Geleneksel Yagi Antenleri'ndeki Band geniş Problem

Yagi-Uda anteni, 1920'lerde girişten bu yana yönsel iletişim için güvenilir bir araç olmuştur. Tasarım basit - arkadaki bir yansıma ile çalışan bir element - sabit kullanım ve amatör yüksek performanslı yüksek kazanç ve iyi ön geri dönüşler için, sinyallerin yoğun frekans aralıkları için optimize edilmesi, mühendisler bu antenleri daraltılması için optimize etti.

Modern kablosuz sistemler çok farklı koşullar altında çalışır. Yazılım tanımlı radyolar, dinamik spektrum erişimi ve çok bantlı hücresel gerihaul, frekans aralıklarında işleve sahip antenler, bir octave veya daha fazla. Bu zorluklar doğal olarak yüksek Q of Constant-diameter unsurları ile ortaya çıkar: girişler frekansla dramatik bir şekilde dalgalanır, eğriler bant kenarlarında derin bir şekilde büyür ve radyasyon desenleri parasitik elementler olarak değişir.

Fizik açıktır: Her bir silindirik element, belirli bir elektrik uzunluğu ile rezonansa dönüşmektedir. Frekans, tasarım merkezinden uzaklaşır, uyumsuz değişiklikler hızla, elementlerin bozulmasına ve bozulmasına neden olur.

Element Bantring aslında ne demek oluyor

Element kasetleri, her parasitik veya tahrik elemanının uzunluğu boyunca kontrollü, kademeli bir değişim getirir.Tek bir çubuk yerine, çapraz bölümlü, düzgün bir şekilde seçilmiş bir profiline göre, tipik bir kaset dipol, merkezi yem noktasında 15 milimetreyi ölçebilir ve ipuçlarına sorunsuz bir şekilde dokunur.Bu yapı, seyahat eden dalgalara sürekli farklı bir şekilde özel olarak uygun şekilde dokunan elementleri sunar.

Bu yaklaşım doğrudan genişleyen dipol teorisinden, konical ve yay-tie geometrilerinin uzun zamandır düzelme yanıtını talep ettiği, bir Yagi bağlamında kaset yalnızca tahrik elemanına uygulanmaz, ancak aynı zamanda yönetmenlere ve bazen, yansımacı yüksekliklere ve mekanik karmaşıklığın sürekliliği ile yayılmak, genel sistemi Q'yi düşürmek ve bizi genişletilebilir frekans aralığına kadar.

Daha derin bir bakış için, geniş bant davranışı stabilize etmenin, temelsel çalışma, arsa tasarımı ile tanımlanmış:0)Antenna Teorisinin geniş bant dibinasyonlarının analizi) faydalı bir arka plan sunar.Bu ilkeler doğal olarak Yagi dizilerine doğru uzanır.

Neden Broadens Band genişleyen: Fizik

Teyplemenin etkinliğinin arkasındaki temel mekanizma, antenin etkili Q faktörün azaltılmasıdır. Q, döngü başına enerji yayılarak depolanan bir rezonant uzunluğuna kadar verimli bir şekilde yayılır.Bir baskın resonance bandında, elementin tepki eğrisi dik, hızlı bir şekilde ters yöndeki yanlış bir şekilde geri dönüştüğü için depolanan enerjiyi daha geniş bir alana yayılır.

Yagi serisinde, tahrik elemanının zorlayıcısı bir Smith grafiğinde dönüşümleri sıkı bir döngüden, kasetli uygulandığında geniş bir spirale dönüştürür.Bu, normalde her birinin 2:1 VSWR çemberi içinde bir günlük-dönüşümlülük etkisi oluşturmak için tutar: mevcut dağıtımları daha az zirveye dönüşür ve her zaman aralıkta sabit bir şekilde sabitlenir.

Bir başka faktör, element ipuçlarındaki diffraction etkilerinin bastırılmasıdır. kalın bir iletkenin keskin bir kısmı, yüksek yanlobes olarak ortaya çıkan ve 1 VSWR'nin altında varyasyonu artırmak için elektrik yarığını azaltır ve son zamanlardaki süreyi azaltır.Bu, istenmeyen radyasyon bileşenlerinin baskısını azaltır ve desen saflığını korur.

