Волновой канал

Антенна «волновой канал», известная также как антенна Уда-Яги, или антенна Яги — антенна, состоящая из расположенных вдоль линии излучения параллельно друг другу активного и нескольких пассивных вибраторов. Волновой канал относится к классу антенн бегущей волны. В советской литературе применялось название «волновой канал», которое и осталось распространенным в русскоязычной литературе; в англоязычной литературе используют названия по именам изобретателей.

Устройство и принцип действия

Схема антенны «волновой канал»

Антенна состоит из расположенных на траверсе (на рисунке — Т) активного (A) и ряда пассивных вибраторов — рефлекторов (R), расположенных относительно направления излучения за активным вибратором, а также директоров (D), расположенных перед активным вибратором. Чаще всего применяется один рефлектор, число директоров меняется от нуля до десятков. Активный вибратор имеет длину около полуволны (0,5 λ), рефлектор длину немного большую 0,5 λ, директоры имеют длину, меньшую 0,5 λ. Расстояния от активного вибратора до рефлектора и до первого директора составляют около 0,25 λ.

Излучение антенны можно рассматривать как сумму излучений всех составляющих её вибраторов. Ток, наведённый излучением активного вибратора в рефлекторе, наводит в нём напряжение. Для рефлектора, сопротивление которого носит индуктивный характер за счёт длины, большей 0,5 λ, напряжение отстает по фазе от напряжения в активном вибраторе на 270­°. В результате излучение активного вибратора и рефлектора в направлении рефлектора складывается в противофазе, а в направлении активного вибратора — в фазе, что приводит к усилению излучения в направлении активного вибратора приблизительно вдвое. Аналогично рефлектору работают директоры, однако из-за емкостного характера их сопротивления (что определяется их меньшей длиной) излучение усиливается в направлении директоров. Каждый дополнительный рефлектор или директор дают прибавку усиления, но меньшую, чем предыдущий рефлектор и директор, причём для рефлектора эффект ослабления действия дополнительных элементов намного более выражен, поэтому более одного рефлектора применяют достаточно редко.

Характеристики

Трехэлементный 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.

Применение

Слева направо на траверсе смонтированы рефлектор, активный вибратор и директор. Хорошо видно, что рефлектор несколько длиннее активного вибратора, а директор короче.

Антенны «волновой канал» широко применяются в качестве приёмных телевизионных, в качестве приёмных и передающих в системах беспроводной передачи данных, в радиолюбительской связи, в прочих системах связи, в радиолокации. Широкому их распространению способствуют высокое усиление, хорошая направленность, компактность, простота, небольшая масса. Антенну применяют на диапазонах, начиная с коротких волн, в диапазонах метровых и дециметровых волн и на более высоких частотах, на СВЧ-диапазонах.

История

Антенна волновой канал была изобретена в 1926 году японцем Синтаро Удо в сотрудничестве с Хидэцугу Яги из Университета Тохоку, расположенного в городе Сэндай в Японии. Яги опубликовал первое описание антенны на английском языке, в связи с чем в западных странах она стала ассоциироваться с его именем. Яги, впрочем, всегда упоминал принципиально важную роль Уда в изобретении антенны, в связи с чем правильным названием должно быть «антенна Уда-Яги».

Антенна получила широкое распространение во время Второй мировой войны в качестве антенны радаров ПВО благодаря её простоте и хорошей направленности. Японские военные впервые узнали об антенне после битвы при Сингапуре, когда к ним попали записки английского радиоинженера, упоминавшего «антенну яги». Японские офицеры разведки не поняли в этом контексте, что Яги — это имя.

Несмотря на то, что антенна была изобретена в Японии, она оставалась неизвестной большинству японских разработчиков радаров в течение большой части военного периода, из-за противоречий между флотом и армией.

Антенну горизонтальной поляризации можно видеть под левым крылом самолетов, базируемых на авианосцах Grumman F4F, F6F, TBF Avenger. Антенну вертикальной поляризации можно видеть на носовом обтекателе многих истребителей второй мировой войны.

Ссылки

• Карл Ротхаммель «Антенны» ISBN 3-440-07018-2 ISBN 985-6487-15-3
• H .Yagi, Beam transmission of ultra-shortwaves, Proceedings of the IRE, vol. 16, pp. 715—740, June 1928. The URL is to a 1997 IEEE reprint of the classic article. См. также Beam Transmission Of Ultra Short Waves: An Introduction To The Classic Paper By H. Yagi by D.M. Pozar, in Proceedings of the IEEE, Volume 85, Issue 11, Nov. 1997 Page(s):1857 — 1863.
• «Scanning the Past: A History of Electrical Engineering from the Past». Proceedings of the IEEE Vol. 81, No. 6, 1993.
• Shozo Usami and Gentei Sato, «Directive Short Wave Antenna, 1924». IEEE Milestones, IEEE History Center, IEEE, 2005.
• D. Jefferies, «Yagi-Uda antennas». 2004.