Yagi-Uda Anteninin Uzay İletişiminde En İyi Miras
1926 yılında Shintaro Uda tarafından icat edildi ve Hidetsugu Yagi tarafından popülerleştirildi, Yagi-Uda anteni - bu düzenleme, Yagi'nin en şık ve pratik tasarımlarından biri olarak radyo mühendisliğinde ilk gelişmişken, çok yüksek frekanslı bağlantıların (HF) ve çok yüksek frekanslı bağlantıların, Yagi'nin hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen doğrulanmış olması için gerekli olan uzay aracına doğru iletişim kurmaca.
Yagi Antenleri Uzayda Yapan Fizik
Dünyanın atmosferinin üstünde, radyo dalgaları en az intenasyonla öne çıkıyor, ancak mesafe karesi ile yol kaybı ölçekleri. Ay yörüngesinden veya uzaydan gelen bir uzayın şaşırtıcı sinyal bozulması gerekir. Yagi antenleri bu şekilde konsantre olun, daha kısa bir süre içinde dalga geçiyorken, daha düşük bir uzayın arkasındaki fizik, yüksek çözünürlükte 30 derece yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte yarı kuvvetle doğrudan doğruya doğruya doğru uzanır.
Element spacing ve uygunsuz eşleştirme Yagi performansı için kritiktir. Klasik tasarımlar 0.15 to 0.25 dalgalar için, yönetmenlerle genellikle% 10 daha kısa sürede şarj edilen elementin yarı dalga uzunluğuna öncelik verir. Modern hesaplama elektromanyetikler yazılımı, maksimum kazanç, en iyi ön geri dönüş oranı veya dengeli bir ticaret-off sağlar. Derin uzay bağlantıları için, tasarımcılar genellikle güneşe yakın çalışma gerektiğinde güneşe öncelik verir. Advanced Yagi tasarımları artık daha iyi olmayan anahtarlamalar için optimizasyon sağlar.
Anahtar Performans Metrikleri
- [FONT=0)Forward Gain:[Dönetici:[Dönetici:0) İstenen yönde sinyal gücü, izotropik radyatör ile kıyaslanabilir. 10element Yagi 13-15 dBi; diziler 20 dBi'yi aşabilir.
- [FONT:0]Front-to-Back:[Dön: Arka yönden sinyalleri reddetme yeteneği, karasal müdahaleden gelen bir uzay aracının veya zemin istasyonundan yansımalarının önemli ölçüde artmasını sağlamak.
- [FONT:0)Band genişlik:[Dönetici:[Dönder:% 0,3) Merkez frekansının% 2–5%, dar bant telemetri ve komut bağlantıları için yeterli. Bantlı elementler veya günlük türevler bunu 10-15'e kadar genişletebilir.
- [FONT=0)Input Impedance:[Dönetici:[Dönetici: 0,4] Genellikle standart iletim hatlarıyla eşleşmek için 50 ohm için tasarlanmıştır.
- [FONT=0)Polarizasyonluluk: [Dön tasarımla, Yagis, 1 dB altında yel oran ile dairesel kutuplaşma üretebilir, ionosphere'daki Faraday rotasyonunu azaltmak için önemli.
Tarihsel İşsizlik: Sputnik'den Apollon'a
1957 yılında başlatılan Sputnik 1, 20.005 MHz ve 40.002 MHz beacons, radyo amatörleri ve profesyonel gözlemciler tarafından takip edildi. Birçok erken zemin istasyonları, Yagi antenlerini, ABD'de küçük bir vericiyi düşük yörüngede tespit etmek için çok fazla hassasiyetle yarattı.
Apollo programı, Birleşik S-band izleme için büyük bir yemek antenleri ile ilişkilendirilirken, Yagi antenleri ekip güvenliğinde bir destek rolü oynadılar. Kurtarma, 243.0 MHz ve 121.5 MHz'de yayınlanan Apollo komuta modülünde, Arama-ve-rescue güçleri, Yagis'in bu sinyallerin üzerinde eve doğrulanmış ve Yagi antenleri, Cospas-Sarsat zemin segmentinin bir temeli olarak kaldı.
