В точку: антенна Яги

Если вам довелось посмотреть вверх во время поездки по пригородной улице в США в 60-е или 70-е годы, вы, несомненно, заметили лес телевизионных антенн. Когда единственным вариантом было эфирное телевидение, люди приложили все усилия, чтобы поймать сигналы, при этом антенны иногда огромных размеров летали над крышами.

Наружные антенны практически исчезли в последней трети 20-го века, когда провайдеры кабельного телевидения стали доминировать, выброшенные на обочину как неприглядные пережитки печальной и ушедшей эпохи ограниченного выбора и плохого приема. Но теперь скряги-перерезчики кабеля, такие как ваш покорный слуга, начинают заново выращивать этот некогда густой лес, на этот раз поднимая антенны для приема цифровых программ по воздуху. Многие из новых антенн делают возмутительные заявления о характеристиках или рекламируют, что они разработаны специально для телевидения высокой четкости. Конечно, это все маркетинговая чепуха, потому что тогда, как и сейчас, почти каждая телевизионная антенна представляла собой лишь некоторую форму классической конструкции Yagi. Физика этой антенны увлекательна, как и история ее изобретения.

То, что впоследствии стало известно как антенна Яги, появилось в начале 1920-х годов в лаборатории профессора Синтаро Уда в Императорском университете Тохоку в Сендае, Япония. Доктор Уда работал в диапазоне УКВ и искал способы сделать антенны более направленными. Экспериментируя с резонансной рамочной антенной, он обнаружил, что размещение статической петли рядом с антенной приводит к тому, что сигнал становится не всенаправленным, почти как если бы петля действовала как отражатель.

Вместе со своим коллегой Хидецугу Яги Уда экспериментировал с разными конфигурациями. В конечном итоге они заменили рамочную антенну простым диполем и добавили дополнительные элементы, которые они назвали директорами, на длинную стрелу для дальнейшего формирования луча. Используя восемь директоров на 15-метровой деревянной стреле, установленной на крыше их лаборатории, Уда и Яги смогли общаться на расстоянии 135 км на частоте 68 МГц, что в то время было немалым достижением.

Назвав свое изобретение «направленной антенной волнового проектора», антенна была неизбежно названа в честь кого-то. То, как это стало заслугой исключительно доктора Яги, — это рассказ о каком-то предательстве со стороны Яги с долей наивности со стороны Уды. Доктор Уда опубликовал первые статьи об антенне на японском языке, но по неизвестным причинам доктор Яги подал заявку на японский и американский патент на антенну без упоминания Уды. Японский патент был передан компании Marconi в Англии, а американский патент — RCA. Без упоминания об Уде и с поездкой доктора Яги по англоязычному миру для обсуждения «своей» антенны на различных радиотехнических конференциях антенна постепенно стала просто «антенной Яги» или «решеткой Яги».

По иронии судьбы, благодаря соперничеству между службами и изолированному менталитету в императорской Японии, только захват британской радарной установки во время битвы за Сингапур в 1942 году представил отечественное изобретение японским военным. Японские разведчики даже не считали «Яги» японским именем — они полагали, что это просто кодовое слово, придуманное британцами.

Основными характеристиками антенны Яги-Уда являются высокая направленность и высокий коэффициент усиления. Учитывая тот факт, что длина каждого элемента должна быть близка к некоторой доле длины волны сигнала, это наиболее практично для более высоких частот, в основном выше 30 МГц. Однако это не значит, что его нельзя использовать для более длинных волн — многие радиолюбители работают на диапазонах 20 и 40 м через большую Яги.

Как и в оригинальной конструкции доктора Уды, Яги состоит из одного ведомого элемента, параллельного и копланарного по крайней мере с двумя паразитными элементами. Минимальная конструкция представляет собой один элемент отражателя, расположенный «за» ведомым элементом (относительно направления радиосигнала), и один элемент директора перед ведомым элементом. Практичная антенна, скорее всего, будет иметь несколько директоров, чем больше их, тем уже направленность и выше усиление, по крайней мере, до определенного момента.