Yagi-Uda antenleri uzun zamandır yön odaklı ve kazanılmış, onları karasal radyo bağlantıları ve amatör radyoda bir işhor haline getiriyorlar.Bu antenler stratosphere aboard yüksek çözünürlük platformlarına kaldırıldı (HAPs) -drones, balonlar veya hava gemileri, Dünya üzerindeki 20 ila 50 km arasında bir araya getiriyor - geniş alan bağlantıları ve dinamik bir şekilde yeniden ayarlamaları gerekir. Ancak, zeminden gelen geçiş basit bir değişim değildir; bu sert bir karışım, ısınmış bir döngüyü, daha hızlı bir şekilde yeniden tasarlamaları sağlar.

Yagi Antennas Fit High-Altitude Deployment

Yagi antenleri, bir yansımacı tarafından ezilen bir elementten doğrudan bağımlılıklarını elde ederler ve bu yönsüzlük tam olarak bir basamaklı ağ geçidine doğru, bir uydu rölesi veya başka bir platforma doğru, aynı anda, 20 dB'ye yapılan müdahaleyi uzun süre bastırmak için gerekli olan bir güç için azalır.Bu seçici kirişler için çok yönlü platformlar için -ves alıcı için çok yönlü bir yük sağlar.

Öte yandan, Yagi antenleri mekanik basitlik sunar. Hafif alüminyum veya kompozit küvetten imal edilebilirler, kompakt stil hacimlerine katlanmak ve her gram önemli ve güç bütçelerinin sıkı olmasına rağmen, bu pasif kirişlerin tüm montajlarda bulanıklaşması gerekir.Togis tokyotlama hacmine veya büyük yansıma yüzeyleri gerektirmez; farklı fazlanmış dizileri aksine, karmaşık ve güçlendirici bir şekilde aydınlatmak için 10 adetten daha az sayıda elektrikli el fenerin yanı sıra, son derece yüksek çözünürlükte bir şekilde sabitlenmez.

Orta rüzgar yüklemesinin ve öngörülebilir bir radyasyon modelinin kombinasyonu Yagi serisi, Zephyr) gibi sabit olmayan balonlar için pragmatik bir seçim yapar.[Dönemli projeksiyonlar için tıklayınız.[Dönemli)Loon projesi[Dönemli bir şekilde, yüz kilometrelerce boyunca, eğimli cepli pencere bağlantıları için birden çok Yagi antenleri taşır.

20-50 km'de atmosfer meydan okumaları

Straatosphere serene görünebilir, ancak aşırılıkların bir ortamıdır. Sıcaklıklar üst erişimde 90 °C'ye atabilir, hava basıncı deniz seviyesinin% 5'inden daha az ve ozon konsantrasyonları zirveye, korrosif koşullar yaratır.Bir anten sistemi için, aşağıdaki atmosferik faktörler özellikle kritiktir.

Signal Propagation Through a Thin, Turbulent Medium

Stratopheric yüksekliklerinde, hava yoğunluğu o kadar düşük ki, refraktif indeks sadece 1'in üzerinde biraz daha yukarı doğru uzanır, ancak ana lobun kendisini katmana basarak, özellikle de rüzgar hearının en güçlü olduğu yerlerdeki çatlaklarla kırılabilir.

Moisture başka bir gizli değişken sunar. stratosphere genellikle kuru, yüksek çözünürlük bulutları ve volkanik aerosoller bazen su buharı ve mikrodalga sinyalleri absorbe eden partikülleri, özellikle de 10 GHz'nin üzerinde çalışan Yagi sistemleri için, ekstra bağlantı - Hungaai-Hungatus'un patlamasını 2 ay içinde tekrarlamak için geri yüklemeleri gerekir.

Termal Stres ve Malzeme İtrasyon

Diurnal termal döngüsü - gün boyunca radyasyon ısıtması ve gece hızlı radiative soğutma - genişleme ve sözleşmeyi tekrarlamak için anten elemanlarını geri döndürebilir. Tipik bir alüminyum Yagi boom, 3 metre uzunluğundaki mesafeyi 3, dayanıklılık olmadan, elementin ısıtılması, serinin ilişkileri ve iki gece boyunca tekrarlama işlemine yol açabilir.

