Как рассчитать антенну яги

Yagi калькулятор

Описание: Очень простенькая программа для расчета антенн «волновой канал». Прилагается исходники на программе BASIC. Все надписи на немецком языке. По этой программе мы построили несколько антенн. Рассчитывает неплохо. Автор DK9DY

Категория:

Информация о файле

Размер файла: 29 кб. Создано: 00.00.0000 00:00:00 Ресурс получен от: David de 4L1DA Файл запрашивали: 5211 раз(а)

Рейтинг этого файла

Загрузить файл

Похожее программное обеспечение

Название	Категории	Обновлено
Yagi Uda	Радиолюбительские расчеты >> Расчет антенн	00.00.0000 00:00
Yagi Optimizer	Радиолюбительские расчеты >> Расчет антенн	00.00.0000 00:00
ANTFO.BAS YAGI ANTENNA DESIGN	Радиолюбительские расчеты >> Расчет антенн	00.00.0000 00:00
YAGI ANTENNA DESIGN	Радиолюбительские расчеты >> Расчет антенн	00.00.0000 00:00
Quick-Yagi	Радиолюбительские расчеты >> Расчет антенн	00.00.0000 00:00

Калькулятор для антенны YAGI

Онлайн калькулятор поможет Вам рассчитать параметры для антенны YAGI. Калькулятор для антенны YAGI – это инструмент, разработанный для точного проектирования и расчета параметров YAGI-антенн, широко применяемых в радиолюбительстве и коммерческой связи. Этот инструмент обеспечивает эффективный способ оптимизации антенны для заданных частот и требований пользователя.

Пожалуйста напишите с чем связна такая низкая оценка:

Для установки калькулятора на iPhone — просто добавьте страницу
«На главный экран»
Для установки калькулятора на Android — просто добавьте страницу
«На главный экран»

Смотрите также

488 дн. назад

Не понятно: на картинке для 2-х эл. изл.+рефл., в расчетах изл.+директор. судя формуле директор.

1091 дн. назад

А какое расстояние должно быть в точках х-х где запитывается кабель?

Основы радиолокации

Антенны Яги относятся к продольным излучателям и используют в своем составе элементы, возбуждаемые излучением. Этот тип антенн получил свое название по имени одного из его изобретателей, японского профессора Яги. Иногда используется наименование «антенны Яги-Уда», а в русскоязычных источниках такие антенны называют антеннами типа «волновой канал». Эта конструкция антенн была специально разработана для диапазона радиоволн от высоких частот (ВЧ, HF) до верхней части диапазона очень высоких частот (ОВЧ, UHF). Антенны Яги очень популярны по причине простоты их конструкции и относительно высокого коэффициента усиления. Как правило, их относят к высоконаправленным антеннам. Помимо радио, антенны этого типа применяются и в радиолокации.

В антеннах Яги используется взаимодействие между элементами, в которых возникают стоячие волны тока, в результате чего возникает бегущая волна с выраженной диаграммой направленности. Такая антенна состоит из одного или нескольких активных вибраторов (диполей) и дополнительных пассивных элементов. Элементы антенны Яги обычно привариваются к проводящему стержню или трубке, называемому стрелой. Точка соединения соответствует средине элемента. Такая конструкция имеет целью только обеспечение механической прочности антенны и не влияет на ее рабочие характеристики. Поскольку активный элемент имеет ценральное питание, он не приваривается к опорному стержню. Входной импеданс антенны может быть увеличен путем использования петлевого вибратора в качестве активного элемента.

Элементы, из которых состоит антенна Яги, показаны на Рисунке 1. Расстояния между ними выбираются не одинаковыми. Единственный элемент антенны, который возбуждается от передатчика, это активный вибратор. Все остальные элементы являются пассивными, однако играют важную роль в формировании излучения антенны. Излучение элементов складывается в фазе при распространении в прямом направлении и в противофазе – в противоположном. Ширина полосы частот антенны Яги определяется длиной и диаметром элементов, а также расстоянием между ними. Для большинства конструкций ширина полосы обычно составляет всего несколько процентов от частоты, на которую проектировалась антенна.

