Was ist eine Yagi-Antenne? Umfassender Leitfaden

Antennen sind wesentliche Elemente in einem Kommunikationssystem. Sie sind für die drahtlose Übertragung und den Empfang von Signalen in einem bestimmten Bereich zuständig. Je nach Form, Größe und elektromagnetischen Eigenschaften lassen sich Antennen in verschiedene Arten von Antennen einteilen. Unter diesen verschiedenen Antennenarten spielt die Yagi-Antenne eine entscheidende Rolle in der Telekommunikation. In diesem Artikel werden wir untersuchen, wie Yagi-Antennen funktionieren, indem wir ihr Design, ihre Geschichte und die Faktoren, die ihre Leistung bestimmen, verstehen. Schließlich werden wir einige der weit verbreiteten Anwendungen von Yagi-Antennen in verschiedenen drahtlosen Kommunikationssystemen untersuchen.

Historischer Hintergrund

Die Yagi-Antenne ist eine Richtantenne die von zwei japanischen Wissenschaftlern im Jahr 1926 eingeführt wurde. Die Wissenschaftler, die die Yagi-Uda-Antenne erfunden haben, sind Shintaro Uda und sein Vorgesetzter Hidetsugu Yagi. Shintaro war für die Formulierung der Antennentheorie verantwortlich, während Yagi ihm half, seine Ideen in der Weltöffentlichkeit bekannt zu machen. Die älteste Anwendung der Yagi-Uda-Antennen waren Radarsysteme, die im Zweiten Weltkrieg eingesetzt wurden. Nach dem Ende des Weltkriegs wurden sie jedoch als Fernsehantennen für Privathaushalte verwendet.

Mit dem Fortschritt der Technologie und der Zeit wurde das ursprüngliche Design der Yagi-Uda-Antenne optimiert und modifiziert, um den neuen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden. Im Laufe der Jahre haben die Yagi-Uda-Antennen aufgrund ihres einfachen und eleganten Designs viele Anwendungsbereiche erobert, darunter die Satellitenkommunikation. Neben der Satellitenkommunikation und als Fernsehantennen für den Heimgebrauch werden sie inzwischen auch im Bergbau, bei Amateurfunkstationen und in stationären Mobilfunkempfangszentren eingesetzt.

Das Design verstehen

Das Design von Antennen wird durch die Bewertung verschiedener elektrischer und magnetischer Eigenschaften ihres Designs verstanden. Die Yagi-Uda-Antenne besteht aus drei Hauptkomponenten, nämlich,

• Das treibende Element: Dieses Element ist für die Stromversorgung der übrigen Elemente der Antenne verantwortlich. Die Länge des Antriebselements hängt von der Betriebsfrequenz der Antenne ab.

• Reflektor: Diese Elemente sind dafür verantwortlich, die Entstehung von Nebenkeulen im Strahlungsdiagramm der Antenne zu vermindern. Das Strahlungsdiagramm der Antenne ist eine Darstellung der durch die Antennenübertragung erzielten Abdeckung und ist durch die Hauptkeule und die Nebenkeulen gekennzeichnet. Die Hauptkeule trägt den größten Teil der Energie, während die Nebenkeulen weniger Energie oder Streustrahlung übertragen. Daher sind Reflektorelemente ein wichtiges Element beim Entwurf von Yagi-Uda-Antennen. Normalerweise beträgt die Länge des Reflektors etwa 5% der Länge des Antriebselements, das am hintersten Ende der Antenne angebracht ist.

• Direktoren: Diese Elemente sind dafür verantwortlich, das Signal oder das elektromagnetische Strahlungsmuster in eine bestimmte Richtung zu lenken.

Bei der Herstellung von Yagi-Uda-Antennen werden hauptsächlich Materialien wie Aluminium, Kupfer und rostfreier Stahl verwendet, die sich durch eine hohe Lebensdauer auszeichnen. Glasfaser ist ein weiteres Material, das häufig zur Herstellung von Yagi-Uda-Antennen verwendet wird. Schließlich haben wir die Yagi-Uda-Antennenelemente, ihre Größen und andere Faktoren wie die Anzahl der Direktoren und die Abstände zwischen den Direktoren je nach Betriebsfrequenzbereich und Anwendung festgelegt.

Wie funktioniert eine Yagi-Antenne?

Im vorangegangenen Abschnitt haben wir wichtige Konstruktionsaspekte der Yagi-Uda-Antenne erörtert, jetzt wollen wir das Funktionsprinzip der Yagi-Uda-Antenne diskutieren. Die Elemente der Antenne befinden sich auf einer passiven Struktur, die als Boom bezeichnet wird. Das hintere Ende besteht aus Reflektoren, die aus Metallstäben bestehen. Diese Reflektoren sorgen in Verbindung mit Direktoren dafür, dass das Strahlungsdiagramm gerichtet ist. Das Antriebselement ist die einzige aktive Komponente der Antenne, die normalerweise als gefalteter Dipol angeordnet ist.

