Les antennes sont des éléments essentiels d'un système de communication. Elles sont responsables de la transmission et de la réception de signaux sans fil sur une gamme d'opérations. En fonction de leur forme, de leur taille et de leurs propriétés électromagnétiques, les antennes peuvent être classées en plusieurs catégories. Parmi ces différents types d'antennes, les antennes Yagi jouent un rôle crucial dans les télécommunications. Dans cet article, nous étudierons le fonctionnement des antennes Yagi en comprenant leur conception, leur histoire et les facteurs qui régissent leurs performances. Enfin, nous étudierons certaines des applications largement utilisées des antennes Yagi dans différents systèmes de communication sans fil.
Historique
L'antenne Yagi est une antenne directionnelle qui a été introduite par deux scientifiques japonais en 1926. Les scientifiques qui ont inventé l'antenne Yagi-Uda sont Shintaro Uda et son superviseur Hidetsugu Yagi. Shintaro était responsable de la formulation de la théorie de l'antenne, tandis que Yagi l'aidait à populariser ses idées auprès de la communauté internationale. La plus ancienne application des antennes Yagi-Uda concernait les systèmes radar utilisés pendant la Seconde Guerre mondiale. Toutefois, à la fin de la guerre, elles ont été utilisées comme antennes de télévision domestique.
Avec les progrès de la technologie et du temps, la conception initiale de l'antenne Yagi-Uda a été optimisée et modifiée pour répondre aux exigences des applications émergentes. Au fil des ans, les antennes Yagi-Uda ont conquis de nombreux domaines d'application, notamment les communications par satellite, grâce à leur conception simple et élégante. Outre les communications par satellite et les antennes de télévision domestique, elles sont également utilisées dans l'industrie minière, les stations de radio amateur et les centres de réception de téléphonie cellulaire fixe.
Comprendre la conception
La conception d'une antenne se comprend par l'évaluation des différentes propriétés électriques et magnétiques de sa conception. L'antenne Yagi-Uda se compose de trois éléments principaux, à savoir,
- L'élément moteur: Cet élément est chargé de fournir le courant d'alimentation aux autres éléments de l'antenne. La longueur de l'élément moteur dépend de la fréquence de fonctionnement de l'antenne.
- Réflecteur: Ces éléments sont chargés d'atténuer la création de lobes latéraux dans le diagramme de rayonnement de l'antenne. Le diagramme de rayonnement de l'antenne est une représentation de la couverture obtenue par la transmission de l'antenne et est caractérisé par le lobe principal et les lobes latéraux. Le lobe principal transporte la majeure partie de l'énergie tandis que les lobes latéraux transportent moins d'énergie ou des rayonnements parasites. C'est pourquoi les réflecteurs sont un élément important dans la conception des antennes Yagi-Uda. En général, la longueur du réflecteur est d'environ 5% de la longueur de l'élément moteur placé à l'extrémité arrière de l'antenne.
- Directeurs: Ces éléments sont chargés de diriger le signal ou le modèle de rayonnement électromagnétique dans la direction donnée.
En outre, en ce qui concerne les matériaux utilisés pour la fabrication des antennes, les antennes Yagi-Uda sont fabriquées principalement à partir de matériaux tels que l'aluminium, le cuivre et l'acier inoxydable, pour lesquels une grande durabilité est souhaitée. La fibre de verre est un autre type de matériau largement utilisé pour la fabrication des antennes Yagi-Uda. Enfin, nous avons spécifié les éléments de l'antenne Yagi-Uda, leurs tailles et d'autres facteurs tels que le nombre de directeurs et l'espacement entre les directeurs en fonction de la gamme de fréquences de fonctionnement et de l'application.
Comment fonctionne une antenne Yagi ?
Nous avons abordé les aspects importants de la conception de l'antenne Yagi-Uda dans la section précédente, examinons maintenant le principe de fonctionnement de l'antenne Yagi-Uda. Les éléments de l'antenne sont placés sur une structure passive appelée boom. L'extrémité arrière est constituée de réflecteurs qui sont des tiges métalliques. Ces réflecteurs, associés à des directeurs, garantissent que le diagramme de rayonnement est directionnel. L'élément moteur est le seul composant actif de l'antenne, généralement placé sous la forme d'un dipôle replié.