Антенна Яги, изображенная на Рисунке 1, имеет один рефлектор, один петлевой вибратор в качестве активного элемента и три директора. В общем, чем больше используется пассивных элементов (директоров и рефлекторов), тем выше коэффициент усиления антенны. Увеличение количества этих элементов приводит к уменьшению ширины луча антенны, но, вместе с этим, и к сужению ее полосы частот. Поэтому правильная настройка антенны имеет большое значение. Коэффициент усиления антенны не увеличивается прямо пропорционально увеличению количества используемых элементов. Например, трехэлементная антенна Яги имеет относительное усиление по мощности от 5 до 6 дБ. Добавление дополнительного директора приводит к увеличению этого параметра примерно на 2 дБ. Однако добавление последующих директоров имеет все меньший и меньший эффект.

Принцип действия

Рисунок 2. Двухэлементная решетка из полуволнового резонансного диполя в качестве активного элемента и более короткого диполя в качестве пассивного элемента

Основной элемент Яги имеет три составные части. Длина каждого пассивного элемента отличается от половины длины волны, являющейся резонансной для антенны. Если она больше (обычно на величину около 15 процентов), то такой элемент имеет индуктивные свойства и работает как рефлектор. Если же длина элемента меньше половины длины волны (с шагом 5 процентов), то элемент имеет емкостные свойства и определяется как директор, поскольку он вызывает усиление излучения в направлении от активного вибратора к директору. Для понимания принципа действия рассмотрим резонансный диполь и добавим к нему пассивный элемент, расположив его на небольшом расстоянии. Излучение диполя вызывает возбуждение пассивного элемента, причем с разностью фаз, определяемой расстоянием между ними. Емкостной характер из-за меньшей длины пассивного элемента приводит к дополнительной задержке токов и напряжений в этом элементе и, соответственно, в фазе излучаемого им поля. Поскольку разность фаз соответствует расстоянию между элементами, то оба излучаемых поля (активного и пассивного элементов) синфазны в одном направлении и противофазны в другом направлении. Поскольку амплитуды колебаний в элементах антенны не одинаковы, сумма излучаемых ими полей увеличивается в одном направлении и уменьшается в другом.

Рисунок 3. Трехэлементная антенна Яги, суперпозиция колебаний, вызванных активным элементом, рефлектором и директором

Возникновение одного поперечного луча при использовании одного активного вибратора и одного пассивного элемента позволяет предположить, что еще большее усиление может быть достигнуто использованием рефлектора и директора по разные стороны от активного вибратора. В действительности так и есть. Трехэлементная антенна Яги имеет коэффициент усиления, достигающий 6 дБ. В рефлекторе, имеющем длину больше половины длины волны, индуцируется ток, который, в свою очередь, является источником волны, гасящей волну от активного вибратора. Директоры несколько короче, их сопротивление носит емкостной характер, и они должны быть расположены на расстоянии, несколько меньшем половины длины волны, для обеспечения синфазности волн от активного вибратора и от директоров. Коэффициент усиления антенны Яги может быть увеличен путем увеличения количества элементов, однако каждыей новый дополнительный элемент будет вносить все меньший и меньший вклад. Для умеренного количества элементов усиление в прямом направлении пропорционально этому количеству.

Массив элементов Яги можно описать как структуру с медленной волной. Поэтому антенны Яги относятся к категории антенн бегущей волны. В такой структуре поддерживается неубывающая волна в прямом направлении, а токи в директорах имеют примерно одиноковые значения, хотя и с увеличивающейся фазовой задержкой. Фазовая скорость волны в этом случае составляет от 0,7 до 0,9 скоростей света.

