Что такое директорная антенна?
Директорная антенна, также широко известная как антенна «волновой канал» или антенна Уда-Яги, представляет собой направленную антенную систему. Она состоит из линейного ряда параллельных вибраторов, длина каждого из которых составляет примерно половину рабочей длины волны. Эти вибраторы расположены перпендикулярно линии их размещения, которая, в свою очередь, совпадает с основным направлением излучения и приема сигнала. Классическая длина такой антенны равна λ/2 (половине длины волны). Наиболее распространенное бытовое применение директорных антенн — прием телевизионного сигнала.
История изобретения
Антенна была изобретена в конце 1920-х — начале 1930-х годов японскими инженерами Хидэцугу Яги и Синтаро Уда из Университета Тохоку. Хотя основную работу проделал Уда, в международной практике закрепилось название «антенна Яги» или «антенна Уда-Яги». Это изобретение сыграло ключевую роль в развитии радиотехники, особенно в области создания радиолокационных станций (радиолокаторов), где требовались компактные и эффективные направленные антенны.
Устройство и принцип действия
Конструкция директорной антенны включает три типа элементов:
1. Активный вибратор (драйвер) — единственный элемент, непосредственно подключенный к фидерной линии (кабелю) от генератора или приемника. Его длина обычно составляет около 0.45λ.
2. Рефлектор (отражатель) — одиночный вибратор, расположенный позади активного элемента. Он немного длиннее (примерно на 5%), что обеспечивает отставание по фазе тока и, как следствие, отражение электромагнитной энергии вперед, усиливая сигнал в нужном направлении.
3. Директоры (направляющие) — ряд вибраторов, расположенных перед активным элементом. Они короче (на 5-10%), что создает опережение по фазе. Директоры «направляют» и фокусируют волну.
Расстояние между вибраторами в системе обычно меньше четверти длины волны. Принцип работы основан на явлении пространственной интерференции. Электромагнитные поля, создаваемые активным вибратором и переизлучаемые пассивными элементами (рефлектором и директорами), складываются синфазно в одном, основном направлении. В противоположных и боковых направлениях поля складываются в противофазе и взаимно гасятся. Таким образом достигается высокая направленность антенны.
Ключевые характеристики и применение
Директорная антенна с большим количеством элементов по сути является синфазной антенной решеткой. Основные параметры, определяющие ее эффективность:
• Коэффициент направленного действия (КНД) — показывает, во сколько раз мощность излучения в главном направлении превышает мощность изотропного излучателя.
• Ширина диаграммы направленности — угол, в пределах которого мощность сигнала не падает ниже определенного уровня.
• Коэффициент усиления — отношение мощности на входе эталонной антенны к мощности на входе данной антенны при условии одинаковой напряженности поля в точке приема.
Для измерения диаграммы направленности используются специальные установки, где сигнал с детектора антенны подается на измерительный прибор.
Области применения: Изначально антенны использовались в радиолокации и профессиональной связи. Сегодня они наиболее известны как телевизионные антенны метрового и дециметрового диапазонов. Также они популярны среди радиолюбителей на УКВ (КВ-УКВ диапазоны) и широко применяются в сантиметровом диапазоне волн для спутниковой связи, Wi-Fi и других беспроводных технологий благодаря своей простой конструкции и хорошим направленным свойствам.