Polimer bazlı insülatörler ve montaj çatlakları düşük sıcaklıklarda çırpılabilir, mekanik başarısızlık riski. Tekrarlanan cam-transition çevrimleri, naylon gibi ortak termoplastiklerin mikrokratik ve UV direncine yol açıyor.Ancak, ekzofren tabakası ve UV ışınlarına göre daha fazla saldırıya maruz kalan metalik eklemler. Tasarımcılar genellikle 7075-T6 alüminyum veya titanyum gibi havacılık alaşımlarına dönüşürler ve yüzeysel olarak sertleştirici bir şekilde azalırlar.

Platform Hareket ve Anten Stabilizasyon

HAPs statik değildir. Stratospheric balonları üstün rüzgarlara sürükler, bazen HP'nin sabitlediği 3 °'ye doğru yol açarken, HPBW'leri 20-30 ° kadar dar tutmak için ayarlanabilir - sadece birkaç derece - radyasyon deseninin çıplaklığına bir bağlantıya zorlayabilir, böylece derin bir şekilde titrer.

Bu zorluklarına hitap etmek, malzemelerle başlayan ve mekanik tasarım, RF optimizasyonu ve sinyal işleme yoluyla genişletilen sistematik bir yaklaşım gerektirir. Aşağıdaki alt bölümler operasyonel HAP sistemlerinde kanıtlanan temel mühendislik stratejileri.

1. Aşırı Altitudes için Malzemeler ve İnşaat

Modern HAP Yagi antenleri giderek daha fazla karbon fiber-reinforced polimer (CFRP) boks ve paslanmaz çelik veya titanyum elementleri sunuyor. CFRP daha düşük ısı genişleme katsayısı (CTE) – 1-2 ppm /°C, alüminyumun elektriksel iletkenliği ile karşılaştırılırken, yüksek çözünürlükte 1 ila 10 ^4 S /m - alüminyum plakaları azaltır ve daha düşük çözünürlükte kullanılır.

Dielektrikli bileşenler –baluns, yemleme insülatörler – Filtreden (Teflon) veya benzer düşük parlaklıktan yapılmış, UV-yerel malzemeler.Basit bağlantılar stres puanlarında kaçınılmalıdır; bunun yerine, mekanik crimps (daha iyi paslanmaz çelik kollar) ve kaynaklanmış veya yumuşak bir kavimli klüpler daha iyi bir şekilde çalışır. Conformal kaplamalar, parylene C gibi, ince (10-25 μm), bariyerlere karşı düzgün bir şekilde azalır, yerine, bariyerleri azaltır. Parylene C.

2. Enhancing Hold and Pattern Stability

20 km'den uzun yol boyunca sinyalin azalması için, zemine ve sonra ufukta, anten mühendisleri Yagi dizilerini sınırlarının sınırlarının içine itiyor.İki veya dört Yagisken paralel olarak ayarlandığında, sabit bir şekilde ve kullanım için, iki mil boyunca kirişin iki düzlemde demetin daraltılması gerekir.Bu yapılandırma ayrıca daha sonra 0,8 °'lik bir aradaki mesafeyi azaltıp, yüzeysel olarak sabitlediği zaman, 4'e kadar sabit tutmalı.

Hatta sıkı kiriş kontrolü için, sözde “loop-feder diziler”, tahrikli bir döngü ile basit dipollü elementin değiştirilmesi ve geri dönüş oranını artırmak için kullanılır.TheurFLT:0)ARRL Antenna Book[FLT], bu tür tasarımların çoğu zaman çok daha düşük ısıtılması için kullanılır.In parallel olarak, genetik algoritma üretimi, element uzunluğu ve geri dönüşüm oranı, maksimum kazanç sağlar.

3. Aktif Stabilizasyon ve Noktalama Sistemleri

Ultrasonik ölçüm ünitesine cevap veren ölçümler (IMU) verileri artık HAP Yagi antenleri için standarttır. Hafif 2 eksenli gimbal kullanarak fırçasız DC motorlar, istenen ±0.5°'ye kadar istenen bir kanalda, GPS tabanlı yerden veri kullanarak, mekanik hareket olmadan ekran genişliğine işaret eden 9 eksenli bir IMU'ya entegre edilebilir.

Tahmin edici stabilizasyon algoritmaları, işaretli bir hatanın geliştirilmesinden önce toplanabilen bir dizi sabitleme yöntemiyle, Google'ın Loon balonları üzerinde bile karşılaştırılabilir.Bu tekniğin birkaç millik bir araya getirilmesiyle, son zamanlarda Kalman filtrelerini veya yüzde 100 km boyunca bağlantı bütçelerini korumak için birkaç mil daha fazla veriye sahip olan bir ölçümle bir araya geldi.

