Yagi-Uda-antenne

Lang Yagi Uda-antenne for det to meter store amatørradiobandet

En Yagi-Uda-antenne (vanlig navn også Yagi-antenne ) er en retningsantenne for mottak eller overføring av elektromagnetiske bølger i området fra rundt 10 MHz til rundt 2500 MHz. Den består av en matet dipol , et antall regissører foran og vanligvis en reflektor bak dipolen.

Struktur av en Yagi-Uda-antenne, R: reflektor, A: radiator, D: direktør (strålingsretning til høyre)

historie

Yagi-Uda-antennen ble utviklet fra 1924 av den japanske Hidetsugu Yagi og Shintaro Uda . I 1926 publiserte de den første beskrivelsen i et japansk magasin. I juni 1928 ble en engelsk artikkel av Yagi publisert i USA, slik at antennen i det tyskspråklige området vanligvis bare bar Hidetsugu Yagis navn. Mens det japanske patentet lister opp begge oppfinnerne, heter de grunnleggende patentene for andre land bare Yagi som oppfinneren. Riktig navn Yagi-Uda antenne brukes sjelden. I 1930 ble en enhet med en Yagi-Uda-antenne, som muliggjorde tilkoblinger over 20 km med en bølgelengde på 45 cm, vist på en verdensutstilling i Belgia. Under andre verdenskrig ble Yagi-antenner, noen med parabolske speil , brukt til radar . Designet ble raskt tatt i bruk kommersielt i Europa og Nord-Amerika og spredte seg også til amatørradio på grunn av sin egenkonstruksjonsmetode med god antenneforsterkning. På begynnelsen av 1950-tallet ble designet populært for TV-stasjoner i utkanten av resepsjonsområdet.

konstruksjon

Brettet dipol og passive elementer (se tekst)

Et kjennetegn ved Yagi-Uda-antennen er en dipol, som er regissert av minst en eller en serie med passende ordnede regissører og muligens reflektorer.

Dipolen (1), utformet som en brettet dipol på bildet til høyre , mates via tilførselsledningen (4). Dipolen har en lengde på nesten en halv bølgelengde (λ / 2) av radiobølgene som skal mottas . På grunn av tykkelsen er den noe mindre enn λ / 2 i vakuum. Regissørene (3) er litt kortere, reflektorene (2) litt lenger enn dipolen. Dipole, reflektor og regissører er ikke elektrisk tilkoblet, men bare koblet via det elektromagnetiske feltet. Imidlertid kan de monteres midt på elementene på en felles ledende støttestang fordi spenningsnoder er plassert der. Avstanden mellom reflektor (er) og dipolen er for eksempel omtrent 0,15 λ, og mellom dipolen og den første regissøren, for eksempel 0,1 λ; Ved å gjøre dette kan fortjenesten forbedres på bekostning av båndbredden eller omvendt ved et passende valg av elementlengde og avstand. Omtrent den første regissøren og dipolen danner sammen strålingssenteret, så reflektoravstanden er mindre enn en fjerde bølgelengde.

kjennetegn

Forholdet mellom antennelengde og forsterkning

Den totale lengden på antennen bestemmer forsterkningen og retningen. Egnet valg av parametere lengde , avstand , diameter og antall regissører optimaliserer antenneegenskapene.

En tre-element Yagi-Uda-antenne 0,3 λ i lengde gir en antenneforsterkning på 4–8  dBd . Med en lengde på 4 λ (15–30 regissører) forsterker den seg med ca. 15 dBi og når en åpningsvinkel på mindre enn 40 °.

Med individuelle antenner for UHF-serien oppnås rundt 18 dBi.

Den praktiske øvre grensen for antenneforsterkningen er 20 dBi. Ved å koble sammen flere individuelle antenner for å danne en antenngruppe , vanligvis opptil 4, kan den resulterende antenneforsterkningen økes ytterligere.

Den strålingsmotstand , noe som er viktig for riktig tilpasning, avhenger særlig av avstanden mellom dipolen og den første parasittelementet. I amatørradiosektoren blir det ofte funnet innstilling til 50 ohm eller 28 ohm, med sendeantenner er 75 ohm og 240 ohm vanlige.

Måte å jobbe på

Vibratorene til excitatoren (i rødt) er overlagret med vibrasjonene fra 1. regissør som parasittiske radiatorer (i blått) for å danne en felles vandringsbølge (i grønt), som forsterkes i en retning og svekkes i den andre.

Den aktive dipolen begeistrer de parasittiske elementene , dvs. reflektoren og regissørene. De parasittiske elementene fungerer også som radiatorer, men de stråler ut av fase med den aktive dipolen. Den ( resonante ) lengden som avviker fra dipolen, resulterer i induktiv eller kapasitiv oppførsel, med tilsvarende faseforskyvninger av strømmen i elementene. Faseskiftet bestemmes ikke bare av transittiden til elementposisjonen på sideelementet (den såkalte bommen ), men også av elementets lengde. Vibratoren til excitatoren videreføres fra regissør til regissør. Forsinkelsen fra regissør til regissør er representert som fasehastigheten , som avhengig av forholdet mellom den geometriske antennelengden og bølgelengden når ca. 0,7 til 0,98 ganger lysets hastighet.

