Crédito da imagem: Raysonho @ Open Grid Scheduler / Grid Engine, YagiAntena, CC0 1.0
Pontos para discussão
- Introdução
- Uso de antena Yagi uda
- Elementos de uma antena Yagi Uda típica
- Construção da antena Yagi uda
- Projeto da antena Yagi Uda
- Padrão de radiação da antena Yagi uda
- Poucos problemas matemáticos relacionados à antena Yagi-Uda
Introdução
Para definir uma antena Yagi-Uda, devemos saber a definição adequada da antena. De acordo com as definições padrão IEEE de antenas, “Uma antena é um meio para irradiar ou receber ondas de rádio”.
Uma antena yagi-uda é basicamente uma matriz de dipolos retilíneos com um elemento de alimentação e outros elementos parasitas. Ele pode ser descrito como um arranjo final, o que significa que o arranjo é um conjunto de antenas conectadas internamente e a unidade total funciona como uma única antena.
Desenho de uma antena Yagi típica,
Crédito da imagem - Autor desconhecido Autor desconhecido, Antena de TV Yagi 1954, marcado como domínio público, mais detalhes sobre Wikimedia Commons
A antena Yagi Uda é uma antena muito realista para o domínio de alta frequência, pois opera no campo de alta frequência para um domínio de ultra-alta frequência.
O professor S. Uda e o professor H. Yagi, da Tohoku Imperial University, Japão, foram os primeiros a descrever esse tipo de operação da antena. A antena é freqüentemente interrompida como 'Antena Yagi'.
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Uso da antena yagi uda || Aplicações da antena yagi uda
A antena Yagi é uma das antenas amplamente utilizadas. Tem sido usado como antenas de TV em inúmeras residências devido à sua alta diretividade. Muitos leitores o reconheceriam apenas ao ver a foto. Tem aplicação em rádios amadores, na área de RADARs, em aplicações de satélites e RFID.
Uma moderna antena yagi-Uda de alta frequência, usada para televisão,
Origem da imagem - Tennen-Gás, Antena de TV UHF 001, CC BY-SA 3.0
Elementos de uma antena Yagi Uda típica
Como já foi dito, uma antena Yagi Uda típica é um conjunto de pequenas antenas e tem um elemento para alimentação de energia e outros são parasitas.
O elemento de alimentação mais usado de uma antena yagi uda é um dipolo dobrado. O radiador é especialmente construído para a operação de uma matriz de acionamento final. Os elementos parasitas no feixe dianteiro agem como diretores e as peças no feixe traseiro agem como refletores. Isso completa a antena.
As hastes finas são alinhadas em uma barra transversal com seus centros. Há um elemento acionado, vários elementos parasitas, um refletor e um ou mais diretores. Como o nome sugere, os elementos parasitas não estão fisicamente conectados ao transceptor e funcionam como radiadores passivos. Eles irradiam ondas de rádio que afetam ainda mais o padrão de radiação. A distância entre as duas hastes depende do comprimento de onda do sinal. Normalmente, a distância muda de um décimo para um quarto do comprimento de onda.
O tamanho dos diretores é geralmente menor do que o elemento acionado, que também é mais conciso do que o refletor.
O ganho de uma antena yagi uda depende do número de elementos parasitas presentes. O aumento do número de elementos parasitas aumenta o ganho geral da antena. É por isso que existem vários diretores em uma antena yagi-uda. Como o refletor tem um efeito insignificante no ganho da antena, há apenas um refletor na antena.
Construção da antena Yagi uda
Discutiremos a construção de algumas partes da antena yagi uda. As apostas são - elemento impulsionado, diretor e o refletor.
- Diretor: É o elemento mais curto da antena yagi uda. Esta parte é direcionada para a fonte receptora. O comprimento dos detectores depende da distância entre os detalhes e do comprimento de onda dos sinais. O ganho de uma antena yagi uda tem relação com o comprimento da antena. O comprimento da antena também aumenta com o aumento do número de diretores.
- Elemento orientado: É o elemento que possui o ponto de alimentação de energia. O transmissor é conectado a este elemento por meio do ponto de alimentação. O ponto de alimentação normalmente fica no centro do componente. O comprimento da parte é a metade do comprimento de onda.
- Refletores: É uma unidade única e construída na extremidade do conjunto de antenas, logo após o elemento acionado. Possui o maior comprimento entre os elementos parasitas. O espaçamento do refletor depende do comprimento de onda, largura do feixe e ganho da antena yagi uda. A frequência ressonante do refletor é geralmente mais baixa.
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Funcionamento da antena yagi uda
Vamos chamar a atenção para a operação e funcionamento de uma antena yagi uda. Suponha uma antena yagi uda típica com um refletor, um elemento acionado e um único diretor.
Conforme discutido anteriormente, o comprimento do elemento de acionamento é a metade do dipolo e está conectado diretamente à energia elétrica. Ele fornece energia para toda a antena, uma vez que tem o ponto de alimentação, e todos os outros elementos parasitas estão internamente associados a este elemento.
Agora, assuma os elementos parasitas (tanto os refletores quanto os diretores) como um elemento dipolo geral de um diâmetro mensurável e alimentado no meio por meio de um curto-circuito. A teoria da linha de transmissão diz que um curto-circuito pode refletir a potência a 180 graus.
Partes de uma antena yagi-uda típica,
A - Elemento acionado, R - Refletor, D - Diretor,
Crédito de imagem - Sankeytm, Elemento Yagi 3, CC BY-SA 3.0
Assim, a operação pode ser projetada como a mistura de um elemento dipolo receptor de energia que recebe a energia e envia para a carga combinada e um elemento dipolo transmissor de energia que transmite a energia para o conjunto da antena.