Figure 4: 3D representation of the antenna pattern of a Yagi antenna having 8 elements including folded dipole fed with a power of 11 dBm

Рисунок 4. Трехмерное представление диаграммы направленности антенны Яги, имеющей 8 элементов, включая петлевой вибратор, запитываемый мощностью 11 дБм

P-18 in Greding (нажмите для увеличения: 700·560 пиксель = 85 килобайт)

Рисунок 5. Радиолокатор, в котором используется решетка антенн Яги (П-18 «Терек», по классификации НАТО «Spoon Rest D») с коэффициентом усиления G = 69

Издатель: Кристиан Вольф, Автор: Андрій Музиченко
Текст доступен на условиях лицензий: GNU Free Documentation License
а также Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported License,
могут применяться дополнительные условия.
(Онлайн с ноября 1998 года)

Проектирование и анализ директорной антенны

Директорная антенна, известная также как антенна Уда — Яги или антенна “Волновой канал”, благодаря своей простоте, низкой стоимости и относительно высокому усилению, является одним из самых популярных типов направленных антенн, широко используемых в диапазонах коротких и ультракоротких волн (от 30 МГц до 3 ГГц). Наиболее известным применением антенны Уда — Яги является ее использование для приема программ телевизионного вещания и ее очень часто можно увидеть на крышах зданий. Два японских профессора Уда и Яги придумали и изучили эту антенну еще в 1920-х годах. Первую такую антенну построил С. Уда и в 1926 и 1927 годах опубликовал результаты в Японии [1]. Годом позже проект получил дальнейшее развитие, и был опубликован его коллегой профессором Яги на английском языке [2]. С тех пор инженерами и энтузиастами был выполнен существенный объем теоретической и главным образом экспериментальной работы. Стало доступно огромное количество их данных и результатов. Существенной особенностью этого типа антенны, является то, что при изменении ее положения в пространстве она обладает практически неизменными параметрами и, кроме того, ее характеристики не зависят от погодных явлений. Как показано на рис. 1, данная антенна состоит из трех различных элементов: ведомого элемента, рефлектора (одного или нескольких) и директора (одного или нескольких).
Рис.1 Директорная антенна Часто эту антенну рассматривают как массив (антенную решетку), поскольку она состоит из нескольких элементов. Однако запитываемым – активным элементом антенны является только один ведомый элемент. Все остальные элементы антенны (рефлектор и директор) являются пассивными – паразитными элементами, поэтому чаще всего их рассматривают не в качестве элементов массива, а в качестве элементов собственно антенны. Основные характеристики этих элементов и рекомендации по их проектированию могут быть сведены к следующему: 1. Продольные размеры первых трех элементов антенны изменяются от длинного к короткому и связаны логарифмически: где τ – некоторая постоянная близкая к единице (τ ≈ 0,83 ÷ 0,96). У некоторых многоэлементных антенн продольные размеры нескольких последних директоров или даже всех директоров, могут быть одинаковыми. 2. Ведомый элемент определяет поляризацию и центральную частоту антенны. В случае полуволнового диполя его рекомендуемая длина составляет около 0,475λ. Полуволновой диполь хорошо согласуется с питающим фидером с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом. 3. Рефлектор перенаправляет излученную энергию вперед в сторону ведомого элемента. Длина рефлектора примерно на 5% больше размера ведомого элемента антенны. Его сопротивление носит индуктивный характер. Было установлено, что добавление большего числа рефлекторов не приводит к значительным улучшениям, поэтому чаще всего в антенне один рефлектор. Оптимальное расстояние между рефлектором и ведомым элементом находится между 0,1λ и 0,25λ. Длина рефлектора сильно влияет на относительный уровень заднего излучения и входное сопротивление антенны. 4. Директор направляет излученную энергию вперед в сторону противоположную ведомому элементу и рефлектору. Длина директора примерно на 5% меньше размера ведомого элемента антенны. Его сопротивление носит емкостной характер. Количество директоров определяет максимально достижимую направленность и усиление антенны. Однако при увеличении числа директоров более 12, эффект от количества директоров на направленность антенны значительно падает и, кроме того, резко снижается входное сопротивление антенны. Поэтому при большом количестве директоров в качестве ведомого элемента, как правило, используется петлевой вибратор (вибратор Пистолькорса). Оптимальное расстояние между директорами находится между 0,1λ и 0,35λ. У более длинных массивов интервал больше, у более коротких массивов интервал меньше. 5. Поперечный размер элементов антенны, диаметр их трубок или ширина их полос, находится между 0,01λ и 0,001λ. Поперечный размер элементов оказывает значительное влияние на входное сопротивление антенны. Регулируя расстояния между элементами антенны и изменяя их размеры можно управлять полосой пропускания, формой и шириной образца излучения антенны. Полный образец излучения антенны формируют: направленное усиление, отношение усиления в направлении приема к усилению в противоположном направлении, ширина луча и нежелательный уровень боковых лепестков. Выбор разнообразных целей, которые можно преследовать при проектировании антенны, является субъективным, и ограничения, накладываемые этим выбором, являются главным образом вопросом выбора разработчика, что и объясняет наличие огромного числа различного рода рекомендаций и методик по проектированию таких антенн.

