ΠΑΡΑΙΣΙΚΗ ΓΙΑΣΑΞΗ ΚΔΡΑΙΩΝ (YAGI-UDA)

1. κοπόρ άζκηζηρ

Σηόρνο ηεο παξνύζαο αζθεζεο είλαη ε εμνηθείσζε ησλ ζπνπδαζηώλ κε ηελ παξαζηηηθή

δηάηαμε θεξαηώλ ηύπνπ Yagi-Uda. Θα θαηαζθεπαζηνύλ ηέηνηεο θεξαίεο κε δηαθνξεηηθέο

παξακέηξνπο θαη ζα κεηξεζνύλ ηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπο.

2. Βαζικέρ απσέρ λειηοςπγίαρ ηων κεπαιών Yagi

Λίγεο θεξαίεο είλαη ηόζν θνηλέο όζν νη Yagi θεξαίεο, γλσζηέο επίζεο θη σο Yagi-Uda

θεξαίεο. Απηή ε θεξαία πήξε ην όλνκά ηεο από ηνλ εξεπλεηή S.Uda θαη από ηνλ θαζεγεηή

H.Yagi, νη νπνίνη πεηξακαηίζηεθαλ κε απηέο ηηο παξαζηηηθέο δηαηάμεηο ζηελ Ιαπσλία ζηα 1920.

Η ζηνηρεηνθεξαία Yagi-Uda είλαη κία ζηνηρεηνθεξαία πνπ απνηειείηαη από έλα αξηζκό

γξακκηθώλ δηπόισλ. Χξεζηκνπνηείηαη ζηηο δώλεο ζπρλνηήησλ HF, VHF θαη UHF ζε εθαξκνγέο

πνπ απαηηνύλ κεγάιε θαηεπζπληηθόηεηα, κεγάιν ιόγν front-to-back θαη ζηηβαξή θαηαζθεπή ελώ

ν ρξήζηεο παξακέλεη αθίλεηνο. Έλα από ηα δίπνια είλαη ελεξγό (ηξνθνδνηείηαη κέζσ γξακκήο

κεηαθνξάο) ελώ ηα ππόινηπα είλαη παξαζηηηθά ησλ νπνίσλ ηα ξεύκαηα επάγνληαη κέζσ ηεο

ακνηβαίαο ζύλζεηεο αληίζηαζεο.

Η ζηνηρεηνθεξαία Yagi είλαη ζρεδηαζκέλε έηζη ώζηε λα ιεηηνπξγεί πάληνηε σο

αθξνππξνδνηηθή ζηνηρεηνθεξαία. Απηό επηηπγράλεηαη ρξεζηκνπνηώληαο παξαζηηηθά ζηνηρεία ηα

νπνία ζηελ επηζπκεηή θαηεύζπλζε λα δξνπλ σο θαηεπζπληήξεο ελώ ζηελ αληίζεηε θαηεύζπλζε

λα δξνπλ σο αλαθιαζηήξεο.

Σην παξαθάησ ζρήκα απεηθνλίδεηαη κηα θεξαία Yagi έμη ζηνηρείσλ.

Σρήκα 1. Κεξαία Yagi έμη ζηνηρείσλ

Σρήκα 2. Γξάθεκα θέξδνπο ζε ζπλάξηεζε κε ηνλ αξηζκό ησλ ζηνηρείσλ κίαο ηππηθήο θεξαίαο Yagi

Απιθμόρ

ηοισείων Κέπδορ

3 8.7

4 9.9

5 10.5

6 11.1

Πίλαθαο 1. Κέξδνο θεξαίαο Yagi γηα δηαθνξεηηθό αξηζκό ζηνηρείσλ (κεηαμύ ηνπο απόζηαζε 0.15ι)

Η εκπέδεζε εηζόδνπ ηεο θεξαίαο Yagi είλαη ζπλάξηεζε ηεο εκπέδεζεο εηζόδνπ ηνπ

ελεξγνύ ζηνηρείνπ (δίπνινπ), αιιά επεξεάδεηαη ζεκαληηθά θαη από ηα παξαζηηηθά ζηνηρεία.

