Изобретатель Уда Яги
Содержание
Любительское Радио
Сегодня исполняется 90 лет со дня изобретения знаменитой антенны Уда-яги (uda-yagi). Правильный технический термин, именующий эту антенну — волновой канал. В радиолюбительском эфире и жаргоне эта антенна получила название “Яги” или “Яга”. Хотя, реально, изобретением антенны занимались два человека Шинтаро Уда и Хидецугу Яги.
Классической моделью у радиолюбителей считается трех элементная модель, состоящая из директора, вибратора и рефлектора. Увеличение количества директоров в антенне позволяет существенно повысить усиление антенны и эффективность ее работы. Правда, необходимо заменить, что полуволновый диполь диапазона 20 метров имеет длину 10 метров, а, следовательно, три последовательных элемента будут представлять собой конструкцию из трех трубок по 10 метров длинной расположенных параллельно друг другу на расстоянии примерно по три метра. Причем, такую конструкцию еще необходимо и вращать.
Доктор Hidetsugu Yagi инициировал в Японии большую исследовательскую программу по радио и возглавлял группу, занимавшуюся этой программой в Tokyo Imperial University. В эту группу входил и Shintaro Uda (тоже, кстати доктор), который и добавил к диполю пассивные элементы вдоль направления излучения (раньше это делали только поперек). По слухам Hidetsugu Yagi в изобретении участия не принимал. Но появившаяся в 1926 г. японская статья была подписана Shintaro Uda и Hidetsugu Yagi. Есть подозрение, что Hidetsugu Yagi дописал себя туда в качестве руководителя. Была такая практика, что все статьи сделанные «неграми» обязательно подписывались и научным руководителем.
В 1928 г., во время визита в Штаты Hidetsugu Yagi на встречах IRE [американский Институт радиоинженеров — прим. UY5XE] в нескольких городах рассказал об этой антенне (называл он ее «антенна Уда-Яги», т.е. тогда ставил себя таки на второе место). Тогда же (июне 1928 г.) он опубликовал в штатовском журнале IRE Proceedings большую статью об этой антенне, но уже на английском. С этого момента антенна бурно развивается в Штатах. В мае 1932 г. Hidetsugu Yagi (уже сам, без Shintaro Uda) получил патент США на эту антенну. В то время он контактировал с корпорацией
Radio Corporation of America (RCA) и RCA так же присутствует в патенте. Почему там отсутствует Shintaro Uda — тайна… Может быть потому, что к началу 30-х исследовательская группа в Tokyo Imperial University распалась, и с 1930 г. Hidetsugu Yagi работал в Osaka Imperial University как директор лаборатории радаров. В Японии патент на эту антенну (на имена Hidetsugu Yagi и Shintaro Uda — уже в такой последовательности) получен лишь в 1940 г. Почему так поздно — неясно. Почему Hidetsugu Yagi стал первым — можно догадаться: большой руководитель.
Не знаю, как под его руководством разрабатывали японские радары, но знаю, что применение таких антенн для японских радаров на несколько лет отставало от американского и британского. Когда во время войны японцы захватили британские радары, то с удивлением обнаружили массовое использование в них таких антенн. У самих же японцев антенны Уда-Яги в радарах появились лишь в конце войны. Три любопытных факта:
1. Ни Shintaro Uda, ни Hidetsugu Yagi не специализировалсь только на радио.
Они оба — преподаватели физики в вузах.
2. Антенны Уда-Яги использовались американцами для контроля взрыва атомных
взрывов над Японией в 45-м.
3. Shintaro Uda посетил Штаты в 1951 г. и выражал удивление
распространенностью антенн Уда-Яги, используемых как домашние телевизионные
антенны…
Фотографий Uda найти не удалось. Почему он ныне настолько забыт — непонятно. Впрочем короткая память человечества на своих гениев, увы, скорее норма.
Выводы:
— Антенну изобрел доктор Shintaro Uda. Лично.
— Hо ее, выражаясь современным языком, раскрутку обеспечил доктор Hidetsugu Yagi.
— Правильней называть «антенна Уда-Яги». Говоря просто «Яги» вы забываете имя истинного изобретателя волнового канала и идете на поводу у хитрого Hidetsugu Yagi, «позабывшего» включить в американский патент истинного изобретателя Shintaro Uda.
90-я годовщина изобретения антенны Yagi-Uda
Изобрели антенну Шинтаро Уда и Хидецугу Яги, хотя они оба совсем не специализировались на радио, а просто преподавали физику в Вузах. Как говорит история, Шинтаро Уда предложил добавить к диполю несколько пассивных элементов в направлении излучения. Таким образом, и получился волновой канал. А вот продажей и продвижением модели (получением патентов) уже стал заниматься Хидецугу Яги. Со временем, имя настоящего изобретателя стали забывать, оставляя для простоты только одну фамилию Яги.