Operasyon frekansının seçimi atmosfer kaybına karşı birincil savunmadır. Low206 bandı (400-900 MHz) su buharı ve oksijen absorpsiyonundan daha az acı çeker, ancak gerekli Yagi elementleri 2.4 GHz'de tipik olarak büyük bir hava ile Yagi, 450 MHz'de 12 metre uzunluğundadır ve aynı sayıda elementin 0,5 metreden fazla olmasını sağlar.

Uzun zamandır, 6-15 GHz aralığı çekicidir, ancak oksijen absorpsiyonları yaklaşık 60 GHz'e kadar programlanabilir.The link bütçesi genellikle C-band (4-8 GHz veya X-band (8-12 GHz), yağmurun minimumda olduğu yerde, 10 W6'ya kadar yüksek bir eğimli yüksek çözünürlükte (yüzlü) ile 10 dBm hattını kullanarak.

5. Adaptif Signal Processing ve Hata Düzeltme

Antenin kendisi pasif olsa da, iletişim sistemi, 100 ns'e kadar gecikmeyi azaltabilir ve bu da düşük yükseklik açılarından kaynaklanan yüksek çözünürlükte bir bağlantıya sahip olacaktır.Fordbbitkis (FEC) kodları, düşük beslemeli eşitleme (DFE) gibi, 10-20 dokunuşu ile birlikte, USB-S2 ve 5G'de kullanılan bir HAP'ye kadar, daha fazla netleştirme oranına sahip olmak için daha fazla net bir şekilde geri dönüş sağlar.

Daha sofistike kurulumlarda, Yagi anteni birden çok-kanıtlı bir çok-kanıtlı (MIMO) çerçeveye entegre edilir. Platformda iki veyatogonal Yagis, kutuplaşma çeşitliliğine göre bağımsız veri akışlarını aktarabilir. Cross-polarized Yagis - bir dikey, bir tane - yüksek ayrımı gerektirmeden iki bağımsız kanal daha iyi bir şekilde, yüksek çözünürlükte 2Xlite sistemi ile sonuçlanabilir.

Vaka Çalışması: Stratospheric Balon İletişim Ağı

25 km yükseklikte konumlanan bir stratospheric balonları düşünün, genişbanlı bir balkon bölgesine genişleyen genişbanlı bir kablo ile besleyin.Her balon, dB/m kaybı için bir zemin istasyonu ve diğerini bir alt bölme için bir 12 bin dB ile korur.

Tipik bir uçuş sırasında, balon söndürücü sıcaklıkları - gün içinde -20°C'ye kadar.Depişleme kodlaması (görüntüleme cihazı) bağlantıyı 0.1 mm'de tutar.Bir minyatür 2 eksenli gimbal (0.8 kg) 10 dB'ye kadar tutar ve rüzgarlar, her bir mühendislik katmanında 1°'ye kadar doğrultucun sabit tutulmasına neden olur: 10 Mbps'ye kadar sabit bir sinyal kesintisi.

Yagi'yi HAPs'taki Diğer Anten Türlerine Karşı Karşılaştırma

Parabolikal plato antenleri belirli bir boyut için daha yüksek kazanç sağlar – 5.8'te 1 metrelik bir yemek kaşığı - ancak mekanik taramaları ağır ve sert pozisyonlayıcıları gerektirir, onları ultra ışık HAP'lara daha az uygun hale getirir ve gimbal ile birlikte 1 metrelik bir araya getirir, ancak birçok aktif bileşen (daha fazla) DC-kullanıcı bir şekilde şarj edilebilir.

Patch ve slot antenleri, genellikle geniş kesim için kullanılır, uzun vadeli arka platform için gerekli kazançtan yoksundur. 10-15 dBi, 10-30 dB'nin ortalama bir yama üzerinde yararlanır, ilk satın alma için on kat artış veya aynı aralıkta bir yüz kat azaltımı sağlar. Hedef, bağlantı noktasının üzerinden devam etmesi için en az güç tüketimi kararlıdır. Bazı operatörler karma programları kullanır: ilk satın alma için düşük girişli bir yama (örneğin, 3 dBiyuşluk bir mil daha fazla kiriş ile) ve bir çift geçiş noktası ile yapılır.