Les antennes Yagi-Uda sont considérées comme des antennes directionnelles à gain élevé, le gain typique d'une antenne Yagi-Uda étant d'environ 10-14dBi. Cependant, les antennes Yagi-Uda sont considérées comme des dispositifs sensibles à la fréquence et leur conception dépend de la gamme de fréquences de fonctionnement requise. En outre, la largeur de bande réalisable avec une antenne Yagi-Uda est étroite par rapport à d'autres types d'antennes. Par rapport à d'autres types d'antennes telles que les antennes patch et les antennes hélicoïdales, les antennes Yagi-Uda ont un gain et une directivité plus élevés.
Facteurs influençant les performances
Examinons maintenant certains des facteurs qui influencent les performances de l'antenne Yagi-Uda. Les performances de ces antennes dépendent des facteurs suivants :
- Fréquence de fonctionnement: Lorsque nous concevons une antenne Yagi-Uda, elle fonctionnera à une fréquence spécifique en fonction des paramètres de conception tels que l'espacement, la longueur et la taille du réflecteur et du directeur. Par conséquent, la fréquence de fonctionnement doit être optimale pour obtenir les meilleures performances.
- Longueur et espacement des éléments: Comme nous l'avons vu précédemment, l'espacement et la longueur des éléments dans la conception de l'antenne peuvent affecter le gain et la directivité de l'antenne.
- Facteurs environnementaux: Nous en avons tous fait l'expérience avec l'utilisation des antennes Yagi-Uda comme antennes de télévision domestique. Des conditions environnementales difficiles peuvent affecter les performances de l'antenne, y compris les obstructions et les interférences électromagnétiques.
- Considérations relatives au montage et à l'orientation: La hauteur et l'orientation de l'installation sont importantes car elles affectent la performance des antennes Yagi-Uda.
Applications de l'antenne Yagi
Les antennes Yagi-Uda sont largement utilisées dans les applications suivantes :
- Ils sont utilisés dans les systèmes de communication sans fil comme stations de base cellulaires et pour établir des liaisons de communication point à point avec une directivité élevée.
- Les antennes Yagi-Uda sont largement utilisées dans les transmissions télévisées et radiophoniques. Elles sont également appréciées des radioamateurs.
- Une application populaire des antennes Yagi-Uda est leur utilisation pour le déploiement de connexions Wi-F à longue portée.
- Applications de radiodiffusion : Avec l'avantage d'un gain et d'une directivité élevés, les antennes Yagi-Uda sont également populaires dans différentes applications de radiodiffusion.
Avantages et limites de l'antenne Yagi
Les antennes Yagi-Uda sont classées comme des antennes à gain élevé et directionnelles. En conséquence, les avantages des antennes Yagi-Uda peuvent être identifiés comme suit :
- Gain élevé
- Haute directivité
- Conception simple et donc faible coût par rapport aux types d'antennes avancées telles que les antennes patch.
Malgré leurs avantages, les antennes Yagi présentent certaines limites. Ces limites sont les suivantes :
- Largeur de bande étroite qui limite la gamme de fréquences de fonctionnement
- Leur conception est sensible aux interférences
- Dans les conceptions qui nécessitent une couverture omnidirectionnelle, les antennes Yagi-Uda peuvent ne pas être la conception d'antenne idéale pour votre application.
Considérations pratiques pour l'installation
Il est important de prendre en compte certaines considérations pratiques lors de l'installation et de l'entretien de l'antenne dans votre application. L'antenne Yagi-Uda vous offre différentes options de montage telles que :
- Toit
- Mât
- Installations portables
Vous pouvez choisir l'option de montage idéale en fonction des exigences de votre application.
Enfin, il est obligatoire de se conformer aux règles et réglementations en vigueur dans votre pays lorsque vous utilisez des antennes Yagi-Uda dans votre application.
Conclusion
Dans cet article, nous avons étudié la conception et le principe de fonctionnement des antennes Yagi-Uda. En outre, nous avons discuté des applications largement utilisées des antennes Yagi. Cet article peut servir de guide de référence lorsque vous envisagez d'utiliser une antenne Yagi pour votre application.
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