Трёхэлементный волновой канал имеет усиление около 5-6 dBd, шестиэлементный — около 9 dBd, десятиэлементный — около 11 dB. Для длинных (более 15 элементов) антенн можно считать, что усиление увеличивается примерно на 2,2 dB на каждое удвоение длины антенны. Антенна обладает хорошим направленным действием. Антенна достаточно проста, имеет относительно небольшую массу, а отсутствие сплошных поверхностей обеспечивает малую парусность.
Антенна Яги – Уда — Yagi–Uda antenna
Один из способов представить себе работу такой антенны — рассматривать паразитный элемент как обычный дипольный элемент конечного диаметра, питаемый в его центре, с коротким замыканием в точке его питания. Как хорошо известно в теории линий передачи , короткое замыкание отражает всю падающую мощность, сдвинутую по фазе на 180 градусов. Таким образом, можно было бы смоделировать работу паразитного элемента как суперпозицию дипольного элемента, принимающего мощность и отправляющего ее по линии передачи к согласованной нагрузке, и передатчика, отправляющего такое же количество мощности по линии передачи обратно к антенне. элемент. Если бы переданная волна напряжения была сдвинута по фазе на 180 градусов с принятой волной в этой точке, суперпозиция двух волн напряжения дала бы нулевое напряжение, что эквивалентно замыканию диполя в точке питания (что делает его сплошным элементом, как есть ). Таким образом, полуволновой паразитный элемент излучает волну, сдвинутую по фазе на 180 ° с падающей волной.
Яги впервые широко использовался во время Второй мировой войны для бортовых радаров из-за своей простоты и направленности. Несмотря на то, что он был изобретен в Японии, многие японские инженеры-радары не знали о конструкции до самого конца войны, отчасти из-за соперничества между армией и флотом. Японские военные власти впервые узнали об этой технологии после битвы за Сингапур, когда они захватили записи британского радарного техника, в которых упоминалась «антенна яги». Офицеры японской разведки даже не осознавали, что Яги было японским именем в этом контексте. На вопрос техник сказал, что это антенна, названная в честь японского профессора.
Изобретатель Уда Яги
Если мы заменим сложный рефлектор на один резонансный, длиной 1,68 м (файл …\FM\FM5_75Yagi_1R.gaa), то на согласование и полосу по КСВ75 это почти не повлияет. Но зато F/B в участке 88 – 100 МГц снизится до 11 … 12 дБ. Это понятно: не может одна трубка обеспечить хорошее отражение в столь широкой полосе частот.
Еще одна распространенная задача, где может потребоваться широкая полоса – внешняя антенна для сотовых телефонов стандартов CDMA и GSM900. Требуемое перекрытие от 824 до 965 МГц (п. 12.1.1). В отличие от приемных вещательных антенн здесь нужна и работа на передачу, поэтому требуется лучшее согласование, т.е. более низкий КСВ в рабочей полосе.
Рис. 13.2.7.
За последние несколько десятилетий антенна Яги-Уда является наиболее часто используемым типом антенны для приема ТВ. Это самый популярный и простой в использовании тип антенны с лучшими характеристиками, который славится своим высоким усилением и направленностью
На рисунке изображена четкая форма антенны Яги-Уда. Центральная стержневидная структура, на которой установлены элементы, называется стрелой . Элемент, к которому присоединена толстая черная головка, является ведомым элементом, к которому внутренняя линия электропередачи подключена через этот черный стержень. Единственный элемент, присутствующий в задней части ведомого элемента, является отражателем , который отражает всю энергию в направлении диаграммы направленности. Другими элементами перед ведомым элементом являются направляющие, которые направляют луч в нужном направлении.
Возникновение одного поперечного луча при использовании одного активного вибратора и одного пассивного элемента позволяет предположить, что еще большее усиление может быть достигнуто использованием рефлектора и директора по разные стороны от активного вибратора. В действительности так и есть. Трехэлементная антенна Яги имеет коэффициент усиления, достигающий 6 дБ. В рефлекторе, имеющем длину больше половины длины волны, индуцируется ток, который, в свою очередь, является источником волны, гасящей волну от активного вибратора. Директоры несколько короче, их сопротивление носит емкостной характер, и они должны быть расположены на расстоянии, несколько меньшем половины длины волны, для обеспечения синфазности волн от активного вибратора и от директоров. Коэффициент усиления антенны Яги может быть увеличен путем увеличения количества элементов, однако каждыей новый дополнительный элемент будет вносить все меньший и меньший вклад. Для умеренного количества элементов усиление в прямом направлении пропорционально этому количеству.