Μπνξνύκε λα πξαγκαηνπνηήζνπκε κηα ζηνηρεηνθεξαία 3 δίπνισλ κε ζεσξεηηθή ηηκή 25 Ω. Η

εκπέδεζε εηζόδνπ κεηαβάιιεηαη ζεκαληηθά αλάινγα κε ηε δηάξζξσζε ηεο θεξαίαο θαη πνηθίιεη

από 20 Ω έσο 100 Ω.

Γεληθά, ν όξνο Yagi είλαη πεξηζζόηεξν ελδεηθηηθόο ηνπ ηύπνπ ηεο δνκήο ηεο θεξαίαο

παξά θάπνηνπ ζπγθεθξηκέλνπ κνληέινπ. Σηελ πξαγκαηηθόηεηα ππάξρνπλ πνιιέο παξαιιαγέο

ηεο θεξαίαο Yagi. Πξέπεη λα ζεκεησζεί όηη απ’ ηε ζηηγκή πνπ δελ ππάξρεη εύθνιε αλαιπηηθή

κέζνδνο γηα ηελ αλάιπζε κηαο θεξαίαο Yagi, ε αλάιπζε θαη βειηηζηνπνίεζε ηέηνησλ θεξαηώλ

γίλεηαη κε ηελ βνήζεηα ππνινγηζηηθώλ ζπζηεκάησλ θαη πξνζνκνηώζεσλ. Επηπρώο πνιιέο

πεηξακαηηθέο θαη αξηζκεηηθέο κειέηεο έρνπλ πξαγκαηνπνηεζεί θαη ηα απνηειέζκαηα ηνπο είλαη

δηαζέζηκα ζηε βηβιηνγξαθία.

3. Πειπαμαηική Γιαδικαζία

Σηελ παξνύζα άζθεζε ζα κειεηήζεηε ηελ θαηαζθεπή θαη ηελ δνκή ηεο θεξαίαο Yagi. Θα

παξαηεξήζεηε ηηο δηαθπκάλζεηο ζηηο δηάθνξεο παξακέηξνπο όηαλ απμάλεηαη ν αξηζκόο ησλ

ζηνηρείσλ ηεο. Χξεζηκνπνηώληαο δηαγξάκκαηα αθηηλνβνιίαο, ζα κειεηήζεηε ην θέξδνο (gain), ην

εύξνο δέζκεο κηζήο ηζρύνο θαη ηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ ιόγνπ εκπξόζζηνπ-νπίζζηνπ ινβνύ

(front-to-back ratio).

3α. Δγκαηάζηαζη ηος εξοπλιζμού

1 Τα θύξηα ζηνηρεία ηνπ θεξαηνζπζηήκαηνο κέηξεζεο, πνπ απνηειείηαη από ηελ δηεπαθή

ιήςεο δεδνκέλσλ (Data Acquisition Interface), ην ηξνθνδνηηθό ηεο δηάηαμεο (Power

Supply), ηελ γελλήηξηα ζήκαηνο (RF Generator), ην ζύζηεκα ζηήξημεο ηεο θεξαίαο

(Antenna Positioner), ηνλ ππνινγηζηή (computer), πξέπεη λα είλαη θαηάιιεια

εγθαηεζηεκέλα πξνηνύ μεθηλήζεη ε άζθεζε.

2 Τνπνζεηνύκε ηνλ ηζηό ηεο θεξαίαο κε ηνπο ζπλδεηήξεο ζε νξηδόληηα δηάηαμε.