Den fjernfeltet til Yagi slutt oppstår fra den retningsavhengige og faseavhengige overlagring av strålingskomponenter til alle elementene i den Yagi. I retning av bommen (fremover) er feltkomponentene konstruert overlagret (supplerende), til høyre og venstre for denne er overlagringen raskt ødeleggende (slukking) når vinkelen øker, noe som resulterer i ønsket foretrukket retning.

I den aktuelle spesialistlitteraturen er det forskjellige spesifikasjoner for en "optimal design", som hver antyder forskjellige graderinger av elementlengder og avstander. Eksperimenter har vist at små, kontinuerlige variasjoner i lengde og avstand fører til høyere gevinster enn å bare legge til "korte" antenner med tilleggselementer av samme lengde og avstand. Dette ble tilskrevet betraktningen av Yagi-Uda som en "bølgelederstruktur" som en vandrende bølge (startende fra det tilførte dipolelementet) forplanter seg mot tuppen av antennen. I følge teorien skal elementvariasjonen skape en forbedret overgang til det frie rommet her.

operasjonsområde

  • Selvlaget Yagi-Uda-antenne for å forbedre en WiFi-forbindelse.

  • Lang Yagi Uda antenne for amatørradiobandet på 70 cm.

  • To Yagi-Uda husantenner for fjernsynsmottak (senter). Reflektoren til den øvre Yagi-antennen er designet som et rutenett.

  • Antenneserie med seks Yagi-Uda-antenner med krysset dipol (2 m / 137 MHz) for kommunikasjon med satellitter.

  • Yagi gruppeantenne, for jord-måne-jordforbindelser

Yagi-Uda-antenner kan også brukes med svært høye frekvenser, for eksempel for å motta Meteosat (1690  MHz ). Antenner med opptil 30 elementer og antenneforsterkninger på opptil 16 dBd brukes der. I 2020 presenterte fysikere fra universitetet i Würzburg til og med en Yagi-Uda-antenne med en lengde på mindre enn et mikrometer for å sende ut lysbølger. Over 2 GHz kan de ønskede strålingsegenskapene imidlertid oppnås bedre med andre typer antenner, for eksempel hornantenner .

Radioamatører bruker ofte roterbare Yagi-Uda-antenner som består av tre eller flere elementer i bølgen, fra 0,1 m til 40 m (3 GHz til 7,5 MHz). Yagi-Uda-antenner for lengre bølgelengder er sjeldne fordi elementene da blir veldig store og tunge. I tillegg, på grunn av bakkeeffekten, krever slike antenner en installasjonshøyde på minst en halv bølgelengde. Alternative design som Hexbeam brukes også.

Yagi-antenner brukes noen ganger også i kortbølgesending.

litteratur

weblenker

Commons : Yagi-Uda Antennas  - Samling av bilder, videoer og lydfiler

Individuelle bevis

  1. ↑ H. Yagi: Overføring av stråler av ultrakorte bølger . I: Proceedings of the IRE . teip 16 , nei. 6. juni 1928, s. 715-740 ( ieee.org [åpnet 13. april 2010]).
  2. ^ Den sanne historien om Yagi-antennen. I: DX Zone. 25. november 2014, åpnet 9. mai 2020 .
  3. ↑ 特許 第 69115 号, patent DE475293 . , Patent FR619932 . , Patent GB263753 . , Patent GB263752 . , Patent US 1745342 . , Patent US 1860123 . ‌
  4. ↑ 八 木 ・ 宇田 ア ン テ ナ. Research Institute of Electrical Communication, Tohoku University , åpnet 9. mai 2020 (japansk).
  5. ^ Roger I. Wilkinson: Short Survey of Japanese Radar - I. (PDF; 1,2 MB) I: Electrical Engineering, Vol. 65 (Aug.-Sept. 1946). 1946, s. 374 , åpnet 9. mai 2020 (engelsk).
  6. ↑ Fødsel av radioastronomi (Ⅷ). I: Historien om amatørradio. Hentet 9. mai 2020 .
  7. ↑ Harold Harris: http://rfcafe.com/references/radio-news/yagi-antenna-radio-television-news-october-1951.htm. I: Radio & TV News. Ziff-Davis, oktober 1951, åpnet 9. mai 2020 .
  8. ^ W. Walkinshaw: Teoretisk behandling av korte Yagi-antenner . I: Electrical Journal of the Institution of Engineers - Del IIIA: Radiolocation . teip 93 , nr. 3 , 1946, s. 598-614 .
  9. End Johannes Endres : 0 euro-antennen. Bygg din egen WiFi-antenne fra avfall. Heise Zeitschriften Verlag, 26. september 2008, åpnet 9. juli 2020 .
  10. ↑ Nano-antenner for dataoverføring. Pressemelding. Universitetet i Würzburg, 8. januar 2020, åpnet 9. mai 2020 .
  11. ↑ Tower 7 (M7) Radio Arcala Mammoth 160 / 80M Beam in a Nutshell. Radio Arcala, åpnet 28. desember 2014 .