Le antenne sono elementi essenziali di un sistema di communicazione. Sono responsabili della trasmissione e della ricezione di segnali in modalità wireless su una gamma di operazioni. A seconda della forma, delle dimensioni e delle proprietà elettromagnetiche, le antenne possono essere classificate in diversi tipi di antenne. Tra questi diversi tipi di antenne, l'antenna Yagi svolge un ruolo cruciale nelle telecomunicazioni. In questo articolo esploreremo il funzionamento delle antenne Yagi, comprendendone il design, la storia e i fattori che ne regolano le prestazioni. Infine, analizzeremo alcune delle applicazioni più diffuse delle antenne Yagi in diversi sistemi di communicazione wireless.
Contesto storico
L'antenna Yagi è un antenna direzionale introdotta da due scienziati giapponesi nel 1926. Gli scienziati che hanno inventato l'antenna Yagi-Uda sono Shintaro Uda e il suo supervisore Hidetsugu Yagi. Shintaro fu responsabile della formulazione della teoria alla base dell'antenna, mentre Yagi lo aiutò a divulgare le sue idee presso la comunità mondiale. La più antica applicazione delle antenne Yagi-Uda riguarda i sistemi radar utilizzati nella Seconda Guerra Mondiale. Tuttavia, con la fine della guerra mondiale, vennero utilizzate come antenne per la televisione domestica.
Con l'avanzare della tecnologia e del tempo, il progetto iniziale dell'antenna Yagi-Uda è stato ottimizzato e modificato per soddisfare i requisiti delle applicazioni emergenti. Nel corso degli anni, le antenne Yagi-Uda hanno conquistato molti settori applicativi, tra cui quello della communicazione satellitare, grazie al loro design semplice ed elegante. Oltre che per la communicazione satellitare e come antenne televisive domestiche, sono state utilizzate anche nell'industria mineraria, nelle stazioni radioamatoriali e nei centri di ricezione dei telefoni cellulari fissi.
Comprendere il design
La progettazione di un'antenna viene compresa valutando le diverse proprietà elettriche e magnetiche del suo design. Per quanto riguarda l'antenna Yagi-Uda, essa è costituita da tre componenti principali, ossia,
- L'elemento trainante: Questo elemento è responsabile dell'alimentazione degli altri elementi dell'antenna. La lunghezza dell'elemento di pilotaggio dipende dalla frequenza operativa dell'antenna.
- Riflettore: Questi elementi sono responsabili dell'attenuazione della creazione di lobi laterali nel diagramma di radiazione dell'antenna. Il diagramma di radiazione dell'antenna è una rappresentazione della copertura ottenuta dalla trasmissione dell'antenna ed è caratterizzato dal lobo principale e dai lobi laterali. Il lobo principale trasporta la maggior parte dell'energia, mentre i lobi laterali trasportano meno energia o radiazioni parassite. Pertanto, gli elementi riflettori sono un elemento importante nella progettazione delle antenne Yagi-Uda. Di solito, la lunghezza del riflettore è pari a circa 5% della lunghezza dell'elemento di guida posto all'estremità posteriore dell'antenna.
- Direttori: Questi elementi sono responsabili di dirigere il segnale o il modello di radiazione elettromagnetica in una determinata direzione.
Inoltre, per quanto riguarda i materiali utilizzati per la produzione delle antenne, le antenne Yagi-Uda sono realizzate principalmente con materiali come l'alluminio, il rame e l'acciaio inossidabile, dove si predilige un'elevata durata. La fibra di vetro è un altro tipo di materiale ampiamente utilizzato per la produzione di antenne Yagi-Uda. Infine, abbiamo specificato gli elementi dell'antenna Yagi-Uda, le loro dimensioni e altri fattori come il numero di direttori e la distanza tra i direttori in base alla gamma di frequenze operative e all'applicazione.
Come funziona l'antenna Yagi?
Nella sezione precedente abbiamo discusso importanti aspetti progettuali dell'antenna Yagi-Uda; ora analizziamo il principio di funzionamento dell'antenna Yagi-Uda. Gli elementi dell'antenna sono collocati su una struttura passiva nota come boom. L'estremità posteriore è costituita da riflettori che sono aste metalliche. Questi riflettori, abbinati ai direttori, assicurano la direzionalità del diagramma di radiazione. L'elemento di guida è l'unico componente attivo dell'antenna, solitamente posizionato come un dipolo ripiegato.