Σπλδένπκε ηελ θεξαία Yagi πάλσ ζηνλ ηζηό κε ηέηνην ηξόπν ώζηε λα είλαη ζε νξηδόληηα

πόισζε θαη ηελ ζπλδένπκε ζηελ γελλήηξηα ζήκαηνο (RF Generator) ζην 1GHz

OSCILLATOR OUTPUT, ρξεζηκνπνηώληαο ην καθξύ θαιώδην SMA.

3 Εγθαηάζηαζε δίπνινπ ι/2: Χξεζηκνπνηώληαο ηε βίδα ηνπ πξνζαξκνγέα γσλίαο 90ν

πξνζαξηνύκε ην δίπνιν ζηνλ αινπκηλέλην θπιηλδξηθό βξαρίνλα. Τνπνζεηνύκε ηνλ ηζηό

κε ηνπο νξηδόληηνπο ζπλδεηήξεο ζην νιηζζαίλνλ ζηήξηγκα ηνπ Antenna Positioner.

Πξνζαξκόδνπκε ηελ θεξαία ζηνλ ηζηό όπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα 3. Χξεζηκνπνηώληαο

ην νιηζζαίλνλ ζηήξηγκα βεβαησλόκαζηε πσο ην δίπνιν είλαη επζπγξακκηζκέλν κε ην

θέληξν πεξηζηξνθήο ηνπ Antenna Positioner. Βηδώλνπκε ηνλ εμαζζελεηή 10dB ζηελ

είζνδν RF ζηελ θνξπθή ηνπ Antenna Positioner. Σπλδένπκε ηελ θεξαία ζηνλ

εμαζζελεηή ρξεζηκνπνηώληαο ην ελδηάκεζν θαιώδην SMA.

Σρήκα 3. Τνπνζέηεζε δίπνινπ πξνζθνιιεκέλνπ ζηελ αινπκηλέληα βάζε.

4. Τνπνζεηνύκε ηελ θεξαία εθπνκπήο Yagi ζε απόζηαζε r=1.5 m από ηελ θεξαία ιήςεο

(δίπνιν). Πξνζπαζνύκε λα ηηο επζπγξακκίζνπκε, ώζηε λα βξίζθνληαη ζην ίδην ύςνο θαη

αληηθξηζηά ε κία από ηελ άιιε.

5. Πξαγκαηνπνηνύκε ηηο παξαθάησ ξπζκίζεηο:

Σηελ γελλήηξηα ζήκαηνο:

1 GHz OSCILLATOR MODE………………………………………………1 KHz

1 GHz OSCILLATOR RF POWER…………………………………………...OFF

10GHz OSCILLATOR RF POWER…………………………………………..OFF

Θέηνπκε ζε ιεηηνπξγία ηελ γελλήηξηα ζήκαηνο, ην ηξνθνδνηηθό, ηνλ ππνινγηζηή θαη

μεθηλάκε ην πξόγξακκα LVDAM-ANT.

3β. Γιάγπαμμα ακηινοβολίαρ - Μεηπήζειρ

6. Θέηνπκε ηνλ δηαθόπηε ηνπ 1 GHz OSCILLATOR RF POWER ηεο γελλήηξηαο ζήκαηνο

ζηε ζέζε ON. Βειηηζηνπνηνύκε ηνλ εμαζζελεηή ώζηε λα παξάγεηαη επίπεδν ζήκαηνο

ζηα 13 dB θάησ από ην ζεκείν ζάξσζεο (πξέπεη λα δηαηεξεζεί απηή ε ηηκή θαζ’ όιε

ηελ δηάξθεηα ηεο άζθεζεο). Ξεθηλάκε ηελ δηαδηθαζία ιήςεο ησλ δεδνκέλσλ θαη

απνζεθεύνπκε ην δηάγξακκα αθηηλνβνιίαο επιπέδοσ αναφοράς Ε ζε έλα αξρείν

(Document1). Απηό ζα ρξεζηκνπνηεζεί σο δηάγξακκα αλαθνξάο ζηα επόκελα βήκαηα.