Yagi Antenlerinin Derin Uzay ve Yakın Dünya Misyonları için Avantajları
Yüksek Bir Compact Paketinde Yüksek Kazan
Parabolik bir yansıma boyutu ile kazanır; S-band (2 GHz) 15 dBi'ye ulaşmak için bir yemek en az birkaç dalga uzunluğunda olmalıdır - aksine, aynı grup için 15dBi Yagi, bir uçuş durumunda inşa edilebilir ve uzak yerlerde tek bir operatör tarafından kurulmalıdır.
Yönel Focus Pahalı Takip Beslemeleri olmadan
A Yagi'nin ana lobu, fiziksel olarak antene yön veren bir şekilde işaret ediyor.Bu, doğru bir rotacı veya kontrol sistemi talep ederken, bir yemek sistemi elektronik olarak yönlendirmesi gereken çok besleme sistemlerinin karmaşıklığını engelleyebilir.Bir CubeSat, sabit Yagi'nin doğru çözümleriyle elde ettiği anlamına gelir.Bu basit maliyet ve kontrol sistemi (ADCS), bir gimbal için gerekli olan ihtiyacı ortadan kaldırır.
Maliyet-Effectiveness ve Accessability
Uzay iletişim için ticari parabolik yemekleri, özellikle de takip yetenekleri olan, on binlerce dolara mal olabilir. A Yagi serisi eşdeğer bir aparat ve donanım mağazasından alüminyum küvetli bir fiyat için kullanılabilir. Bu, bilgisayar izleme hizmetlerinden bilimsel verileri alan istasyonlarına sahip olan sağlam zemin terminalleri elde edebilir.
Rüzgar Yük ve Çevre Ruggedness
Yagi antenleri rüzgara nispeten küçük bir kesit sunuyor, lineerlere toklama ve montaj yapılarına toklar. kutup veya çöl bölgelerindeki uzaktan zemin istasyonları için bu titreşimleri ve daha uzun bakım aralıklarına dayanıyor. Uzaylı Yagis, dağıtım başarısızlığı gibi görevlere akış yapıyor.
Uzayda Yagi Antenleri: Harsh Çevresi için Tasarım
Uzaylı, anten tasarımı üzerinde eşsiz kısıtlamalar getiriyor. Metaller veya camlar gibi malzemelerden dışlamalar hassas optik ve güneş panelleri üzerinde kirleticiler depolayabilirler. Uzaylı Yagis, birkaç Gs ve rastgele vibrasyonun yükleri için malzeme kullanıyor; elementler genellikle ısıtılmış polimerler için vizatörler için ısıtılır.
Vakumda, multipactor bozulması - metal yüzeyler arasındaki elektronların avalanche - tahrik edilen element yüksek güçle beslenirse meydana gelir. Tasarımcılar kapalı yapılarda ve dikkatle kontrol boşlukları içerir. Derin uzay araştırmaları için, radyasyon dozu endişelenir: Yahızlı dielektrikler, bu yüzden çok yönlü bir yüzeysel ışın maruz kalmalarına karşı basit bir yanardağ veya seramik standofflar tercih edilir. Bazı gelişmiş tasarımları, anteni uzay aracının yapısal derisine entegre eder, elektrik performansını korurken tasarruf hacmi.
Ground Station Networks ve Dizilerin Gücü
Tek bir Yagi anteni kazanılır, ancak birden fazla Yagis, genellikle 4, 8 veya 16 Yagis'i aşamaya kadar çalıştırdığı zaman, tüm yapıyı fiziksel olarak hareket etmeden uydurabilen etkili bir dizi oluşturabilir.
Birçok Yagis kutuplaşma saflığını da geliştirir. Örneğin, dört adet Yagis bir meydanda düzenlenen Yagi konfigürasyonları, dünya çapındaki araştırmacılara ücretsiz telemetri erişim sağlamak için uygun aşama gecikmeleri ile beslenebilir.In Citizen Science, NASA'nın Dünya Gözlemevi ortakları gibi ağlar, ücretsiz Yagi tabanlı istasyonlardan görüntülenen otomatik Yagi tabanlı istasyonlar için, herhangi bir çiftliği kullanarak, özel bir şekilde otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak kontrol edilir.
