Усиление антенны Yagi зависит от многих факторов, включая количество элементов, расстояние между ними и ряд других второстепенных факторов.
Ключевыми преимуществами использования антенны Yagi являются обеспечиваемое ею усиление и направленность. Усиление часто является главной характеристикой конкретной антенны Yagi.
Усиление антенны Yagi или Yagi-Uda особенно полезно, поскольку позволяет направить всю передаваемую мощность в область, где это требуется, или при использовании для приема позволяет принимать максимальный сигнал из той же области.
В сочетании с этим тот факт, что он имеет пониженное усиление в других направлениях, означает, что он получает или передает меньше сигнала в других направлениях, тем самым снижая уровни помех.
Стоит понимать, что производительность пассивной антенны (т. е. без активных элементов, таких как транзисторы и т. д.), такой как Yagi, одинакова как для передачи, так и для приема, поэтому усиление на передачу будет таким же, как усиление на прием.
Что такое усиление антенны Yagi
Одним из ключевых факторов антенны Yagi является то, что она обеспечивает усиление. Однако необходимо немного разобраться в том, что такое усиление антенны Yagi.
Фокусируя или «излучая» любую мощность, передаваемую антенной, в требуемом направлении, это означает, что сигнал сильнее, чем он был бы без усиления антенны.
Стоит отметить, что усиление на прием и на передачу абсолютно одинаковое.
Усиление всегда является относительным измерением. Это означает, что сигнал антенны Yagi необходимо сравнивать с известным стандартом.
Используются два стандарта. Проще всего использовать диполь, тогда можно проводить реальные измерения, сначала с диполем, а потом с Яги. Усиление — это разница между сигналами с использованием разных антенн.
Антенны второго типа называются изотропными источниками. Это воображаемая антенна, излучающая одинаково во всех трех плоскостях. Поскольку диполь имеет диаграмму направленности, можно определить, что коэффициент усиления диполя на 2,1 дБ выше, чем у изотропного источника в направлении максимального излучения.
Используя это, можно заметить, что усиление антенны по сравнению с изотропным источником будет на 2,1 дБ больше, чем по сравнению с диполем.
Цифры усиления антенны по сравнению с диполем часто обозначаются как дБд, а по изотропному источнику — как дБи.
Коэффициенты усиления / ширины луча Yagi
На общий коэффициент усиления антенны Yagi влияет множество факторов. Существует связь между усилением и шириной луча. Если усиление Yagi увеличивается, ширина луча уменьшается. Это можно объяснить, подумав о доступной мощности передачи. Поскольку доступно только определенное количество мощности, для создания усиления мощность должна браться с одного направления и направляться в основной луч.
Это означает, что антенны с очень высоким коэффициентом усиления являются очень направленными. Поэтому иногда необходимо сбалансировать высокий коэффициент усиления и узкую ширину луча, чтобы обеспечить оптимальные характеристики.
Усиление антенны Яги-Уда
Иногда возникает соблазн искать максимальное усиление в прямом направлении в конструкции антенны. Однако это не всегда может быть лучшим вариантом, поскольку есть несколько соображений.
Усиление антенны имеет свою цену, и ее необходимо сопоставить с преимуществами, которые дает дополнительное усиление.
Есть несколько особенностей конструкции антенны Яги, влияющих на ее коэффициент усиления:
- Количество элементов в антенне Yagi: наиболее очевидным фактором, влияющим на усиление антенны Yagi, является количество элементов в антенне. Обычно отражатель является первым элементом, добавляемым в любую конструкцию Yagi, поскольку он дает наибольшее дополнительное усиление, часто от 4 до 5 дБ. Затем добавляются директора. Для средних диапазонов количества директоров каждый директор обеспечивает примерно 1 дБ усиления.
- Расстояние между элементами: расстояние может влиять на усиление Yagi, хотя и не так сильно, как количество элементов. Как правило, луч с большим расстоянием между элементами, т. е. луч с большим расстоянием между элементами, дает большее усиление, чем более компактный. Наиболее важными положениями элементов являются отражатель и первый директор, так как расстояние между ними определяет расстояние между любыми другими элементами, которые могут быть добавлены.
- Длина антенны: при вычислении оптимальных позиций для различных элементов было показано, что в многоэлементной решетке Yagi усиление обычно пропорционально длине решетки. В позициях элементов есть определенная широта.
Одним из основных факторов, определяющих коэффициент усиления антенны Yagi, является количество элементов в конструкции. Однако расстояние между элементами также имеет значение.
На общую производительность радиочастотной антенны влияет очень много взаимосвязанных переменных, и в результате многие ранние конструкции не смогли полностью реализовать свой потенциал. Сегодня компьютерные программы используются для оптимизации конструкций перед их производством, и это означает, что их производительность лучше, чем у ранних разработок.
Усиление Yagi против количества элементов
Хотя существуют различия между различными конструкциями и способами изготовления антенн Яги-Уда, можно указать некоторые очень приблизительные цифры ожидаемого усиления в зависимости от количества элементов в конструкции. Это может быть полезным эмпирическим правилом для ожидаемого усиления антенны Yagi.
ПРИБЛИЗИТЕЛЬНЫЕ УРОВНИ УСИЛЕНИЯ АНТЕННЫ ЯГИ-УДА
| КОЛИЧЕСТВО ЭЛЕМЕНТОВ | ПРИБЛИЗИТЕЛЬНОЕ ОЖИДАЕМОЕ УСИЛЕНИЕ В ДБ НА ДИПОЛЕ |
|---|---|
| 2 | 5 |
| 3 | 7,5 |
| 4 | 8,5 |
| 5 | 9,5 |
| 6 | 10,5 |
| 7 | 11,5 |
Следует отметить, что эти цифры весьма приблизительны.
В качестве дополнительного эмпирического правила, когда есть около четырех или пяти директоров, каждый дополнительный директор добавляет около 1 дБ дополнительного усиления для директоров до примерно 15 директоров. Цифра падает с увеличением числа директоров.
Соотношение Yagi спереди и сзади
Одной из величин, связанных с коэффициентом усиления антенны Yagi, является то, что называется отношением фронта к тылу, F/B. Это просто отношение уровня сигнала в прямом направлении к обратному. Обычно это выражается в дБ.
Отношение фронта к тылу для антенны Yagi или любой другой антенны в этом отношении обычно выражается в децибелах. Соответственно за соотношение надо взять лог 10 .
Отношение фронта к тылу важно в обстоятельствах, когда необходимо свести к минимуму помехи или охват в обратном направлении. К сожалению, условия внутри антенны означают, что необходимо проводить оптимизацию либо для соотношения фронта к тылу, либо для максимального усиления в прямом направлении. Условия для обеих характеристик не совпадают, но отношение фронта к тылу обычно можно максимизировать при небольшом ухудшении усиления в прямом направлении. Усиление направленной антенны Yagi является одним из ключевых параметров работы и физических аспектов антенны. Усиление вперед необходимо сбалансировать с рядом других факторов, чтобы получить наилучшую общую производительность. Тем не менее, Yagi предлагает хороший уровень усиления даже при небольшом увеличении веса и сложности, и поэтому антенна является хорошим выбором для многих установок.