Agora, em um instante, se a potência recebida e enviada estiverem 180 graus fora de fase entre si, o resultado será tensão zero. Isso significa o curto-circuito do diodo no ponto de alimentação. É por isso que a potência irradiada está em fase de 180 graus com as ondas incidentes.
Os elementos parasitas na antena são menores que ½λ. O refletor é maior do que ½λ e geralmente está atrasado na fase da tensão de circuito aberto. O sinal de entrada gera a tensão. O diretor também é menor que ½λ. Ele atrasa a tensão da corrente.
Projeto da antena Yagi Uda
Ao contrário da antena de chifre, não existem regras rígidas e rápidas para projetar uma antena yagi-uda. Existem alguns parâmetros físicos críticos que resistem a fazê-lo. Alguns dos parâmetros são os seguintes -
- 'Comprimento do elemento e distância entre eles.'
- A medição das hastes ou o diâmetro das hastes.
- Alguns parâmetros críticos como - Ganho e resistência de entrada.
Porém, existem alguns métodos de análise e cálculo para descobrir os resultados desejados. Para uma antena yagi uda de n-elementos, há 2n-1 números de parâmetros a serem considerados.
A análise da distribuição de corrente é feita resolvendo a 'equação integral de Hallen'. A suposição de uma onda estacionária clássica e a condição de outros condutores também são levadas em consideração. o método de análise é complicado e requer resultados precisos, embora algumas aproximações vitais sejam necessárias para completá-lo.
As antenas projetadas passam por métodos de tentativa e erro para modificar ainda mais. Às vezes o antena começa com um design e termina com outro após certas modificações no processo. Atualmente, a simulação computacional auxilia os projetistas/engenheiros a verificar o resultado.
Padrão de radiação da antena Yagi Uda
Padrão de radiação é a dependência angular da força das ondas de rádio de qualquer fonte eletromagnética. A imagem abaixo mostra o padrão de radiação de uma antena yagi uda.
Vantagens Yagi uda Antena || Desvantagens da antena yagi uda
A antena Yagi uda tem vantagens e desvantagens. Mas não há dúvida de que esta antena fez algumas mudanças drásticas no campo das antenas comerciais. Ele tem a maior popularidade de todos os tempos como antenas de TV devido à sua grande largura de banda. Vamos discutir algumas de suas vantagens.
Vantagens da antena yagi uda
- A antena Yagi uda tem um ganho decente de 7dB, o que é suficiente para suas aplicações.
- O conjunto de antenas Yagi uda é um tipo de antena de direção.
- Este tipo de antenas é adequado para aplicações em alta frequência à faixa de frequência ultra-alta.
- Essas antenas têm relação ajustável de ack.
Vamos discutir algumas desvantagens da antena yagi uda.
Desvantagens da antena yagi uda
- Embora as aplicações de antenas yagi uda sejam adequadas para o ganho da antena, o ganho não é muito alto em comparação com qualquer outro tipo de antena.
- O projeto requer um grande número de elementos.
- Qualquer dano aos elementos parasitas leva à disfuncionalidade de toda a antena.
- O tamanho é bastante grande, por isso hoje em dia as antenas não são utilizadas pelas pessoas.
Alguns problemas matemáticos relacionados à Antena Yagi Uda
1. Projete uma antena yagi uda com as seguintes especificações. Diretividade: Relativa ao dipolo ½λ e situada no mesmo nível. Magnitude: 9.2 dB. f0 = 50.1 MHz. O diâmetro desejado dos bastonetes parasitas: 2.54 cm. O diâmetro desejado da lança de suporte metálica: 5.1 cm. Descubra os espaçamentos entre os elementos, comprimentos e comprimentos de toda a matriz.
Alternativa?
A freqüência de operação é fornecida como 50.1 MHz. O comprimento de onda vem como λ = 5.988m.
O diâmetro desejado dos bastonetes parasitas é dado como d = 2.54 cm.
Portanto, d /λ = 2.54/598.8
Ou, d /λ = 4.24 x 10-3
O diâmetro desejado da lança de suporte de metal é dado como D = 5.1 cm.
Portanto, D /λ = 5.1/598.8
Ou, D /λ = 8.52 x 10-3
Precisamos usar um gráfico que nos dê 'comprimentos não comprimidos otimizados de elementos parasitas de uma antena yagi-uda'. Usando este gráfico, podemos entender que o conjunto de antenas desejado teria um total de cinco elementos (um elemento acionado, um refletor e três diretores).
A segunda coluna do gráfico nos dá o comprimento não compactado ideal para o valor de d / λ = 0.0085.
l1 = 0.482λ
l3 = 0.428λ
l4 = 0.424λ
l5 = 0.428λ
O comprimento total da antena será L = (0.6 + 0.2) λ = 0.8λ. O espaçamento ou a distância entre os diretores parasitas será de 0.2λ e o espaçamento do refletor será o mesmo que é 0.2λ.
Olá, meu nome é Sudipta Roy. Eu fiz B. Tecnologia em Eletrônica. Sou um entusiasta da eletrônica e atualmente me dedico à área de Eletrônica e Comunicações. Tenho grande interesse em explorar tecnologias modernas, como IA e aprendizado de máquina. Meus escritos são dedicados a fornecer dados precisos e atualizados a todos os alunos. Ajudar alguém a adquirir conhecimento me dá imenso prazer.
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