Taper Profilleri ve Elektrik İmzaları

Taper profili seçimi doğrudan antenin imkansız yörüngesini ve desen stabilitesini etkiler. Üç profil modern geniş bant Yagi tasarımını ele alır:

  • [[Döner:0)Linear musluker:[Dönetici:[Dönder: 0,4] Bu profil makineye kadar sürekli bir orandaki aralık değişiklikleri ve orta bant genişliği uzatması için basit, tipik olarak yüzde 20'ye görek bant genişliğine sahiptir.
  • [[Dönetici:0)Exponential Taper:[Dönetici: 0D:0)Dörtücük bir işlev takip eder, merkezin yakınında kalın kesiti yoğunlaştırır ve en geniş bant genişliğine ulaşır -% 30'u aşılır - çünkü mevcut olan bölgenin en yavaş yavaştır.
  • [FONT:0]Cosine-squared musluker:[Dönetici: 0,8|Dış, hem merkezde hem de ipuçlarına çok düzgün bir geçiş sağlar. Bu profil, yanlobe baskısının kritik olduğu uygulamalarda lehinedir.

Pratikte, birçok tasarım, maliyetin bir kısmını tamamen makineli bir dokunuşla bu sürekli profillere adım atarak adım atıyordu.Mevcut amplity kullanımı düşük, 8millimeter ve 5millimeter tubing, maliyetin yüzde 90'ını tam bir üst üste yakalayabilir.

Teyp için Sistematik Tasarım Yöntemi

Yüksek performanslı bir kasetli Yagi, titiz elektromanyetik simülasyon ve iteratif optimizasyon gerektirir. Süreç genellikle birkaç aşama ile ortaya çıkmaktadır.

İlk Parametre

Tasarımcı, her element için her elementin merkezde, çizgideki çizgideki çapı ve geçişin kontrol ettiği matematiksel işlev için musluk profili tanımlar. Driven element parametreleri ilk olarak, bu element giriş engelleyici davranışına hakim olarak belirlenir. Directors then parameterized with their own Taper profilleri, often using a logarithmic scaling that mirrors the componentred or left uniform as theband Goals.

Full-Wave Simülasyon ve Optimizasyon

CST Mikrodalga Stüdyosu, Ansys HFSS veya NEC tabanlı optimizeciler gibi araçlar kullanarak, tasarımcı S-parametreleri izleme, kazan ve ön gerileme oranı içeren çoklu VSWR'yi belirli bir eş altında tutarken en aza indirmek için kullanır.Bu, genetik algoritmaların veya parçacık swarm optimizasyonunun faydalarını, özellikle de dizinin beş elementten daha fazla içerdiği çok değişkenli bir problemdir.

Feed Point Entegrasyon

Çarpıcı elementin yem noktasının aşağı doğru kaydırılması. kalın bir merkez bölümü daha düşük bir dürtü sunar, genellikle 50 ohms. Mühendisler bir kumar oyunuyla telafi eder, T-parat, veya katlanmış dipol genellikle bantlı dibine adapte edilebilir bir formül içerir çünkü dürtü frekansı ile daha tutarlı bir şekilde çalışır.TheFLT:0).ARRL'nin pratik Yagi tasarım derlemesi)

Geçerlilik ve Iteration

Simated tasarımları, bir anekoic odasında veya dışsal bir aralıkta prototiplenmiş ve test edilmelidir. Vector ağ VSWR ölçümlerini analiz eder ve diskrepanzileri tanımlamak için simülasyona karşı karşılaştırılır. Ortak sorunlar, dövme elemanları, bom etkileşimi ve her iterasyonları yükselterek fiziksel anteni daha yakından getirir.