Future rotası ve Gelişen Teknolojiler

Ek olarak, Yagi antenlerinin HAP için nasıl üretildiğini değiştirmek için eklenmiş ve metalik yüzey kaplamaları ile en iyi 400 adet beton kablolama hattını ve tümleşik bir şekilde monte edilen noktaları tamamen tek bir monolitik parçaya entegre eden 5.8 / 1 inçlik beton kaplamalar için eklenmiş bir şekilde eklenmiş olan ve yüksek çözünürlükte 13.5 djeksiyon için eklenmiş bir şekilde üretime olanak sağlayan yüksek çözünürlükte toplam 5.8 GHz Yagi serisini göstermiştir.

Yapay zeka da resmin içine giriyor. Sabit kiriş kalıplarına güvenmek yerine, sinir ağları, tam bir fazlı bir dizi olmadan bir Yagi'ye küçük bir dizi ayarlı parasitik elementleri kontrol edebilir.AFLT:0)2021 IEEE kağıt[FLT: 1) Bazen bir “akıllı Yagi” olarak adlandırılır, çoğu platformda etkili bir şekilde kontrol etmek için yeterli PIN diyotları kullanır.

Yagi antenleri, 12 km'nin üzerinde yapılan iki yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan ve doğrudan iletişim kurma gibi bir başka sınır.The 3G and future 6G non-terrestrial network (NTN) is another limits. Standards body such as 3GPP are define the direct communication between smart and HAPs in release 17 and Beyond.)[Döneticileri değiştirmişken, 2 GHz ve 2.6 GHz bandında 12 GHz ve 2.6 GHz bandında, sabit hizmetleri için 38 GHz'in üç katına çıkarıldığı gibi, yüksek çözünürlükte 3G2 görüntülemeye sahip olduğu gibi,

Çevre ve Operasyonel Tahminler

Teknik özellikler ötesinde, HAP'ların operasyonel ortamı pratik kısıtlamalar getiriyor. Antenler başlatıp kurtarmayı sağlamalıdır, bu da yüksek titreşimi (tabili akış üzerinden 10 g RMS'ye kadar) ve hızlı baskı değişiklikleri (30 dakika içinde 50 $ 'dan 50 $ 'a kadar) su içirerek ve iniş sırasında, 20'lik bir enerji çıkışı ile ısıtılabilir.

Yıldırım 20 km'de bir tehdit değildir, ancak statik şarj, o uçak uçları ile geçişten gerçekleşir (örneğin, cirrus veya volkanik ash) hassas silikonların üzerinde yayılabilir ve 10 μA'ya kadar tüm metalik parçalara ortak bir zemin oluşturmak için - ve statik deşarj wicksiyonların dahil edilmesi, bir HAP misyonunun son hafta veya besleyicileri korumak için kullanılabilir.

Test ve Geçerlilik Protokolleri

HAP Yagi antenlerinin önceden iş başında test edilmesi, vektör ağı analizörleri sıcaklık-kompanze kablolarla çoğaltmak zorundadır. Yakındaki tarayıcılar (örneğin, 2 kattan fazla yolcu) haritası ile 10 dB'ye kadar basınç modeli pompalarken, motorların kazanıp ±1° işareti ile ilgili ölçümler yapabilmelerini sağlamak için izin verin. Yakındaki tarayıcılar (örneğin, 2 katta 2 katlama yolculuğu)

Küçük ölçekli modeller ile uçuş testleri - bu testlerden yüksek çözünürlükte (örneğin, tasarım döngüsüne ek olarak, ölçüm malzemeleri, boks boyutlarına ve stabilizasyon algoritmasının parametrelerine ekleyen bir programda bulunan bir bütçeye göre, yüksek çözünürlükte yapılan testlerden elde edilen hıza kadar olan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yapılan ölçümler için gerekli olan ölçümler için gerekli olan ölçümler için gerekli olan ölçümler.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yagi antenleri kendilerini bir analog geçmişinin yeniden lisanslamaları olarak kanıtlamışlardır, ancak çok yönlü, yüksek performanslı modern yüksek çözünürlükli iletişim sistemlerinin bileşenleri ile karşı karşıya kalır.Gerçek, yönsellik, basitlik ve düşük ağırlık - HAP'ların kısıtlamaları ile mükemmel bir şekilde, küresel bağlantı için yeni olasılıklarla birlikte, çevresel izleme ve felaket cevabımızı yeniden tasarlamaya devam eder.