7. Χξεζηκνπνηνύκε ην ζύξκα κήθνπο 178 mm σο αλαθιαζηήξα, ηνπνζεηώληαο ην ζε

απόζηαζε κεηαμύ Α=0.15ι θαη 0.25ι πίζσ από ην ηξνθνδνηνύκελν δίπνιν, όπσο

θαίλεηαη ζην ζρήκα 4.

Σρήκα 4. Εγθαηάζηαζε θεξαίαο κε ρξήζε αλαθιαζηήξα.

Σηγνπξεπόκαζηε όηη ην δίπνιν είλαη επζπγξακκηζκέλν κε ην θέληξν πεξηζηξνθήο ηνπ

ANTENNA POSITIONER. Ξεθηλάκε ηελ δηαδηθαζία ιήςεο δεδνκέλσλ θαη

απνζεθεύνπκε ην θαηλνύξην δηάγξακκα αθηηλνβνιίαο ζε έλα θαηλνύξην αξρείν

(Document2).

8. Αθαηξνύκε ηνλ αλαθιαζηήξα από ηνλ βξαρίνλα, θαη ελ ζπλερεία πξνζαξκόδνπκε ηνλ

θαηεπζπληήξα κήθνπο 146 mm ζε απόζηαζε κεηαμύ Α=0.15ι θαη 0.25ι κπξνζηά από

ην ηξνθνδνηνύκελν δίπνιν. Λακβάλνπκε ην δηάγξακκα αθηηλνβνιίαο θαη ην

απνζεθεύνπκε σο επίπεδο αναφοράς Ε ελόο θαηλνύξγηνπ αξρείνπ (Document3).

9. Γηα θαιύηεξε θαηαλόεζε ησλ ξόισλ πνπ παίδνπλ ν θαηεπζπληήξαο θαη ν

αλαθιαζηήξαο ζπγθξίλεηε απηά ηα δύν δηαγξάκκαηα κε απηό πνπ ζώζαηε ζην πξώην

ζεη δεδνκέλσλ. Τη παξαηεξείηε;

10. Σηήζηε κία Yagi-Uda θεξαία ηξηώλ ζηνηρείσλ ρξεζηκνπνηώληαο ηα ζύξκαηα 178 mm

θαη 146 mm σο αλαθιαζηήξα θαη θαηεπζπληήξα αληηζηνίρσο, θαη ην δίπνιν σο ην

ζηνηρείν νδήγεζεο. Τα παξαπάλσ ζηνηρεία ηνπνζεηήζηε ηα έηζη ώζηε λα απέρνπλ

0.15ι.

Κάληε κία θαηαγξαθή θαη ζώζηε ην απνηέιεζκα σο επίπεδο αναφοράς Ε ελόο

θαηλνύξγηνπ αξρείνπ (Document4).

Σημείωζη: Το ζηήζιμο μίαρ Yagi-Uda κεπαίαρ απαιηεί ακπιβή μέηπηζη ηων μηκών ηων

ζςπμάηων και ηηρ απόζηαζήρ ηοςρ. Τα επόμενα βήμαηα θα ζαρ βοηθήζοςν ζηην

παπαηήπηζη ηηρ ζςμπεπιθοπάρ αςηού ηος είδοςρ ηηρ κεπαίαρ, όηαν ο απιθμόρ ηων

ζηοισείων αςξάνεηαι ζύμθωνα με ηο ζωζηό διάγπαμμα πςθμίζεων.

11. Γηα λα απμεζεί ε επάξθεηα ησλ ηξηώλ ζηνηρείσλ Yagi ηεο θεξαίαο, αλαηξέμηε ζην

ζρήκα 5 θαη ζηηο επόκελεο ηηκέο γηα λα πξνζαξκόζεηε ηελ απόζηαζε αλάκεζα ζηα

ζηνηρεία.