В этих условиях большое значение приобретает возможность быстрой оценки влияния результатов небольшой модификации расчетной геометрии антенны на полный образец ее излучения. Эта возможность позволяет получить хорошее понимание не только потенциала выбранных рекомендаций и методов проектирования, но и самой проектируемой антенны. Наиболее удобно такая возможность реализуется с помощью компьютерной программы работающей в диалоговом режиме, когда разработчик может внести некоторые изменения и сразу увидеть, как эти изменения отразились на результате. Подобная программа анализа директорной антенны реализована в математическом пакете «Mathcad» организованном по принципу What You See Is What You Get (англ. – то, что Вы видите, то Вы и получите). Отличительной особенностью таких программ является то, что их язык максимально приближен к знакомому еще со средней школы обычному языку символьной математики, и освоение такого языка программирования происходит весьма просто и почти на интуитивном уровне. Программа работает в пакетах Mathcad версий 11 и выше. Для расчета взаимного влияния проводниковых элементов антенны произвольной длины и толщины в программе используется метод моментов [3]. В этом методе сначала вычисляется матрица импеданса [Z]: взаимных импедансов между дипольными элементами и собственного импеданса i — го элемента. Матрица импеданса позволяет затем вычислить токи всех элементов, а, следовательно, можно вычислить усиление в плоскостях пространства и импеданс в точке возбуждения. Исходными данными для расчета и анализа параметров антенны являются: рабочая частота антенны, волновое сопротивление фидера, напряжение на входных выводах ведущего элемента (для удобства сравнения антенн разных типов, это напряжение следует выбирать так, чтобы оно обеспечивало ток ведущего элемента близкий к одному амперу), расстояние от антенны до точки наблюдения (расстояние до дальней зоны антенны), общее число элементов антенны, число рефлекторных элементов, число директорных элементов. Программа сама рассчитает предварительную геометрию антенны, однако эта геометрия будет оптимизирована под оптимальное волновое сопротивление питающего фидера. Если же следует выполнить анализ характеристик антенны рассчитанной по другим методикам или антенны с уже известной геометрией, необходимо сразу ввести известную геометрию антенны в разделе “Описание геометрии антенны”, заменив вычисленные программой данные на требуемые. Для описания геометрии антенны в программе используются одномерные массивы в виде вектора. Если, например, требуется ввести сведения о размерах длин элементов, то ввод значений вектора осуществляется следующим образом: 1. Ввод начинают с наиболее удаленного рефлектора, двигаясь внутрь к ведущему элементу. После ввода длины и радиуса ведущего элемента вводят параметры директорных элементов, начиная с директора, следующего сразу за ведущим элементом, двигаясь наружу к последнему элементу. 2. Численное значение размера очередного элемента вводят через запятую. 3. Дробная часть численного значения отделяется от целой части не запятой, а точкой. Результат таких действий после ввода размеров рефлектора, ведомого элемента и первого директора показан на рис. 2.
