Антенна яга: Основы радиолокации — Антенна Яги (волновой канал)
Содержание
Основы радиолокации — Антенна Яги (волновой канал)
Антенна Яги (волновой канал)
директоры
активный
вибратор
рефлектор
Рисунок 1. Составные элементы антенны Яги
директоры
активный
вибратор
рефлектор
Рисунок 1. Составные элементы антенны Яги
Антенна Яги (волновой канал)
Антенны Яги относятся к продольным излучателям и используют в своем составе элементы, возбуждаемые излучением.
Этот тип антенн получил свое название по имени одного из его изобретателей, японского профессора Яги.
Иногда используется наименование «антенны Яги-Уда»,
а в русскоязычных источниках такие антенны называют антеннами типа «волновой канал».
Эта конструкция антенн была специально разработана для диапазона радиоволн от высоких частот
(ВЧ, HF)
до верхней части диапазона очень высоких частот
(ОВЧ, UHF).
Антенны Яги очень популярны по причине простоты их конструкции и относительно высокого коэффициента усиления.
Как правило, их относят к высоконаправленным антеннам.
Помимо радио, антенны этого типа применяются и в радиолокации.
В антеннах Яги используется взаимодействие между элементами, в которых возникают стоячие волны тока,
в результате чего возникает бегущая волна с выраженной диаграммой направленности.
Такая антенна состоит из одного или нескольких активных вибраторов (диполей) и дополнительных пассивных элементов.
Элементы антенны Яги обычно привариваются к проводящему стержню или трубке, называемому стрелой.
Точка соединения соответствует средине элемента.
Такая конструкция имеет целью только обеспечение механической прочности антенны и не влияет на ее рабочие характеристики.
Поскольку активный элемент имеет ценральное питание, он не приваривается к опорному стержню.
Входной импеданс антенны может быть увеличен путем использования петлевого вибратора в качестве активного элемента.
Элементы, из которых состоит антенна Яги, показаны на Рисунке 1.
Расстояния между ними выбираются не одинаковыми.
Единственный элемент антенны, который возбуждается от передатчика, это активный вибратор.
Все остальные элементы являются пассивными, однако играют важную роль в формировании излучения антенны.
Излучение элементов складывается в фазе при распространении в прямом направлении и в противофазе — в противоположном.
Ширина полосы частот
антенны Яги определяется длиной и диаметром элементов, а также расстоянием между ними.
Для большинства конструкций ширина полосы обычно составляет всего несколько процентов от частоты, на которую проектировалась антенна.
Антенна Яги, изображенная на Рисунке 1, имеет один рефлектор, один петлевой вибратор в качестве активного элемента и три директора.
В общем, чем больше используется пассивных элементов (директоров и рефлекторов), тем выше коэффициент усиления антенны.
Увеличение количества этих элементов приводит к уменьшению ширины луча антенны, но, вместе с этим, и к сужению ее
полосы частот.
Поэтому правильная настройка антенны имеет большое значение.
Коэффициент усиления антенны не увеличивается прямо пропорционально увеличению количества используемых элементов.
Например, трехэлементная антенна Яги имеет относительное усиление по мощности от 5 до 6 дБ.
Добавление дополнительного директора приводит к увеличению этого параметра примерно на 2 дБ.
Однако добавление последующих директоров имеет все меньший и меньший эффект.
Принцип действия
Рисунок 2. Двухэлементная решетка из полуволнового резонансного диполя в качестве активного элемента и более короткого диполя в качестве пассивного элемента
Рисунок 2. Двухэлементная решетка из полуволнового резонансного диполя в качестве активного элемента и более короткого диполя в качестве пассивного элемента
Основной элемент Яги имеет три составные части.
Длина каждого пассивного элемента отличается от половины длины волны, являющейся резонансной для антенны.
Если она больше (обычно на величину около 15 процентов), то такой элемент имеет индуктивные свойства и работает как рефлектор.
Если же длина элемента меньше половины длины волны (с шагом 5 процентов),
то элемент имеет емкостные свойства и определяется как директор,
поскольку он вызывает усиление излучения в направлении от активного вибратора к директору.
Для понимания принципа действия рассмотрим резонансный
диполь
и добавим к нему пассивный элемент, расположив его на небольшом расстоянии.
Излучение диполя вызывает возбуждение пассивного элемента, причем с разностью фаз, определяемой расстоянием между ними.
Емкостной характер из-за меньшей длины пассивного элемента приводит к дополнительной задержке токов и напряжений в этом элементе и, соответственно,
в фазе излучаемого им поля. Поскольку разность фаз соответствует расстоянию между элементами,
то оба излучаемых поля (активного и пассивного элементов) синфазны в одном направлении и противофазны в другом направлении.