Μήθνο ζπξκάησλ:

Α=178 mm B=154 mm C=146 mm

Απόζηαζε κεηαμύ ησλ ζπξκάησλ:

1=87 mm

2=61 mm

Σρήκα 5. Καηαζθεπή ηεο θεξαίαο Yagi-Uda.

Αξρίζηε κία θαηαγξαθή θαη απνζεθεύζηε ην δηάγξακκα σο επίπεδο αναφοράς Ε

ελόο θαηλνύξγηνπ αξρείνπ (Document5). Σπγθξίλεηε ην απνηέιεζκα κε ην

πξνεγνύκελν θαη παξαηεξήζηε ηελ επίδξαζε ηεο ζσζηήο απόζηαζεο κεηαμύ ησλ

ζηνηρείσλ ηεο θεξαίαο.

12. Χξεζηκνπνηώληαο ηηο επόκελεο ηηκέο θαη αλαθνξηθά κε ην αλσηέξσ ζρήκα

θαηαζθεπάζηε κία Yagi-Uda θεξαία ηεζζάξσλ ζηνηρείσλ.

Μήθνο ζπξκάησλ:

A=178 mm B=154 mm C=146 mm D=144 mm

Απόζηαζε κεηαμύ ησλ ζπξκάησλ:

1=88 mm

2=85 mm

3=66 mm

Κάληε κία θαηαγξαθή θαη απνζεθεύζηε ην δηάγξακκα σο επίπεδο αναφοράς Ε ελόο

θαηλνύξγηνπ αξρείνπ (Document6).

13. Αλαηξέμηε ζην ζρήκα 5 θαη ρξεζηκνπνηείζηε ηηο αθόινπζεο ηηκέο γηα λα ζηήζεηε κία

θεξαία Yagi 5 ζηνηρείσλ.

Μήθνο ζπξκάησλ:

Α=178 mm B=154 mm C=146 mm D= 44 mm E=142 mm

Απνζηάζεηο αλάκεζα ζηα ζύξκαηα:

1=94 mm

2=75 mm

3=100 mm

4=108 mm

Καηαγξάςηε ηα απνηειέζκαηα θαη απνζεθεύζηε ην δηάγξακκα σο επίπεδο αναφοράς

Ε ελόο θαηλνύξγηνπ αξρείνπ (Document7).

14. Αλαηξέμηε ζην ζρήκα 5 θαη ρξεζηκνπνηείζηε ηηο αθόινπζεο ηηκέο γηα λα ζηήζεηε κία

θεξαία Yagi 6 ζηνηρείσλ.

Μήθνο ζπξκάησλ:

Α=178 mm B=154 mm C=146 mm D=144 mm E=142 mm F=140 mm

Απνζηάζεηο αλάκεζα ζηα ζύξκαηα:

1=66 mm

2=70 mm

3=105 mm

4=110 mm

5=120 mm

Καηαγξάςηε ηα απνηειέζκαηα θαη απνζεθεύζηε δηάγξακκα σο επίπεδο αναφοράς Ε

ζε έλα λέν αξρείν (Document8).

15. Χξεζηκνπνηώληαο ηνλ παξαθάησ πίλαθα, θαηαγξάθηε ην θέξδνο ζε dBd (αλαθνξηθά

κε ην δηάγξακκα ηνπ δηπόινπ πνπ απνζεθέπζαηε ζην πξώην ζεη δεδνκέλσλ) θαη ζε

dBi (ρξεκνπνηήζηε ην θέξδνο δηπόινπ ι/2), ην εύξνο δέζκεο κηζήο ηζρύνο HPBW θαη

ην ιόγν front-to-back ηεο πξνζαξκνζκέλεο Yagi θεξαίαο 3, 4, 5 θαη 6 ζηνηρείσλ.

Aπιθμόρ

ηοισείων

Κέπδορ

(dBd)

Κέπδορ

(dBi)

HPBWE

(°) F/B

3

4

5

6

Πίλαθαο 2. Παξάκεηξνη δηαθνξεηηθώλ δηαηάμεσλ θεξαίαο Yagi-Uda.

