Yagi-Antenne - Länge der Elemente
Ich modelliere derzeit eine Yagi-Antenne mit Matlab und nachdem ich die Antenne optimiert habe, habe ich eine kürzere Director-Länge als der Erreger selbst (auch wenn die Optimierung mir einen guten Gewinn gebracht hat).
Nach dem, was ich aus Lehrbüchern gelesen und gelernt habe, sollten die Direktoren einer Yagi-Antenne immer kürzer als der Dipol sein, um die EM-Wellen in eine bestimmte Richtung nach vorne zu lenken und damit die Richtwirkung zu erhöhen.
Als ich sogar versuchte, die Länge des Direktors auf ein Maß zu reduzieren, das kürzer als der Dipol war, gab es mir einen niedrigeren dBi (9,17 dBi anstelle von 13 dBi).
Warum bietet DirectorLength> DipoleLength eine bessere Verstärkung (dBi)? Sollte es nicht stattdessen das Gegenteil sein?
Eigenschaften der mit Matlab simulierten Antenne:
Antworten
Ich vermute, Ihre Ergebnisse sind ein Artefakt Ihrer Optimierungsmethode.
Ich habe das im Link zu NEC2 beschriebene Design mithilfe des EZNEC- Frontends simuliert . Als Referenz berechnet EZNEC die Verstärkung im freien Raum mit Elementen mit 2 mm Durchmesser als 13,03 dBi (der Link gibt keinen Elementdurchmesser an). Ich glaube, dies ist nahe genug an der Verstärkung Ihres Modells von 13,6 dBi, um Ihre Frage zu beantworten.
EZNEC berechnet die Antriebspunktimpedanz des angetriebenen Elements Ihres Modells als 40-j99$\Omega$, was nicht gut zu den 50- passt$\Omega$Übertragungsleitungen im allgemeinen Gebrauch. Durch Erhöhen der Länge des angetriebenen Elements um etwa 14% - und damit länger als die Direktoren - wird die Übereinstimmung verbessert, indem die Eingangsimpedanz auf 59 + j6 geändert wird$\Omega$ unter Beibehaltung der Vorwärtsverstärkung von 13,03 dBi.
Interessanterweise ist das angetriebene Element jetzt länger als der Reflektor , was ebenfalls nicht üblich ist. Das Strahlungsmuster Ihres Designs zeigt viele Nebenkeulen:
Ich vermute, dass das "Aufräumen" des Musters zu einem Entwurf mit Elementen führt, deren Länge den üblichen Beziehungen entspricht, die in den Hunderten von in der Literatur beschriebenen Antennen zu sehen sind.
Es gibt viele Eigenschaften einer Antenne, die optimiert werden könnten:
- Maximale Verstärkung
- Strahlbreite
- Front-to-Back-Verhältnis
- Feedpoint-Impedanz
- SWR-Bandbreite
- Robustheit gegenüber Herstellungsvariationen
Typische Designs zielen auf "ziemlich gut" in all diesen Parametern ab. Die Optimierung ausschließlich für einen Parameter geht in der Regel zu Lasten anderer und führt zu ungewöhnlichen Designs.
Die Länge des angetriebenen Elements wird so gewählt, dass die richtige Impedanz für Ihr passendes Netzwerk angegeben wird. Es gibt keine Regel, dass es länger oder kürzer ist als alles andere.
Die Direktoren sind immer kürzer als die Reflektoren, da ihre Selbstimpedanz in Kombination mit ihrem Abstand wichtig ist, um die richtigen Ströme für jedes Element zu ermitteln.
(Natürlich meine ich einfache dünne freie Dipole, wenn sie geladen oder gebogen sind usw., dann spiegelt ihre physikalische Länge nicht mehr ihre elektrische Länge wider)
Die Impedanz eines resonant angetriebenen Elements ist normalerweise niedriger als 50 Ohm, daher gibt es verschiedene Tricks, um sie anzupassen. Einer von ihnen wäre ein Parallelkondensator, für den Sie das angetriebene Element verlängern müssten, um es induktiv zu machen. Ein anderer wäre ein Parallelinduktor, obwohl ich dies in der Praxis noch nie gesehen habe, der ein kürzeres angetriebenes Element erfordern würde. Aber es liegt ganz bei Ihnen, je nachdem, welche Impedanz Sie sehen möchten. Jede Länge innerhalb des vernünftigen Rahmens wird in Ordnung sein.