Sayısal Performans Kazanları

Bir kasetli Yagi doğrudan aynı merkezi frekansı kapsayan bir üniforma tasarımla karşılaştırılırsa, gelişmeler önemli ve ölçülebilirdir:

  • [FONT=0}Band genişlik: [Dönetici: 0,4,0)SWR'de yüzde 35 oranındaki bant genişliğine sahip olan, % 5 ila 10'a kadar uzanan boşluklar 1.5:1 VSWR kriteri uygulanır.
  • [FONT:0)Gain düzlüğü: [Dönetici:[Döneticileri): Tüm işletim aralığındaki 2 ila 3 decibels kaybetmesi gereken spektrum izleme gibi uygulamalar için kritiktir.
  • [FONT:0]Front-to-back oranı: Ön-geri dönüş seçenekleri, daha dar bir frekans penceresi dışında hızla yükselir, bazen 10 decibels altında grup kenarlarında kalır.
  • [[Dönetici:0)Physical ayak izi:[Döneticileri, yüksek bantlı yüksek bant genişliği sunarak, kısmen verilen bir kazanım maliyetinden daha uzun süre elektriksel olarak daha uzundur. A kaset beş uygulama tasarımı, altmış altı veya yedi uygulama hattının kazanılabilir.

Kilo ve maliyet, sürekli olarak makineli bir elementin kitleyi eklediğini ve hassas bir şekilde dönüş gerektirdiğini ortaya koyar. Ancak, dış eşleştirme ağlarının ortadan kaldırılması ve toplam element sayısındaki azalma, maliyet boşluğunun kısıtlayabileceği askeri ve ticari uygulamalarda neredeyse her zaman primleri artırır.

Mekanik Zorluklar ve Pratik Kumaş

Güvenilir bir fiziksel antene simulatörlü bir tasarım yapmak mekanik detaylara dikkat gerektirir. Prototyping ve üretim sırasında birçok ortak zorluk ortaya çıkmaktadır.

Adımlı Elements

Telescoping tüpü bölümleri düşük ücretli, mekanik olarak istikrarlı eklemler oluşturmak zorundadır. Oxidasyon ve termal bisiklet, özellikle de duplex sistemlerde pasif intermodülasyonun en aza indirgenmesi gereken en iyi şekilde tartışılmaktadır.

Titreşim ve Rüzgar Yükleniyor

Uzun, ince kasetli yönetmen ipucu, rüzgar kaynaklı ekinatör ile çakışan doğal frekanslarda vibrate edebilir - bu, mekanik yorgunluk ve olaysal bir başarısızlık sağlar.Spektif olarak yapılan kollar, elektrik performansından önemli ölçüde değişiklik yapmadan önce ısıtılır.

Boom Interaction Effects

Patlamanın kendisi, çapının dalga boyun eğdiği bir element haline gelir.In-boom montaj, elementlerin patlamadan geçtiği ve merkezde bağlantı kurduğu, tedarik edilen elementin verimli bir çapını yem noktasında değiştirir. Bu etki simülasyon modeline dahil edilmelidir ve en kalın bölüm olarak patlamayı tasarlayabilmeli.

Desen Symmetri Gereksinimleri

Görünüşe göre, tahrik elemanı asimetrik olarak – örneğin, diğerinden bir yarısı daha kalın – en küçük işleme toleransları bile ölçülebilir desenleri üretemez.Strikt mekanik simetrisi, kasıtlı bir faz değişiminin kiriş şekillendirmesi arzu edilmezse gereklidir. Symmetry, her elementin bir fiziksel inceleme ile doğrulanabilir, küçük bir işleme toleransları bile ölçülebilir desenleri üretebilir.

Gerçek Dünya Uygulamaları Sürüşü

Yagi antenleri kasetli arama talebi, geniş bant yönality'in lüks değil, operasyonel bir zorunluluk olduğu sektörlerden kaynaklanmaktadır. Anahtar uygulamalar şunları içerir:

  • [FONTD:0]Spectrum izleme ve sinyalleri istihbarat: Hükümet ve savunma ajansları geniş frekans aralıklarında sinyallerin bir araya getirilmesini gerektirir - VHF'den L-band'a kadar – tek bir anten platformuna monte edilen bir kaset, birden fazla anten takası için ihtiyaç duymadan yüksek kazanç ve yön bulma yeteneği sağlar.
  • [[Dönetici:0)5G arkak, alt-6 gigahertz bandında geri teşhir edilir: Sabit kablosuz bağlantılar genellikle çok sayıda ayrı ayrı bant veya alanda yeniden yapılandırılmalıdır.
  • [FONT:0] Radyo astronomisi ve derin uzay gözlemi: Uzun gözlem kampanyaları, yeniden planlanmamış geniş frekans tahsislerini sürekli gerçekleştiren antenlerden faydalanmaktadır. Bantred Yagi dizileri düşük maliyetli, yüksek hassasiyetli teleskop cephesi pencereleri gözlemlemede kalibrasyonu sağlayan son derece uçabilir.
  • [FONT:0] ⁇ radyo yarışması:[Döneticiler, birden çok grubu kapsayan tek yüksek geri dönüş Yagi değeridir. Bantlı tasarımlar, tek hafif bir kirişle 50 ila 54 megahertz'ı kapsayan, ve 144 ila 148 megaher kapsamanın gerekli olduğu 2 metre yarışması için başarıyla dağıtıldı.

Bu uygulamalar, geleneksel üniforma Yagis'in sağlayamayacağı güvenilir, genişbanlı bir yönsüzlük için bir ihtiyaç paylaşır. Bantring, günlük dizilerin karmaşıklığı ve büyüklüğü olmadan boşluğu doldurur veya dış eşleşen ağların kaybı.

Pratik Tasarım Önerileri

Mühendisler ve deneyimli hobiler bir kasetli Yagi projesini takip etmeli birkaç kanıt tabanlı öneriyi takip etmeli:

  • Tam dalga elektromanyetik bir modelle başlayın ve her musluk profili parametrelendirmek. üniformalı dipol teorisinden Basit analitik formüller, çoklu uygulama dizilerinde karşılıklı darbe etkilerini yakalamaz.Sürücük oranlara simülasyon kullanın, profil işlevleri ve element aynı anda ısıtın.
  • Taper sadece tahrik elemanı değil, en azından ilk iki yönetmen. sadece tahrik elemanının bantlanmasından gelen bantlama artışı sınırlıdır; yönetmenler, desen stabilitesini belirleyen darbe bant genişliğini kontrol eder. 5 ila yedi elementin tamamen kasetli bir dizisini mühendislik çabasına verir.
  • Mekanik karmaşıklık ve elektrik performansı arasındaki pragmatik bir uzlaşma kabul edin. İki veya üç boru çapı kullanarak bir adım atılır, yerel bir makine mağazası tarafından üretilebilirken sürekli olarak geri kalan bir elementin faydasını yakalar.
  • Sıcaklık ve rüzgar koşullarındaki prototipler test prototipleri. Termal genişleme ve mekanik titreşim değişimi daha kasetli tasarımlarda daha hızlı bir şekilde değişiyor çünkü ince ipuçları elektrik uzunluğu sıcaklıkla daha hızlı değişiyor. Birkaç gün boyunca bu etkileri dağıtımdan önce ortaya çıkarır.
  • Dokümanlar toplulukla ilgili ayrıntılı olarak tasarımlar ve ölçümler paylaşmaktadır.Mozerred Yagi performans üzerindeki yayınlanan veriler hala üniforma tasarımları ile kıyaslar.Her iyi niyetli prototip bu güçlü tekniğin kolektif anlayışını ilerletir.

Geniş bant anten tasarımı üzerinde ek referans materyali arayanlar için, ESFLT:0) Analog cihazlardan gelen tüm bant anten tasarım teknikleri), çiftleri eleman ile iyi bir şekilde eşleştirme stratejilerine tamamlayıcı bir anlayış sunar.

İleriye bakmak

Element kasetleri, Yagi-Uda antenini, bir zamanlar ulaşılamaz bir şekilde karşı karşıya kalan frekans aralıklarında daraltarak dönüştürüyor.Bir gece genişleyen geniş kapsamlı dipole teorisine sahip olan bir çizgili geçişler yerine, rakip geçişli tasarımlarla otomatik olarak daha düşük, düzelme eğrisini düzelüyor ve radyasyon desenlerini sabitliyor.

Uygun elektromanyetik simülasyon, hassas işleme ve frekans-agile sistemleri pozisyonları için talep eden yakınlık, yüksek kazanç ve geniş bant genişliğine sahip mühendisler için yüksek kazanç ve geniş bant genişliğine ihtiyaç duyan mühendisler için pratik bir çözüm olarak Yagis'i zorlayın.