Директорна антена
Директорната антена е антенна решетка от успоредни вибратори, от които се захранва само един в края и от неговото поле се възбуждат останалите, създавайки канал за бягаща вълна, излъчвана по оста на антената. Нарича се още антена „вълнови канал“ или антена с осево излъчване.[1][2] Антената е предложена за пръв път през 1925 г. от съветския учен инженер Р. А. Лвович[3] и през 1926 г. усъвършенствана от Шинтаро Уда от Имперския университет Тохоку, Япония,[1] с по-малка роля, изиграна от неговия шеф Хидецугу Яги.[4][5] Затова е известна още като антена Уда – Яги или Яги антена.
Устройство и принцип на действие
[редактиране | редактиране на кода]Директорната антена се състои от два или повече приблизително полувълнови дипола, най-често метални пръти, ленти или дискове.[6] Активният елемент (А, а) е свързан с радиопредавателя или приемника (или и двете) чрез предавателна линия. Това е най-често вторият елемент с резонансна дължина λ/2. Първият вибратор е малко по-дълъг, поради което има комплексно входно съпротивление с индуктивна съставна, токът в него изостава на 90° от тока в активния вибратор и затова изпълнява ролята на рефлектор (R, p).
Останалите елементи са малко по-къси от активния, затова реактивното им съпротивление е капацитивно, токът в тях изостава от тока в активния вибратор (в първия директор на 90°) и така изпълняват ролята на директори (D, д; от англ. direct – насочвам):
Захранва се само активният вибратор, а всеки следващ се възбужда от полето на предходните и така се получава вълнови канал по оста на антената. Пасивните елементи обикновено са късо съединени диполи, т.е. вместо прекъсване в точката на захранване (като активния вибратор) се използва плътен вибратор. Те приемат и преизлъчват радиовълните от захранвания елемент, но в различна фаза, определена от точните им дължини и разстоянията между тях. Вълните от всички елементи се наслагват и интерферират. Сумирането е във фаза по оста на антената в посока от рефлектора към последния директор, затова в тази посока усилването е най-голямо и в нея е максимумът на диаграмата на насоченост (ДН).
Излъчването на активния вибратор (червено) възбужда ток в директора, който преизлъчва вълната (синьо) с леко фазово изместване. Общото излъчване (зелено) се отслабва в посока на рефлектора и се усилва в посока на директора. Същият процес се повтаря за всяка двойка съседни елементи.
Радиовълните от всеки следващ елемент се излъчват с фазово закъснение, което компенсира избързването на възбуждащото го поле на предходния, излъчено по-рано. Затова отделните вълни, излъчвани напред (нагоре), са във фаза, докато вълните в обратна посока са в противофаза. Така вълните напред се сумират (конструктивна интерференция), увеличавайки мощността в тази посока, а вълните назад частично се неутрализират взаимно (деструктивна интерференция) и намаляват излъчваната мощност в тази посока.
В противоположна посока полетата се изваждат и сумарното поле е много слабо, което определя много ниско ниво на задния лист на ДН. Разстоянието от активния вибратор до рефлектора е (0,1 ÷ 0,35)λ, а до първия директор и между директорите – (0,15 ÷ 0,25)λ. Точните разстояния и дължини на елементите варират до известна степен в зависимост от специфичните конструкции.[1][2]
Параметри и характеристики
[редактиране | редактиране на кода]Коефициентите на насочено действие и усилване на антената нарастват с увеличаване на броя на директорите. Тъй като възбуждането им е пасивно, с отдалечаване от активния вибратор тяхното поле намалява и броят им рядко надвишава 10 – 11. При това ширината на ДН е не по-малко от 25 – 30°. Триелементна директорна антена има коефициент на усилване от приблизително 5 – 6 dBd, шестелементна – около 9 dBd, а десетелементна антена има коефициент на усилване приблизително 11 dBd[7]. За дълги антени (повече от 15 елемента) може да се приеме, че коефициентът на усилване се увеличава с приблизително 2,2 dB за всяко удвояване на дължината на антената. Те имат умерено до високо усилване до 20 dBi[8], в зависимост от броя на използваните елементи, и ниво на задния лист до –20 dB.