Frekans Bands ve Yagi Design üzerindeki Etkileri
Klasik Yagi VHF (30-300 MHz) ve DW (300-3000 MHz)'de gelişiyor; Uzaylı Yagi, yüksek frekanslarda, yönetmen elementler çok küçük bir performans olarak, yüksek çözünürlükte bir devrede kullanılan bir "kuygunluk" için tasarlar ve X-band (8.4-8.5-8.5) için yüksek çözünürlükte geliştirilen yüksek çözünürlükte, yüksek frekanslarda, yönetmen elementler, yüksek çözünürlükte küçük bir devreler oluşturabilir.
Geleneksel görevler için, 400-470 MHzUV bandı, kalıcı bir dış anten başarısız olursa bir şekilde bir iş ilan edilir. Uluslararası Uzay İstasyonu, iki Yagis veyathogonal'ı okul bağlantıları için kullanır. Teknolojinin basitliği, astronotların uzay yürüyüşü sırasında el işaret ettiği anlamına gelir.
Meydan okumaları: Band genişliği, işaret ve Interference
Sınırlı bant genişliği, Yagi antenlerinin eleştirisi olmuştur. Tipik üç uygulama tasarımı sadece% 2 fraksiyonlu bant genişliğini, yayılma-spectrum sinyalleri veya frekansın boyutlarını genişletmek için yetersiz olabilir. Modern çözümler, sabit bir dizi Yagi konsepti ile giriş yapmak için kullanılır (Yagi konseptinin bir türevsel türü) veya sabit bir anahtarlama alanı oluşturmak için kullanılan bir anahtarlama işlemi için sabit bir şekilde genişletilebilir.
Precise işaret zorunlu, özellikle yarı güç kirişi yalnızca 25°'dir. Bir uzay aracı üzerinde, tutum bilgisi birkaç derece içinde doğru olmalıdır. Ground istasyonları, iki parmaklı elemanlardan mutlak işaretli doğruluk gerektirir, bu neredeyse sabit bir şekilde görünen hedefler için telafi etmek gerekir.Modern Yagi kontrolörleri takip eden arayüzler, göksel sinyallerin yersiz geçiş bölgelerinden daha fazla bağlantı kurmasını hedefle bir araya getirebilir.
Yagi vs. Parabolik Yanor: Hangi Seçilir Hangi
Yagi ve bir yemek yemeği arasındaki seçim her zaman basit değildir. Parabolik reflektörler son derece yüksek kazanç (40 dBi veya daha fazla) ve geniş bant genişliği, onları daha düşük kesitsel alan ve karmaşık bir yem sistemi ile iletişim kurmayacaklardır.A deployable Yagi, basit bir yanıklık bir kablo veya baharda serbest bırakılan küçük görevler için garanti edilirken, bir bardak desteğin daha yüksek olması gerekir.
Daha az yaygın bir alternatif, her iki kutuplaşma ve geniş bant genişliği gerektiren görevler için, birim uzunluğuna sahip olmak genellikle daha küçük bir form faktörü ile aynı kazanç elde edebilir, ancak bir helical anten daha geniş bir bant genişliği sunar.For tasks necessarying both polarization and wideband, a quadrifilar helix may be selected, ancak birim uzunluğuna sahip olmak genellikle yüksek çözünürlükte bir program ve küçük inşaat programları için maliyetinin üzerindedir.
Vaka Çalışmaları: Gerçek Misyonlarda Yagis
- [FONT=0]OSCAR-7: 1974 yılında AMSAT tarafından başlatılan bu amatör radyo uydu, iki metre (145 MHz) ve 10meter (29 MHz) transponder. onun VHF downlink, dairesel bir kutuplaşmış Yagi serisi kullandı. OSCAR-7, 2000'lerin başlarından beri, onlarca radyasyon ve termal bisikletin on yıllarca süren sağlam anten tasarımına rağmen.
- [FONT=0)NOAA'nın Polar-Orbiting Hava Uyduları: [DDÜT:1] Yüksek Çözünürlük Resim İletim (HRPT) genellikle 1 metrelik bir yemekle alınır, ancak klasik APT 137 MHz'de evrensel olarak QFH veya dönüşen bir anten kullanıyor. Yagi serisi, kutuplaşma ile daha yüksek bir görünüm alanı elde etmek için popüler bir alternatif haline gelmiştir.
- [FONT:0]Planet Labs'ın Dove Uydu Filosu: Erken nesiller, Kasım ayında kolay bir şekilde, güvenilir Yagi'nin bağlantı ve telemetri altlink için kullandığı, antenler, son on yılda başlatılan uydunun son kapaklarına entegre edildi.