Yagi-Uda-Antennen gelten als Richtantennen mit hohem Gewinn, wobei der typische Yagi-Uda-Antennengewinn etwa 10-14dBi beträgt. Yagi-Uda-Antennen werden jedoch als frequenzsensitive Geräte betrachtet, deren Design vom erforderlichen Betriebsfrequenzbereich abhängt. Außerdem ist die mit einer Yagi-Uda-Antenne erreichbare Bandbreite im Vergleich zu anderen Antennentypen schmal. Im Vergleich zu anderen Antennentypen wie Patch- und Wendelantennen haben Yagi-Uda-Antennen einen höheren Gewinn und eine höhere Richtwirkung.

Faktoren, die die Leistung beeinflussen

Lassen Sie uns nun einige der Faktoren diskutieren, die die Leistung der Yagi-Uda-Antenne beeinflussen. Die Leistung dieser Antennen hängt von den folgenden Faktoren ab:

• Häufigkeit des Einsatzes: Wenn wir eine Yagi-Uda-Antenne entwerfen, wird sie bei einer bestimmten Frequenz arbeiten, die von den Konstruktionsparametern wie Reflektor- und Direktorabstand, Länge und Größe abhängt. Daher sollte die Betriebsfrequenz optimal sein, um die beste Leistung zu erzielen.

• Länge und Abstände der Elemente: Wie bereits erwähnt, können die Abstände und die Länge der Elemente im Antennendesign den Gewinn und die Richtwirkung der Antenne beeinflussen.

• Umweltfaktoren: Wir alle haben dies vielleicht schon bei der Verwendung von Yagi-Uda-Antennen als Fernsehantennen zu Hause erlebt. Strenge Umweltbedingungen können die Leistung der Antenne beeinträchtigen, einschließlich Hindernisse und elektromagnetische Störungen.

• Überlegungen zur Montage und Ausrichtung: Die richtige Montagehöhe und Ausrichtung sind wichtig, da sie die Leistung von Yagi-Uda-Antennen beeinflussen.

Anwendungen der Yagi-Antenne

Yagi-Uda-Antennen sind in den folgenden Anwendungen weit verbreitet:

• Sie werden in drahtlosen Kommunikationssystemen als zellulare Basisstationen und zum Aufbau von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen mit hoher Richtwirkung eingesetzt.

• Yagi-Uda-Antennen sind in der Fernseh- und Rundfunkübertragung weit verbreitet. Sie sind auch bei Funkamateuren beliebt.

• Eine beliebte Anwendung von Yagi-Uda-Antennen ist die Einrichtung von Wi-F-Verbindungen mit großer Reichweite.

• Broadcasting-Anwendungen: Durch den Vorteil des hohen Gewinns und der hohen Richtwirkung sind Yagi-Uda-Antennen auch bei verschiedenen Rundfunkanwendungen beliebt.

Vorteile und Beschränkungen der Yagi-Antenne

Yagi-Uda-Antennen werden als Antennen mit hohem Gewinn und Richtwirkung eingestuft. Dementsprechend, Die Vorteile von Yagi-Uda-Antennen lassen sich wie folgt beschreiben:

• Hohe Verstärkung

• Hohe Richtwirkung

• Einfaches Design und daher geringe Kosten im Vergleich zu modernen Antennentypen wie Patch-Antennen

Trotz ihrer Vorteile haben Yagi-Antennen einige Einschränkungen. Zu diesen Einschränkungen gehören:

• Schmale Bandbreite, die den Betriebsfrequenzbereich einschränkt

• Ihr Design ist anfällig für Störungen

• Bei Designs, die eine omnidirektionale Abdeckung erfordern, sind Yagi-Uda-Antennen möglicherweise nicht das ideale Antennendesign für Ihre Anwendung

Praktische Überlegungen zur Installation

Es ist wichtig, einige praktische Überlegungen bei der Installation und Wartung der Antenne in Ihrer Anwendung zu berücksichtigen. Die Yagi-Uda-Antenne bietet Ihnen verschiedene Montagemöglichkeiten wie z. B.:

• Dachterrasse
• Mast
• Tragbare Aufbauten

Je nach den Anforderungen Ihrer Anwendung können Sie die perfekte Montageoption wählen.
Schließlich ist es zwingend erforderlich, dass Sie bei der Verwendung von Yagi-Uda-Antennen in Ihrer Anwendung die in Ihrem Land geltenden gesetzlichen Bestimmungen und Vorschriften einhalten.

Schlussfolgerung

In diesem Artikel haben wir das Design und das Funktionsprinzip von Yagi-Uda-Antennen untersucht. Außerdem haben wir weit verbreitete Anwendungen von Yagi-Antennen diskutiert. Dieser Artikel kann als Nachschlagewerk dienen, wenn Sie eine Yagi-Antenne für Ihre Anwendung in Betracht ziehen.