Поскольку амплитуды колебаний в элементах антенны не одинаковы, сумма излучаемых ими полей увеличивается в одном направлении и уменьшается в другом.
Рисунок 3. Трехэлементная антенна Яги, суперпозиция колебаний, вызванных активным элементом, рефлектором и директором
Рисунок 3. Трехэлементная антенна Яги, суперпозиция колебаний, вызванных активным элементом, рефлектором и директором
Возникновение одного поперечного луча при использовании одного активного вибратора и одного пассивного элемента позволяет предположить,
что еще большее усиление может быть достигнуто использованием рефлектора и директора по разные стороны от активного вибратора.
В действительности так и есть.
Трехэлементная антенна Яги имеет
коэффициент усиления,
достигающий 6 дБ.
В рефлекторе, имеющем длину больше половины длины волны, индуцируется ток, который, в свою очередь, является источником волны, гасящей волну от активного вибратора.
Директоры несколько короче, их сопротивление носит емкостной характер, и они должны быть расположены на расстоянии,
несколько меньшем половины длины волны, для обеспечения синфазности волн от активного вибратора и от директоров.
Коэффициент усиления антенны Яги может быть увеличен путем увеличения количества элементов,
однако каждыей новый дополнительный элемент будет вносить все меньший и меньший вклад.
Для умеренного количества элементов усиление в прямом направлении пропорционально этому количеству.
Массив элементов Яги можно описать как структуру с медленной волной.
Поэтому антенны Яги относятся к категории антенн бегущей волны.
В такой структуре поддерживается неубывающая волна в прямом направлении, а токи в директорах имеют примерно одиноковые значения,
хотя и с увеличивающейся фазовой задержкой. Фазовая скорость волны в этом случае составляет от 0,7 до 0,9 скоростей света.
Figure 4: 3D representation of the antenna pattern of a Yagi antenna having 8 elements including folded dipole fed with a power of 11 dBm
Рисунок 4.
Трехмерное представление диаграммы направленности антенны Яги, имеющей 8 элементов, включая петлевой вибратор, запитываемый мощностью
11 дБм
Рисунок 5. Радиолокатор, в котором используется решетка антенн Яги
(П-18 «Терек»,
по классификации НАТО «Spoon Rest D») с коэффициентом усиления G = 69
Расчет антенны Uda-yagi DL6WU — 3G-aerial
- Вы здесь:
- 3G-Aerial
- Онлайн расчеты
- Расчеты антенн
org/ListItem»>Расчет антенны Uda-yagi DL6WU
- Информация о материале
Просмотров: 179981
Калькулятор рассчитывает антенну волновой канал конструкции DL6WU с бумкоррекцией (поправка на влияние несущей стрелы). Расчет по методу из второго тома К. Ротхаммеля стр 44…52. Антенна оптимизирована по критерию максимального усиления. Особенность конструкции DL6WU состоит в том, что число пассивных элементов можно увеличивать/уменьшать без заметного ухудшения КСВ, что и позволило создать подобный калькулятор.
Считается, что антенны DL6WU, обладая весьма высоким коэффициентом усиления, менее капризны к наличию вблизи них посторонних предметов и сохраняют свои характеристики при любых метеоусловиях.
Схематическое изображение антенны:
Конструкция DL6WU относится к так называемым «длинным Yagi», поэтому расчет с числом элементов менее 5 не рекомендуется ввиду небольшой точности. Калькулятор обновлен 02.06.2018, не забудьте обновить кэш браузера.
ВВЕСТИ ДАННЫЕ:
© 2015 Valery Kustarev
Ограничения и особенности расчетов антенн
Антенна DL6WU не рекомендуется для приема цифрового телевидения, Оптимизированные конструкции для DVB-T2 рассмотрены в отдельной статье.
Вибратор антенны — линейный разрезной. Схемы согласования вибратора с фидером снижения можно посмотреть здесь. Одна из возможных схем согласования с помощью петли для линейного вибратора (3λ/4+λ/4) рассчитывается в этом калькуляторе. Необходимо только выбрать материал внутренней изоляции кабеля.
Отдельно обратим внимание на бумкоррекцию. При металлическом буме происходит локальное утолщение элементов антенны в месте монтажа на траверсе. Это приводит к уменьшению погонной индуктивности в этом месте, что эквивалентно укорочению элемента. Чтобы сохранить его электрическую длину, необходимо элемент физически удлинить. Это и называется коррекцией на влияние траверсы (бума) или бумкоррекцией. Программы моделирования проволочных антенн, основанные на ядре NEC, например MMANA не умеют учитывать эту поправку, что является одной из проблем в проектировании антенны Uda-Yagi. Приходится прибегать к эмпирическим методам и формулам в расчете бумкоррекции, основанным на больших массивах практических измерений реальных антенн, что и проделал в свое время DL6WU. Очень хорошо проблема расчета бумкоррекции описана в статье DL2KQ, формулы из которой и используются этим калькулятором.
