Yagi-antenne ontwerp: De formule en parasitaire elementen onder de knie krijgen voor nauwkeurige prestaties

Een antenne is een apparaat dat wordt gebruikt om elektronische signalen te zenden of te ontvangen. Alle apparaten die frequentiestraling gebruiken, maken gebruik van antennes. Er zijn veel verschillende typen antennes, zoals de richtingsantenne, de omnidirectionele antenne, de sleufantenne en de Yagi-Uda antenne. In dit artikel gaan we dieper in op de Yagi-antenne ontwerpfomule. Dit artikel helpt u de werking van de antenne te begrijpen en precies hoe u er zelf een kunt ontwerpen.

Wat is een Yagi-antenne?

Een Yagi-Uda type antenne is een hemisferische antenne, maar net als veel anderen, ontworpen om FM-signalen te zenden. De genialiteiten achter deze vorm van de antenne zijn Shintaro Uda en zijn vriend Hidetsugu Yagi. De naam Yagi-Uda antenne is daaraan te danken.

Een Yagi-Uda is geschikt voor FM-signalen omdat het signalen kan vangen en zenden over een lange afstand. Deze transmissieafstand kan tot 5 km bedragen met een RF-vermogen van 1W. De Yagi-antenne is, in tegenstelling tot andere antennes, kleiner in afmetingen. Als gevolg hiervan is de versterkingscapaciteit diepgaand.

Daarnaast bestaat hij slechts uit een groep staven die parasitaire elementen worden genoemd. Deze parasitaire elementen zorgen voor de efficiëntie van de antenne. De elementen omvatten het reflectorelement, één of meer directorelementen en het dipolelement.

De rangschikking van deze elementen moet nauwkeurig zijn omdat ze helpen de antenne een richtingspatroon te geven dat een enkele antenne vaak mist.

Een Yagi-Uda antenne in de buurt van een satellietschotel.

Yagi-antenne ontwerpfomule

Bij het ontwerpen van de Yagi-Uda antenne moeten specifieke fysische parameters in aanmerking worden genomen. Met name de lengte en afstand van deze antennestaven moeten onze topprioriteit zijn bij de antenneconstructie.

De Yagi-antenne kan verschillende frequentiesignalen verzamelen zoals gespecificeerd door de ontwerper. Bovendien kunnen we een antenne ontwerpen voor een specifieke frequentie door lengtes en afstanden te meten in golflengte. Bovendien bepaalt de te gebruiken frequentie de grootte en de bandbreedtevernauwing die we zullen gebruiken.

Een goed ontworpen antenne.

De reflector.

We vinden de reflector vaak achter de andere twee elementen. Het is meestal 5 procent langer dan het actieve, aangedreven element. Tussen 0,1λ en 0,25λ is de hoeveelheid afstand die we kunnen hebben tussen het aangedreven element en de reflector. Elke afstand buiten deze limiet zal de signaalsterkte verstoren. Bovendien kan deze afstand soms afhankelijk zijn van de frequentie-tot-bandbreedte verhouding en de specificaties van het zijlobepatroon.

De bandbreedte, dB versterking, voedingsimpedantie en voor-tot-achter verhoudingen zijn essentiële specificaties die we overwegen bij de ontwikkeling van een Yagi-antenne. Ook kunnen dit de invoerwaarden zijn in de Yagi-antenne calculator.

De dipol.

In het midden van het aangedreven element vindt u het voedingspunt. Het voedingspunt is een andere naam voor dit antennededeelte. We noemen het het voedingspunt omdat de voedingslijn van de zender de voedingslijn van de ontvanger ontmoet. Belangrijk is dat deze voedingslijn helpt bij de frequentietransmissie van de zender naar de antenne.

Soms hebben deze antennes een gevouwen dipol. Deze functie verhoogt de relaisimpedantie. De antenne ontwikkelt echter een resonantiefrequentie wanneer de elektrische lengte ongeveer half de frequentiegolflengte is.

Antenne pictogram set.

De director.

Het is makkelijk om de director te herkennen want het is het kortste van alle andere elementen. Belangrijk is dat we het op een lengte van 5% minder dan het actieve, aangedreven element plaatsen. Het primaire doel van de directorelementen in de antenne is om elektromagnetische frequenties te ontvangen wanneer ze zich in een elektromagnetisch veld bevinden.

