yagi-uda-antennen er fast, og den må justeres manuelt, så den er ikke egnet for scenarier der retningen må endres ofte.

V. Applikasjoner av Yagi-Uda-antennen

Yagi-uda-antennen er mye brukt i følgende felt:

· TV-mottakelse: Yagi-Uda-antennen er en vanlig form for TV som mottar antenne, som brukes til å motta terrestriske TV-signaler.

· Radiokommunikasjon: Yagi-Uda-antennen brukes i kommunikasjonssystemer som amatørradio, kringkastingsstasjoner og trådløse lokale nettverk.

· Radarsystemer: Yagi-uda-antennen brukes til måldeteksjon og sporing i radarsystemer.

Satellittkommunikasjon: Yagi-uda-antennen brukes til å motta satellitt-TV-signaler og satellittkommunikasjonssignaler.

Vi. Konklusjon

Yagi-uda-antennen er en klassisk retningsantenne med egenskapene til høy forsterkning, sterk direktivitet og enkel struktur. Utmerket strålingsytelse kan oppnås ved rimelig utforming av lengden og avstanden til det aktive elementet, reflektoren og regissøren. Selv om Yagi-Uda-antennen har ulemper som smal båndbredde og stor størrelse, beviser dens brede anvendelse innen felt som TV-mottak, radiokommunikasjon og radarsystemer dens betydning og praktisk. Med utviklingen av elektromagnetisk simuleringsteknologi har utformingen og optimaliseringen av Yagi-Uda-antennen blitt mer effektiv og nøyaktig, og den vil fremdeles spille en viktig rolle innen trådløs kommunikasjon i fremtiden.