Можно выделить три разных случая монтажа элементов на траверсе антенны:
- Элементы проходят через середину металлического бума и электрически соединены с ним путем опрессовки или пайки.
В этом случае величина бумкоррекции максимальна (вариант1). - Элементы проходят через середину металлического бума, но электрически изолированы от него, например с помощью пластмассовых вставок. В этом случае величина бумкоррекции составляет примерно 50% от значения первого варианта. На столько же уменьшается бумкоррекция и при монтаже элементов на траверсе сверху, что дает возможность выделить эти два способа монтажа в один отдельный вариант (вариант2).
- Элементы монтируются на диэлектрической траверсе (например на сосновом бруске) или вставлены в нее, либо на металлической, но отделены от нее диэлектрической прокладкой с толщиной не менее половины толщины траверсы. В этом случае влиянием бума можно пренебречь и величина бумкоррекции принимается равной нулю (вариант3).Поскольку вибратор должен быть изолирован от бума, он рассчитывается по второму варианту, если для остальных элементов имеет место первый вариант монтажа.
В этом случае величина бумкоррекции максимальна (вариант1).
Можно ли заменить линейный разрезной диполь на петлевой? Этот вопрос в настоящее время является дискуссионным.
Ясно, что все элементы антенны являются взаимозависимыми и механическая замена разрезного диполя на петлевой той же длины приводит к расстройке антенны и появлению высокой реактивности в ее входном сопротивлении. Коэффициент укорочения петлевого вибратора больше чем линейного и, по идее, его надо делать короче, но некоторые радиолюбители, в частности автор программы Yagi Calculator VK5DJ, предлагают при замене использовать петлевой вибратор примерно на 2% длиннее линейного. И это подтверждается анализом в MMANA моделей, которые выдает программа от VK5DJ, а также экспериментальными практическими измерениями самого DL6WU. Вывод из этих противоречивых советов? Для создания оптимальной Uda-Yagi с петлевым вибратором необходимо использовать MMANA с последующей бумкоррекцией длин элементов, а корректировку размеров самого вибратора — по методике RA6FOO (смотрите ссылки ниже). Однако лучшим вариантом следует признать оптимизацию результатов в HFSS, поскольку эта программа не имеет недостатков присущих MMANA и позволяет непосредственно учесть бкмкоррекцию.
Для владельцев смартфонов на операционной системе Андроид расчет антенны Uda-Yagi конструкции DL6WU доступен в мобильном приложении Canennator. Вы можете скачать его нажав на кнопку ниже или по QR-коду.
Не забудьте оставить отзыв о приложении.
Ссылки по теме:
- Статья по теме антенна Uda-Yagi.
- Расчет трехэлементной антенны по другой методике.
- Широкополосные ДМВ Uda-Yagi для цифрового телевидения.
- Новый подход к проектированию УКВ антенн — RA3LE о замене линейного вибратора на петлевой в многоэлементных Uda-Yagi
- Коррекция длины элементов на влияние бума УКВ антенны Uda-Yagi — Графики и формулы от DL2KQ
- Петлевой вибратор в MMANA — Пересчет петлевого вибратора с прямоугольными торцами на полукруглые от RA6FOO
- Программа Yagi Calculator от VK5DJ — позволяет рассчитать многоэлементную антенну Uda-Yagi с экспортом результатов в MMANA. Интерфейс английский.
Обсуждение антенны Yagi-Uda на форуме:
Форум 3G-Aerial — Все об Yagi-Uda
Помощь от наших китайских друзей
Основы » Заметки по электронике
Понимание некоторых основ теории антенн Yagi может помочь в их использовании, эксплуатации и проектировании.
Антенна Yagi включает:
Антенна Yagi
Теория антенны Яги и расчеты
Усиление и направленность антенны Yagi
Сопротивление подачи Yagi и согласование
Подробно Теория антенны Yagi может быть сложной, но базовое понимание того, как работает антенна Yagi, может дать достаточно информации для многих приложений и для основных целей проектирования.
При понимании основной теории антенны Яги различные элементы антенны Яги реагируют сложным и взаимосвязанным образом.
Антенна Yagi Uda с указанием типов элементов
Теория антенны Yagi — основы
Одним из основных ключей к пониманию теории Яги является знание фаз токов, протекающих в различных элементах антенны.
Паразитные элементы антенны Яги переизлучают свои сигналы в фазе, немного отличающейся от фазы ведомого элемента. Таким образом, сигнал усиливается в одних направлениях и подавляется в других.
Поскольку дополнительные антенные элементы в Yagi не управляются напрямую, а потребляют мощность от ведомого элемента, эти дополнительные элементы называются паразитными элементами.