Рис. 2 Ввод длины элементов антенны По введенным входным величинам будут вычислены следующие характеристики антенны: максимальная интенсивность излучения, излучаемая антенной мощность, сопротивление излучения, коэффициент направленного действия антенны, эффективная изотропная излучаемая мощность, коэффициент отражения по напряжению в питающем фидере, коэффициент стоячей волны напряжения в питающем фидере, отражающая эффективность системы фидер – антенна, максимальная эффективная площадь антенны, максимальная эффективная высота антенны. Будут вычислены и некоторые другие второстепенные величины, которые могут представлять для разработчика тот или иной интерес. Для удобства блоки Mathcad вычисляемых величин выделены желтым цветом, а две вычисляемые характеристики, значения которых важны при ручной оптимизации антенны, выделены голубым цветом. Программа выполнит также построение графиков амплитудно — частотной характеристики (АЧХ) антенны и ее образцов излучения. В качестве образцов излучения антенны будут построены нормализованные диаграммы направленности антенны в азимутальной плоскости и плоскости возвышения. Диаграммы направленности будут построены в декартовой, полярной и прямоугольной системах координат. Кроме того будут построены два трехмерных образца излучения один из которых будет выполнен в разрезе. Трехмерные образцы излучения позволяют с помощью нажатия и удерживания на изображении левой кнопки мыши осуществлять за счет ее перемещения в разные стороны поворот объемного образца излучения вокруг всех его трех осей координат. С помощью колесика мыши можно уменьшать или увеличивать масштаб изображения трехмерного образца излучения, что позволяет лучше изучать отдельные детали образца излучения. По умолчанию в качестве ведомого вибратора антенны в программе рассматривается полуволновой диполь. Однако если требуется выполнить вычисления характеристик антенны использующей в качестве ведомого петлевой вибратор, необходимо в разделе “Анализ параметров антенны” включить блок вычисления собственного импеданса петлевого вибратора. Для этого необходимо поместить курсор на изображение данного выражения, и нажав правую кнопку мыши, в появившемся контекстном меню выбрать пункт “Включить вычисление”, так, как это показано на рис.3.
Рис. 3 Включение вычислений определения собственного импеданса петлевого вибратора Кроме того, для того чтобы подпрограмма расчета АЧХ антенны также выполняла вычисления АЧХ антенны использующей в качестве ведомого петлевой вибратор, необходимо в разделе “Построение амплитудно-частотной характеристики антенны” заменить значение переменной FD на единицу. Переменные “Director”, “Reflector,” “Diameter” и “Frequency” позволяют в режиме реального времени выполнять модификации расчетной или исходной геометрии антенны и наблюдать влияние этих модификаций на полный образец излучения антенны и ее АЧХ. Для удобства блоки Mathcad этих переменных выделены зеленым цветом. В заключение отметим, что использование компьютеризированного подхода к расчету и анализу директорных антенн дает несколько значительных преимуществ перед экспериментальным подходом. Среди таких преимуществ очевидная экономия времени и денег, а также возможность получения конструкций антенн оптимизированных относительно одного или даже нескольких желаемых параметров, таких как направленность, уровень боковых лепестков, ширина полосы пропускания и других. Программа находится в прикрепленном архиве. ЛИТЕРАТУРА 1. S. Uda, “Wireless beam of short electric waves,” J. IEE (Japan), 1926, March, pp. 273-282 и 1927, November, pp. 1209-1219. 2. Yagi, H., “Beam Transmission of Ultra-short Waves,” Proc. IRE, 1928, vol. 16, no. 6, pp. 715–740. 3. Thomas A. Milligan, “Modern Antenna Design”, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2005. М. Агунов, Н. Вербова, г. Санкт-Петербург