Yagi antenn

Yagi antenn (täpsemalt: Yagi-Uda antenn) on suundantenn, mille põhilisteks osadeks on aktiivelement ja passiivelemendid. Aktiivelemendina kasutatakse poollainedipooli (enamasti silmusdipooli kujul), mis toimib elektromagnetlainete kiirgurina. Passiivelementideks on Yagi antennil reflektorid ja suunajad. Elementide pikkused ja vahekaugused valitakse niisugused, et nende omavahelise sidestuse tulemusena moodustub lainekanal ning selle tulemusena suunajate poole tugevalt väljavenitatud suunadiagramm. Selles suunas on võimsustihedus ja seega antenni võimendus kõige suurem. Yagi antennid on levinud antennitüüp, sest on võrdlemisi lihtsa  ehituse juures heade võimendus- ja suunaomadustega.

Tööpõhimõte
Aktiivdipoolis toimub sundvõnkumine toitekaabli kaudu saabuva energia arvel (saateantennis) või elektromagnetvälja energia arvel (vastuvõtuantennis). Aktiivelemendi võnkumine ergutab võnkumist ka passiivelementides. Neis aga toimub võnkumine levimise suunas järk-järgult suureneva hilinemisega, mis põhjustab faasinihke voolu- ja pingelaine vahel. See faasinihe sõltub lisaks lainete leviajast tingitud viivitusele ka passiivelemendi pikkusest. Suunaja kui poollainest lühema elemendi impedants (näivtakistus) osutub siis mahtuvuslikuks, see tähendab voolulaine on pingelainest umbes poole lainepikkuse võrra ees, põhjustades voolulaine täiendavat nihet. Kui suunaja on paigutatud aktiivdipoolist summaarsele hilistusele (nihkeajale) vastavale kaugusele, siis liitub tema võnkeenergia toidetava dipooli energiaga soovitud suunas. Reflektoris kui poollainest pikemas elemendis jääb vool pingest maha ja seega avaldab ta induktiivset takistust. Seetõttu lisanduvad ka reflektorite võnkumised õiges faasis üldisse võnkumisse.

Ehitus 
Kõige lihtsamas variandis koosneb Yagi antenn kolmest elemendist – silmusdipoolist, reflektorist ja suunajast. Suurema võimenduse saamiseks lisatakse antennile veel suunajaid. Mida rohkem on suunajaid, seda suuremaks muutub antenni võimendus, ühtlasi muutub kitsamaks ka antenni suunadiagramm. Võimendus ei kasva siiski võrdeliselt koos suunajate arvuga. Näiteks kui reflektor ja ka suunaja on dipoolist kaugusel 0,15 λ (λ on antenni resonantsisagedusele vastav lainepikkus), siis suunajate arvu suurendamisel kolmelt neljani kasvab võimendus 1 dB, suurendamisel üheksalt kümnele aga kõigest 0,2 dB. Reflektoreid enamasti üle kolme ei lisata, sest sellest suunatoime eriti ei parane.

Koos suunajate arvuga väheneb vastuvõetava sagedusriba laius. Paljude suunajatega nn ridaantennil on ribalaius ligikaudu 10% sagedusest. Näiteks kui antenni resonantssagedus on 400 MHz, siis ta töötab ligikaudu 380‒420 MHz sagedusribas.

Silmusdipool koosneb kahest poollainepikkusest dipoolist, mis on otstest kokku ühendatud. Toitekaabel ühendatakse ühe dipooli poolituskohta. Praktikas valmistatakse niisugune poollainevibraator ühest metallvardast või -torust painutatud silmusena. Silmusdipooli toitepunktis on vool kaks korda väiksem ja pinge kaks korda suurem kui sirgdipooli korral, seetõttu on impedants neli korda suurem. Reaalselt jääb impedants silmusdipooliga antennidel vahemikku 240‒300 Ω. Toitekaablina kasutatakse tavaliselt koaksiaalkaablit lainetakistusega 70‒75 Ω. Silmusdipool kui sümmeetriline antenn ühendatakse ebasümmeetrilise kaabliga sobituslüli kaudu, mis ühtlasi transformeerib lainetakistuse suhtes 4:1.

Silmusdipooli ja reflektori vaheline optimaalne  kaugus parima suunatoime saamiseks on 0,15‒0,25 lainepikkust (λ), vahekaugus esimese suunajani umbes 0,1 λ. 

Reflektorid on aktiivelemendist umbes 5 % pike‒mad, suunajad aga 10‒20 % lühemad, sõltuvalt nende arvust ja omavahelisest kaugusest, mis on tavaliselt 0,2‒0,35 λ.

Ajalugu 
 Shintaro Uda, kes töötas professori assistendina Tohoku Ülikoolis, alustas 1926. aastal koostöös Hidetsugu Yagiga katseid ja uuringuid, mis käsitlesid passiivsete reflektorite ja suunajate kasutamist antennides. Teadustöö viis selleni, et aastatel 1926–1929 avaldas ta välja 11 artiklist koosnenud publikatsiooni ajakirjas ’’Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan’’, mille pealkirjaks oli ’’On the Wireless Beam of Short Electric Waves. Ta mõõtis antenni parameetreid ühe reflektori ja kuni 30 suunajaga. Kõige parema võimenduse sai ta reflektoriga, mis oli poollaine pikkune ning veerandlaine kaugusel aktiivelemendist. Suunajate optimaalseks pikkus oli 10% poollainest väiksem ja esimese suunaja kaugus aktiivelemendist umbes kolmandik lainepikkusest. Olgugi et mõõtmised olid tehtud n-ö põllul, siis olid nad märkimisväärselt sarnased hiljem täpsemate katsete ja arvutustega saadud tulemustega.

Vaata ka 
 Antenn
 Logoperioodiline antenn
 Ruuporantenn
 Planaarantenn

Viited

Välislingid

 Yagi Antenna

Antennid