16. Σρνιηάζηε ηελ πξόνδν ηνπ θέξδνπο αλάκεζα ζηηο δηαθνξεηηθέο πεξηπηώζεηο

ιακβάλνληαο ππόςηλ ηηο ζεσξεηηθέο ηηκέο πνπ δίλνληαη ζηνλ πίλαθα 1.

17. Πεξηζηξέςηε ηνλ πνκπό θαη ην δέθηε θαη θαηαγξάςηε ην επίπεδο αναφοράς Η ηεο

θεξαίαο Yagi 6 ζηνηρείσλ. Απνζεθεύζηε ην δηάγξακκα ζην Αξρείν 8 (Document8)

18. Πξνζαλαηνιίζηε ηε γσλία κεγίζηνπ θέξδνπο (MSP) ησλ ζηνηρείσλ ηεο θεξαίαο Yagi

6 ζηνηρείσλ ζηηο 0⁰ θαη παξαηεξήζηε ηελ ρσξηθή αλαπαξάζηαζή ηεο

ρξεζηκνπνηώληαο ηηο Ε, Η θαη 3 – D θαξηέιεο.

19. Σηγνπξεπηείηε πσο έρεηε ζώζεη ηα ζηνηρεία αθηηλνβνιίαο θαη βγείηε από ην LVDAM-

ANT ινγηζκηθό. Τνπνζεηήζηε όινπο ηνπο δηαθόπηεο ζηε ζέζε O (Οff),

απελεξγνπνηήζηε ηνλ ππνινγηζηή, απνζπλαξκνινγήζηε ηε δηάηαμε θαη επηζηξέςηε

όια ηα ζηνηρεία ζηε ζέζε ηνπο.

4. ςμπεπάζμαηα

Σηελ άζθεζε απηή παξαηεξήζαηε ην ξόιν ηνπ αλαθιαζηήξα θαη ησλ θαηεπζπληήξσλ ζε

κία θεξαία Yagi-Uda. Σρεδηάζαηε ηα δηαγξάκκαηα αθηηλνβνιίαο θεξαηώλ κε δηαθνξεηηθό αξηζκό

ζηνηρείσλ θαη ππνινγίζαηε ην εύξνο δέζκεο κηζήο ηζρύνο HPBW, ην ιόγν front-to-back θαη ην

θέξδνο ηνπο αλαθνξηθά κε ην ι/2 δίπνιν. Παξαηεξήζαηε επίζεο ηελ επίδξαζε ηεο αύμεζεο ηνπ

πιήζνπο ησλ ζηνηρείσλ ζηε βειηίσζε ηνπ θέξδνπο ηεο θεξαίαο απηνύ ηνπ ηύπνπ.

5. Δπωηήζειρ Καηανόηζηρ

1. Εμεγήζηε ηηο δηαθνξέο αλάκεζα ζε έλα αλαδηπισκέλν δίπνιν, κία βξνρνθεξαία, κία ειηθνεηδή

θεξαία θαη κία Yagi-Uda θεξαία.

2. Πώο δηαθέξεη ε Yagi θεξαία από ηηο ηξεηο άιιεο θεξαίεο πνπ αλαθέξνληαη ζηελ πξνεγνύκελε

εξώηεζε;

3. Εμεγήζηε ην ξόιν θάζε ζηνηρείνπ ηεο θεξαίαο Yagi-Uda.

4. Εμεγήζηε ηε ζρέζε αλάκεζα ζηνλ αξηζκό ησλ ζηνηρείσλ ηεο θεξαίαο Yagi θαη ην θέξδνο ηεο.

5. Γηα πνηό ιόγν ην θέξδνο πνπ πξνθύπηεη από ηνπο πξνζηηζέκελνπο θαηεπζπληήξεο κεηώλεηαη

ζηαδηαθά κε ηελ αύμεζε ηνπ πιήζνπο ηνπο;