Антенна Яги, изображенная на Рисунке 1, имеет один рефлектор, один петлевой вибратор в качестве активного элемента и три директора. В общем, чем больше используется пассивных элементов (директоров и рефлекторов), тем выше коэффициент усиления антенны. Увеличение количества этих элементов приводит к уменьшению ширины луча антенны, но, вместе с этим, и к сужению ее полосы частот. Поэтому правильная настройка антенны имеет большое значение. Коэффициент усиления антенны не увеличивается прямо пропорционально увеличению количества используемых элементов. Например, трехэлементная антенна Яги имеет относительное усиление по мощности от 5 до 6 дБ. Добавление дополнительного директора приводит к увеличению этого параметра примерно на 2 дБ. Однако добавление последующих директоров имеет все меньший и меньший эффект.
Такая популярность обусловлена простотой конструкции, мощным усилением сигнала, хорошая направленность приёма-передачи сигнала, а также небольшие размеры и маленький вес. Антенна Яги способна работать как с короткими диапазонами, так и на более высоких частотах.
Своим появлением антенна волновой канал обязана японским инженерам-электрикам Синтаро Уда и Хидэцугу Яги, которые изобрели её в 1926 году. Распространённое название устройства в западном варианте состоит из фамилий изобретателей — волновой канал часто называют антенной Яги-Уда или Яги.
Конструкция антенны Uda-Yagi
В далеком 1926 году два японских изобретателя Хидецугу Яги и Шинтаро Уда представили схему изобретенной ими антенны. За рубежом ей дали название в честь японских конструкторов, то есть Уда-Яги. Для советских пользователей она стала известна под именем «волновой канал». В наше время, несмотря на влияние Запада, в России используется старое названия антенны.
Главными достоинствами данного типа антенны является высокий коэффициент усиления приема, но, к сожалению, он зависит от длины бума, что вынуждает его удлинять для улучшения сигнала. Плюсом антенны выступает легкость ее собственноручного изготовления, что часто является решающим фактором при выборе той или иной антенны. Также стоит помнить о простоте конструкции антенны Уда-Яги, то есть в изготовлении данной антенны у вас проблем не должно быть. Стоит добавить, что данный вид антенны имеет малую парусность и небольшой вес, но эти достоинства нивелируются при приеме высоких частот. А на частотах СВЧ недостатки антенны проявляются в том, что она требует очень тонкой и сложной для обычного пользователя настройки.
Изобретатель Уда Яги
В продолжении темы антенн для цифрового телевидения, сегодня мы с вами, уважаемый аноним, рассмотрим подробнее весьма популярную антенну Yagi-Uda (или «Ягу», или Волновой канал). Антенна довольно капризна в изготовлении, о чем мы уже говорили, но она настолько популярна у антенных DIY-шников, что мы просто не можем обойти эту тему стороной. С другой стороны, в отличии от СВЧ диапазона, в диапазоне ДМВ, где и вещает цифровое телевидение, DIY-шнику вполне под силу изготовить антенну с хорошим усилением без настройки по приборам. Под катом представлены две конструкции Yagi-Uda для DVB-T2 из доступных материалов.
Входное сопротивление антенны 300 Ом. Усиление — от 8,5 dBi на нижнем участке рабочего диапазона до 14,5 dBi на верхнем. Подавление заднего лепестка диаграммы направленности не хуже 17 dB. КСВ в пределах рабочего диапазона не превышает двух. При таком КСВ антенна способна устойчиво работать совместно с современным малошумящим антенным усилителем. Более подробно, с графиками, характеристики антенны можно посмотреть по первой ссылке в конце статьи, а по четвертой ссылке представлена семиэлементная конструкция с полосой пропускания 470..690 МГц и усилением 8..12 dBi.
Схема с размерами элементов на фото.
— длина рефлектора 329мм
— длина активного элемента 293мм
— ширина активного элемента 20мм
— длина директора 304мм
расстояние между рефлектором и активным элементом 107мм (от центра)
расстояние между активным элементом и директором 187мм (от центра)
Итак, сегодня хочу с вами поделится простой самодельной антенной на LPD-диапазон «433 MHz.» (а точнее настроенную на 435), которую я собрал по статье, написанной Игорем Лаврушовым (UA6HJQ) в 2001 году. Антенна автором была успешно проверена в горах Северного Кавказа, я же хочу поделится своим опытом и моментами, где она может пригодиться. Антенна эта называется «3x-элементный волновой канал» или как её ещё называют Яги-Уда, антенна Яги, Yagi antenna, Яга.
22 мая 2021 lawbellex 441