Антенна Yagi Uda, показывающая направление максимального излучения
Одним из ограничений конструкции антенн Yagi является то, что мощность этих дополнительных элементов не передается напрямую. Соответственно амплитуда и фаза индуцированного тока не могут полностью контролироваться. Это зависит от их длины и расстояния между ними и диполем или ведомым элементом.
Это означает, что невозможно получить полную компенсацию в одном направлении. Тем не менее, все еще возможно получить высокую степень усиления в одном направлении и иметь высокий уровень усиления, а также иметь высокую степень подавления в другом, чтобы обеспечить хорошее соотношение фронта к тылу. Антенна Yagi способна обеспечить очень полезные уровни усиления и отношения фронта к тылу.
Основная концепция антенны Yagi
с более длинным рефлектором и более короткими директорами, чем ведомый элемент)
Для получения необходимого фазового сдвига элемент можно сделать как индуктивным, так и емкостным.
Каждый тип реактивного сопротивления имеет различный эффект.
- Индуктивный: Если паразитный элемент сделать индуктивным, обнаруживается, что наведенные токи находятся в такой фазе, что они отражают мощность от паразитного элемента. Это заставляет радиочастотную антенну излучать большую мощность в направлении, противоположном этой форме паразитного элемента. Элемент, который делает это, называется отражателем.
Элемент можно сделать индуктивным, настроив его ниже резонанса. Это можно сделать, физически добавив некоторую индуктивность в виде катушки или, чаще, сделав ее длиннее резонансной длины. Обычно он делается примерно на 5% длиннее ведомого элемента, поскольку это снижает затраты и сохраняет элемент механически как единое целое, что делает его дешевле и прочнее.
Всегда используется только один отражатель. Добавление дополнительных отражателей не дает заметной разницы.
- Емкостный: Если паразитный элемент сделать емкостным, обнаружится, что наведенные токи находятся в такой фазе, что они направляют мощность, излучаемую всей антенной, в направлении паразитного элемента. Элемент, который делает это, называется директором. Его можно сделать емкостным, настроив его выше резонанса. Это можно сделать, физически добавив некоторую емкость к элементу в виде конденсатора или, что чаще всего, сделав его примерно на 5% короче, чем управляемый элемент.
Обнаружено, что добавление дополнительных директоров увеличивает направленность антенны, увеличивая коэффициент усиления и уменьшая ширину луча. Длина сменяющих друг друга директоров немного сокращается.
Элемент, который делает это, называется директором. Его можно сделать емкостным, настроив его выше резонанса. Это можно сделать, физически добавив некоторую емкость к элементу в виде конденсатора или, что чаще всего, сделав его примерно на 5% короче, чем управляемый элемент.Подводя итог теории директоров и отражателей антенны Yagi:
Краткий обзор размеров элементов антенны Yagi
Распространение радио
Ионосферное распространение
Грунтовая волна
Разброс метеоров
Тропосферное распространение
Основы антенны
Кубический четырехугольник
Диполь
Отключить
Ферритовый стержень
Логопериодическая антенна
Антенна с параболическим отражателем
Антенны с фазированной решеткой
Вертикальные антенны
Яги
Заземление антенны
телевизионные антенны
Коаксиальный кабель
Волновод
КСВ
Антенные балуны
MIMO
Вернитесь в меню «Антенны и распространение».
. .
Антенна Yagi-Uda или Yagi Antenna — одна из самых блестящих конструкций антенн. Это просто Антенна Яги была изобретена в Японии, результаты которой впервые были опубликованы в 1926 году. В следующем разделе мы объясним принципы работы антенны Яги-Уда. Геометрия антенн Yagi Параметры конструкции антенны Yagi Типы антенн Учебное пособие по антенне (для дома) Базовая геометрия антенны Яги-Уда показана ниже на рисунке 1. Рис. 1. Геометрия антенны Яги-Уда. Антенна Yagi состоит из одного «облучающего» или «управляемого» элемента, обычно Элемент слева от облучателя на рисунке 1 является отражателем. Длина этого элемента Рефлектор немного длиннее резонансного служит двум целям. Во-первых, чем больше Во-вторых, если отражатель длиннее Остальные элементы (справа от облучающей антенны, как показано на рисунке 1) известны. Приведенное выше описание является основной идеей того, что происходит с антенной Яги-Уда. Рис. 2. Усиление в зависимости от разделения для двухэлементной антенны Яги. Приведенный выше график показывает, что усиление увеличивается примерно на 2,5 дБ, если разделение SD находится в диапазоне от 0,15 до Похожие записи
Об авторе alexxlab |
Следовательно, даже
1 как Ф . Облучающая антенна почти всегда вторая от
Следовательно, ток на отражателе