- [FONT:0]Mars Express:[Dönetici:[Dönetici] Ana iletişim anteni yüksek geri dönüş yemeği olmasına rağmen, uzay aracı ile iletişim için bir İZMİR Yagi benzeri anten taşıyor.
- [MarCO CubeSats (Mars Cube One): [Dönetici:0) NASA'nın InSight arazier'e eşlik eden iki MarCO CubeSats, giriş sırasında bile, iniş sırasında InSight antenleri dağıtabilir ve iniş.
Modern İletişim Protokolü ile entegrasyon
Bir miras teknoloji olmaktan uzak, Yagi antenleri, en son dijital modlarla tamamen uyumludur. Yazılım tanımlı radyolar (SDRs) antenin kazanımı gibi gelişmiş modulation şemalarını uygulamaktadır. Yüksek performanslı bir zemin istasyonunun birleşimi, küçük ülkelerin ilk ulusal CubeSat programları ile çalışmasını sağlar, daha düşük Eb/N0'a güvenmek için sensör bilgilerini azaltır.
Ayrıca, Yagi antenleri, düşük hacimli yükselteçlerle (LNAs) doğrudan Dwingeloo Radyo Gözlemevindeki sinyalleri en aza indirmek için, uydu zemin istasyonlarında ortak, hassas alıcılar ve gelişmiş sinyal işleme ile bir araya geldiğinde küçük bir antenin etkili ufukunu genişletir.
Bakım, uyum ve Uzak Operasyon
Mekanik taşıyıcılar ve elementlerin korozyonu, temel olarak Yagi sistemleri için başlıca başarısızlık modlarıdır. Anodized alüminyum elementler kıyı tuz spreyine karşı direnir, ancak normal görsel denetimler ve VSWR kontrolleri tavsiye edilir. Birçok otomatik uzaktan istasyonlar yüksek rüzgarlarda antenler kullanıyor. Rotator donanımlar iç kondensasyonları önlemek için kurutulabilir ve baskılar ile baskılanabilir.
Yagi istasyonlarının uzaktan operasyonu rutin hale geldi. Via internet bağlantılı rotator kontrolörleri ve SDR alıcıları bir Raspberry Pi veya benzer tek kişilik bilgisayar üzerinde barındırılan bir işletme, bir kıtadaki bir istasyondan diğerine geçiş yapabilir.Bu dağıtılmış, açık erişim modeli, herhangi bir katılımcıdan toplam temas süresine kadar artar, yüksek ücretli bir alan iletişimi aktif olarak teşvik eder.
Future Developments and Deep Space Prospects
Gelişen malzemeler Yagi'nin rolünü genişletmeye söz verir. rijim edilebilir polimerlerden yapılan şok patlamalar, 30 katlı Yagi'nin uzayda 10 metreye kadar düz ve genişleyerek, kütle olmadan 2 metreye kıyasla elde edilebilir bir kompozit yapılara izin verebilirdi.
Uzayda üniversite (3D baskı) başka bir sınırdır. A Yagi anteni, yüksek frekanslı inter-satellite bağlantıları için sürekli fiber-reinforced polimer kullanılarak yazdırılabilir.Küçük uydular Ka-band (26-40 GHz), mikrostrip Yagi'li 60-koklu bir şekilde yazdırılmış bir eşdeğerliğe sahip olan bir çiftliğe geçiş yapan bir birim yerine, yüksek frekanslı bağlantıların aramaktadır.
Metamalzeme tasarımları Yagi prensiplerini yeni alanlara itiyor. Yagi dizilerini boğmak için birleştirin, mühendisler belirli bir sayıda element için klasik kazanç limitlerini aşabilir. Bunlar, her decibel'in önemli olduğu küçük uydular için özellikle cazip.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Sputnik'in uzay misyonlarının talepleri ile tanışması için bazı malzemelerden vazgeçmiş, Yagi antenleri hem çimenleri hem de ulusal alanları güçlendirmiş durumda. - Biz, güneş sistemi içinde inşa edilmiş bir elementin basit bir şekilde, birkaç parasitik çubukla tanışması için gelişmiştir. - Yagi antenleri hem de elektriksel boşlukları ve uzay düzlemleri arasında sağlam bir şekilde güçlendirecektir.