De director heeft echter een hogere resonantiefrequentie dan het aangedreven element. Daarnaast helpt de director om een richtingspatroon en de gewenste versterking te bereiken. Deze eigenschap maakt de Yagi-Uda werken als een richtingsantenne.

Zoals eerder besproken, kan de Yagi-Uda antenne één of meer directors hebben. De meerdere directors zijn een van de voordelen van de antenne. De scheiding tussen de directors varieert tussen 0,1λ tot 0,5λ.

Het aantal directors dat we gebruiken, bepaalt echter niet de versterking voor directors in de Yagi, maar de lengte van de antenne-array wel.

Bijvoorbeeld, met een zeer hoogfrequent veld van 200 MHz, zijn de benaderende waarden van de elementen als volgt vanuit de Yagi-antenne calculator:

• reflector lengte = 150/f = 150/200 = 0,075 m
• aangedreven element lengte = 138/f = 138/200 = 0,69 m
• dipol lengte
• dipol tot director afstand
• reflector tot dipol afstand
• eerste director lengte = 140/f = 140/200 = 0,7 m
• tweede director lengte = 136/f = 136/200 = 0,68 m
• lengte van de boom

Verzameling antennes.

Yagi-antenne ontwerpsoftware

Er is verschillende software die kan helpen bij het ontwerpen van deze antenne. In dit artikel bespreken we de Yagi Designer 2.0 en de MS-DOS Antenne Maker.

De Yagi Designer 2.0 is een Yagi-antenne calculator die veel functies weergeeft. Deze kenmerken van antennes kunnen omvatten het horizontale stralingspatroon, het verticale stralingspatroon, de E-vlak, H-vlak. Ook de voedingspunt weerstand en reactantie, evenals de antenne versterking overwegingen F/B verhouding, zijn functies die u in deze software zult nodig hebben.

Aan de andere kant heeft de MS-DOS software snellere en nauwkeurigere dimensieberekeningen.

Een foto van een zender.

Hoe een Yagi-antenne te ontwerpen

Met een werkende frequentie van 300 MHz en een enkele director, zullen we een complete antenneconstructie van een Yagi-Uda doen. U moet weten dat u de berekeningen handmatig kunt uitvoeren met de integraalvergelijking of ze gemakkelijk in de software kunt invoeren. De software moet echter vooraf gedetailleerd geoptimaliseerd zijn waar u de software of Yagi-antenne calculator de initiële gegevens verschaft.

We gebruiken een snelheid (v) van 180.000.000 m/s en een frequentie (f) van 300 MHz. Dus we berekenen lambda door de snelheidsverhouding tot de frequentie (v/f) te nemen. Gebruik ook de reflectorlengte van 0,495λ, de dipollengte van 0,473λ, 0,440λ van de directorlengte, en de reflector-tot-dipol afstand van 0,125λ. Dit zijn de initiële waarden die we aan de software of de Yagi-antenne calculator voeden.

Vervolgens doet de 3-element Yagi-antenne calculator of de software de berekeningen. Het vervangt de v/f, die we ongeveer 1,67 vinden uit de eerdere vergelijking. Ongetwijfeld zal het gebruik van deze formules de juiste antenneparameter elementlengtes gemakkelijk vinden. Nauwkeurige dimensiedistributie is noodzakelijk om de antenneprestaties te verhogen.

Het is makkelijk om deze primaire antenne thuis te ontwerpen. Bovendien kan een antenne met aluminium buizen perfect werken, mits we de metingen correct krijgen.

Een antenne met meer dan één director.

Yagi-antenne toepassingen

• De Yagi-antenne is een vorm van RF-antenne die we gebruiken om een radiogolffas te zenden.
• Polarisatie plaatst deze antenne onder een hemisferische antenne. Radioastronomie vereist de aanwezigheid van deze antennes.

Samenvatting

De Yagi-Uda antenne is een van de beste en meest gebruikte antennes op de markt. We vinden het vaak in huishoudens en kantoren vanwege de kleine afmetingen en efficiëntie.

We hopen dat dit artikel u geholpen heeft om meer over antennes te leren. Zeker weten om enkele van onze andere artikelen op onze website te bekijken. Anders, neem gerust contact met ons op voor vragen over dit onderwerp of hulp!