100 年以上前、二人の男が八木アンテナを発明しました。 このアンテナについて聞いたことがありますか? それは 1926 年に東北帝国大学で、宇田信太郎と川上清、八木秀次、および同じ大学の他の同僚によって発明されました。
このアンテナは、高指向性、高利得、および連続見通し線によって妨害やノイズを除去するために複数の方向の信号を受信する必要がある利点を活用できるように設計された最初のアンテナとなりました。 この宇田・八木ペアは、今や「アンテナの父」と呼ばれるようになりました。 この記事では、八木アンテナの基本、コンポーネント、設計上の考慮事項、用途などについて説明します。
八木アンテナとは何ですか？
八木アンテナは八木宇田アンテナとも呼ばれます。 これは、半波長ダイポールとして機能する少なくとも 2 つの共振並列コンポーネントを持つ指向性アンテナとして説明できます。 アンテナは主に 3 つの部品から構成されます。
これらには、ディレクタ、被駆動要素、および反射器が含まれ、1 つの被駆動コンポーネントが伝送線路を介して受信機または送信機との接続、または他の種類の寄生コンポーネントとの接続を形成します。 一般に、寄生素子は反射板および一部の導波器 (長い方の素子) として説明できます。
短い素子 (寄生素子) は受信機または送信機に電気的に接続されていません。 ただし、これらは、これらの駆動要素と連動する受動共振器として機能します。 一般に、八木アンテナは UHF および HF 範囲で効果的に動作するように作られており、帯域幅が狭いか非常に小さい場合でも、30 MHz および 3 GHz 以内の機能周波数を提供します。 これらのアンテナの独自の設計は、10 デシベルを超える優れたゲイン値を実現するために行われています。
八木アンテナの構成部品
八木アンテナは 3 つの主要なコンポーネントで構成されています
リフレクター
リフレクターの長さは、通常、駆動要素と比較して 5% 長くなります。 ほとんどの場合、すべての八木アンテナは、駆動素子の裏側にある反射素子で構成されています。 これは、最大の感度が発生するエリアの横にあることを意味します。
さらに、駆動素子の背面領域にある反射板は、アンテナの性能に明らかな違いを示しません。 一方、それは、いくつかの平行なロッドまたは反射板に似た反射板を備えた反射板を使用するデザインです。 これが起こると、デバイスの性能が少し向上し、放射線レベルが低下します。 また、パターン設計により干渉範囲が減少します。
被駆動要素
被駆動要素は、空間内での電磁エネルギーの放射に必要な電流を提供します。 通常、意図した動作周波数では半波長と同様の強度を持ちます。 他の要素は、駆動要素として 1 つの周波数での共振を保証する、波長の半分の長さの電気倍数として説明できます。 この追加の長さまたは半波長の倍数は、すべての寄生素子にキャパシタンスまたはインダクタンスを挿入することで実現でき、物理的な長さを変えることなく電気長を増やすことができます。
監督
ダイレクタの数が多い場合、または一方向のみの場合、ダイレクタの長さは駆動コンポーネントに比べて短くなります。 また、方向の位置は被駆動コンポーネントの前に留まります。つまり、感度レベルが高い方向に留まります。
多くの場合、ダイレクタの数が多い場合にこのレベルが低下した場合でも、フォワード パス内のすべてのダイレクタ要素にわたって約 1 dB のゲインが得られます。 出席したディレクターは、このアンテナの放射パターンに現れるローブの数を決定します。 愛が存在すればするほど、彼らは狭くなるでしょう。 これは、特定の方向だけに集中できることを意味します
八木アンテナの仕組みと構造
このセクションでは、八木アンテナの設計とその動作モードについて説明します。
八木アンテナの設計
過去数十年間、ほとんどの場合、家の屋根に八木アンテナが設置されています。 寄生ダイポールとコンポーネントが集合して八木アンテナを形成します。 アンテナにはより多くのダイレクタを含めることができ、アンテナの指向性を強化するのに役立ちます。 フィーダは折り返されたダイポールであると考えることができ、反射板には追加の長さがあり、通常はアンテナの端部分に配置されます。
八木アンテナの設計では、その構造はコンポーネントを配置できるセンターロッドの形をとります。 その能動部品は被駆動部品と呼ばれ、伝送線路は黒色のスタッドを介した内部接続を特徴としています。 駆動コンポーネントのバックエンドにあるこれらの単一材料は反射板と呼ばれ、放射パターンの方向に存在する全エネルギーを反射します。 3 つの駆動コンポーネントの前に存在する残りのコンポーネントはディレクタと呼ばれ、必要な角度の方向にビームを反射するのに役立ちます。