Директорната антена може да бъде проектирана и като двуелементна антена (с един рефлектор или един директор), но това рядко се използва, тъй като характеристиките ѝ не са значително по-добри от тези на единичен вибратор.[9]
Антената излъчва и приема поле с линейна поляризация – хоризонтална или вертикална, в зависимост от положението на вибраторите. Съществува и директорна антена с въртяща поляризация, съставена от две линейно поляризирани антени с взаимно перпендикулярни вибратори в една конструкция, захранвани с фазова разлика 90°. Широчината на честотната лента, в който тя поддържа своето усилване и импеданс на захранващата точка, е до 15 % от централната честота, намалявайки при модели с по-високо усилване.
Антените „вълнови канал“ са сравнително леки и евтини, имат добра насоченост, сравнително проста конструкция и малка маса, а липсата на широки повърхности осигурява ниско влияние на вятъра. Тези качества определят широкото им приложение.
Приложение
[редактиране | редактиране на кода]Директорните антени се използват широко като насочени антени за метрови и дециметрови вълни. Най-голямата и най-известна употреба е като наземни телевизионни антени, най-често приемни. Използват се и като приемни и предавателни антени в безжични системи за предаване на данни за фиксирани комуникационни връзки от точка до точка и комуникация на дълги разстояния на къси вълни от радиоразпръсквателни станции и радиолюбители. Сложната двуетажна директорна антена е основен тип антена за радарите от метров диапазон. Всеки етаж съдържа четен брой синфазно захранени единични директорни антени: в старите РЛС П-10 „Милка“ – четири, П-12 „Звезда“ – шест, а в съвременната П-18 „Венера“ (1РЛ-131) са 8 и създават ДН с ширина 5° в хоризонтална равнина. Диаграмите на насоченост във вертикална равнина на двата етажа са многолистови вследствие отражението от земята и взаимно припокриват провалите си. Това се реализира чрез подбор на разстоянието между етажите и захранването им с фазова разлика 72° и разпределение на мощността 60:40 % в полза на долния етаж.[4][5][6]
Антената се използва не само в метровия и дециметровия вълнов диапазон, но и при по-високи честоти. Известни са няколко варианта на директорни наноантени за оптичния диапазон на електромагнитните вълни.[10]
Литература
[редактиране | редактиране на кода]- Д. Д. Дамянов – Антенни устройства, Военно издателство, София, 1978 г.
- Михайлов М. А. – Специализирани антени, Шумен, 2001 г.
- Карл Ротхаммель «Антенны» ISBN 3-440-07018-2 ISBN 985-6487-15-3 (на руски език).
Източници и бележки
[редактиране | редактиране на кода]- 1 2 3 Д. Д. Дамянов – Антенни устройства, Военно издателство, София, 1978 г.
- 1 2 Михайлов М. А. – Специализирани антени, Шумен, 2001 г.
- ↑ Директорная антенна, Устройство СВЧ и антенны. Посетен на 6 юни 2026 г.
- 1 2 Uda, S. On the Wireless Beam of Short Electric Waves // The Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan. Institute of Electrical Engineers of Japan, December 1925. p. 1128. (на английски) (Това е предговорът и предварителното съобщение за серия от 11 статии със същото заглавие, написани от Уда между 1926 и 1929 г. за антената. Изглежда обаче, че предварителното съобщение на Уда е довело до загуба на новост на изобретението му и до непатентоспособност. Той не би бил информиран от професор Яги за това.)
- 1 2 Yagi, Hidetsugu et al. Projector of the Sharpest Beam of Electric Waves // Proceedings of the Imperial Academy 2 (2). Imperial Academy, February 1926. DOI:10.2183/pjab1912.2.49. p. 49–52. (на английски)
- 1 2 What Is a Yagi Antenna? // wiseGEEK website. Conjecture Corp., 2014. Посетен на 18 септември 2014. (на английски)
- ↑ Относно симетричен полувълнов вибратор.
- ↑ Относно изотропен (ненасочен излъчвател).
- ↑ Антенны "волновой канал" // Посетен на 23 юни 2022.
- ↑ Слюсар В. И. – Наноантенны: подходы и перспективы Архив на оригинала от 2021-06-03 в Wayback Machine. // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. — 2009. — № 2. — С. 64.