Le antenne Yagi-Uda sono considerate antenne direzionali ad alto guadagno, con un guadagno tipico di circa 10-14dBi. Tuttavia, le antenne Yagi-Uda sono considerate dispositivi sensibili alla frequenza e la loro progettazione dipende dalla gamma di frequenze operative richieste. Inoltre, la larghezza di banda ottenibile con un'antenna Yagi-Uda è ridotta rispetto ad altri tipi di antenne. Rispetto ad altri tipi di antenne, come le antenne patch ed elicoidali, le antenne Yagi-Uda hanno un guadagno e una direttività maggiori.
Fattori che influenzano le prestazioni
Discutiamo ora alcuni dei fattori che influenzano le prestazioni dell'antenna Yagi-Uda. Le prestazioni di queste antenne dipendono dai seguenti fattori:
- Frequenza di funzionamento: Quando progettiamo un'antenna Yagi-Uda, essa opererà a una frequenza specifica che dipende dai parametri di progetto, come la distanza tra riflettore e direttore, la lunghezza e le dimensioni. Pertanto, la frequenza operativa deve essere ottimale per ottenere le migliori prestazioni.
- Lunghezza e spaziatura degli elementi: Come discusso in precedenza, la spaziatura e la lunghezza degli elementi nel progetto dell'antenna possono influenzare il guadagno e la direttività dell'antenna.
- Fattori ambientali: Tutti noi abbiamo avuto modo di sperimentarlo con l'uso delle antenne Yagi-Uda come antenne televisive domestiche. Le condizioni ambientali possono influire sulle prestazioni dell'antenna, comprese le ostruzioni e le interferenze elettromagnetiche.
- Considerazioni sul montaggio e sull'orientamento: L'altezza e l'orientamento corretti dell'installazione sono importanti perché influenzano le prestazioni delle antenne Yagi-Uda.
Applicazioni dell'antenna Yagi
Le antenne Yagi-Uda sono ampiamente utilizzate nelle seguenti applicazioni:
- Sono utilizzati nei sistemi di communicazione wireless come stazioni base cellulari e per stabilire collegamenti di communicazione punto-punto con elevata direttività.
- Le antenne Yagi-Uda sono ampiamente utilizzate nelle trasmissioni televisive e radiofoniche. Sono molto diffuse anche tra i radioamatori.
- Una delle applicazioni più diffuse delle antenne Yagi-Uda è l'utilizzo per la distribuzione di connessioni Wi-F a lungo raggio.
- Applicazioni di radiodiffusione: Grazie al vantaggio dell'elevato guadagno e della direttività, le antenne Yagi-Uda sono molto utilizzate in diverse applicazioni di trasmissione.
Vantaggi e limiti dell'antenna Yagi
Le antenne Yagi-Uda sono classificate come antenne ad alto guadagno e direzionali. Di conseguenza, i vantaggi delle antenne Yagi-Uda possono essere identificati come segue:
- Guadagno elevato
- Alta direttività
- Progettazione semplice e quindi basso costo rispetto a tipi di antenna avanzati come le antenne patch
Nonostante i vantaggi, le antenne Yagi presentano alcune limitazioni. Queste limitazioni includono:
- Larghezza di banda ristretta che limita la gamma di frequenze operative
- Il loro design è suscettibile di interferenze
- Nei progetti che richiedono una copertura omnidirezionale, le antenne Yagi-Uda potrebbero non essere il design d'antenna ideale per la vostra applicazione.
Considerazioni pratiche per l'installazione
È importante tenere conto di alcune considerazioni pratiche durante l'installazione e la manutenzione dell'antenna nella vostra applicazione. L'antenna Yagi-Uda offre diverse opzioni di montaggio, quali:
- Tetto
- Albero
- Allestimenti portatili
Potete scegliere l'opzione di montaggio perfetta in base alle vostre esigenze applicative.
Infine, è obbligatorio rispettare le norme e i regolamenti vigenti nel proprio Paese quando si utilizzano le antenne Yagi-Uda nelle proprie applicazioni.
Conclusione
In questo articolo abbiamo analizzato il progetto e il principio di funzionamento delle antenne Yagi-Uda. Inoltre, abbiamo discusso le applicazioni più diffuse delle antenne Yagi. Questo articolo può servire come guida di riferimento quando si considera un'antenna Yagi per la propria applicazione.
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