八木アンテナの動作原理
八木アンテナの操作を始める前に、まずアンテナがどのように機能するかを考えてみましょう。 アンテナは、信号を受信および送信するデバイスとして説明できます。 これらの受信信号がアンテナの入力端子に到達すると、入力波に応答するために端子間に AC (交流) が生成されます。
交流 (AC) は通常、導波管または同軸ケーブルを介して受信機の入力端子に接続されます。 要約すると、この受信アンテナは電磁波を受信し、電気信号に変換します。 一方、送信アンテナは電気信号を電磁波に変換するのに役立ちます。
アンテナにはさまざまなサイズと形状があります。 これはアプリケーションによって異なります。 アンテナの一般的な設計では、その導体は通常、折り返しダイポールや水平ダイポールなど、少なくとも 1 つの幾何学的形状に曲げられます。
八木アンテナの多くは折り返しダイポールアンテナです。 ダイポールへの電源または外部励起があるときは常に、能動コンポーネント間の電流の流れが、寄生コンポーネント間の電圧の生成に役立ち、寄生コンポーネントに確実に電流が流れます。
さらに、波長/2と比較して長いコンポーネントは、反射器コンポーネントの電流がその誘導電圧よりも遅れる誘導性の特徴を明らかにします。 また、コンポーネントまたはダイレクタの短い長さによって容量性の機能が誘導され、このダイレクタを流れる電流が誘導電圧を確実に誘導します。
八木アンテナの送信
ディレクタの位置はその被駆動コンポーネントの前にあるため、ディレクタには反対方向 (その位置から離れた方向) にある被駆動コンポーネントのフィールドが含まれます。 複数のディレクターが利用可能な場合は常に、各ディレクターが後続のディレクターに興奮を提供します。
さらに、リフレクターは、被駆動コンポーネントのフィールドをその方向 (その近く) に追加するのに役立ちます。 これは、後方放射信号の結果として生じる損失を減らすために行われます。 追加のゲインを達成するには、ビームの方向に追加のダイレクタを使用します。
基本的に、このコンポーネントを通過する誘導電圧の結果として生じる誘導電流と電圧の流れは、通常、アクティブコンポーネントと寄生コンポーネントの間の距離、およびこれらのコンポーネントに関連するリアクタンス現象に関連して異なります。
ここで注意しなければならないのは、八木アンテナの動作中に、被駆動コンポーネントとダイレクターとの間に存在する間隔が増加すると、正確で正確な位相調整が提供されることを保証する容量性リアクタンスの必要性が増加するということです。 ディレクターで。 このため、容量性リアクタンスを達成するために、コンポーネントダイレクタの長さは通常少し維持されます。
八木アンテナのメリットとデメリットは何ですか？
利点
- 八木アンテナなら確実に高利得
- ディレクターを活用しているため、高い指向性の機能と特長を備えています
- 八木アンテナは電力効率が非常に高い
- 構築と維持は複雑ではありません
- その価格設定は安価です
- さまざまな高周波アクティビティに最適な持続可能なレベル
短所
- 八木アンテナを使用しながら高い利得を得るには、このアンテナはより長くなります。
- 1 つのアンテナの場合、ゲイン レベルを 20 デシベルに制限する必要があります。そうしないと、デバイスが非常に大きくなり、ビーム幅が狭くなります。
- このアンテナは、干渉、ノイズ、大気条件の影響を非常に受けやすいため、デバイスのパフォーマンスが低下します。
八木アンテナの用途は何ですか?
八木アンテナにはいくつかの用途があります。 これらは
防衛用途
アンテナの受信能力が優れているため、テレビ信号を受信できます
天文学領域に効果的に貢献します
電波天文学に活用
結論
要約すると、八木アンテナは、半波長ダイポールとして機能する少なくとも 2 つの共振並列コンポーネントを持つ指向性アンテナとして説明できます。 アンテナは主に 3 つの部品から構成されます。 これらには、ダイレクタ、駆動要素、および反射体が含まれます。 過去数十年間、ほとんどの場合、家の屋根に八木アンテナが設置されています。 寄生ダイポールとコンポーネントが集合して八木アンテナを形成します。 八木アンテナの設計では、その構造はコンポーネントを配置できるセンターロッドの形をとります。
