Логоперіодична антена — багатоелементна , призначена для роботи в широкому діапазоні частот. Вона була винайдена Джоном Данлейві в 1952 році.

Найпоширенішою формою логоперіодичної антени є логоперіодична дипольна решітка, яка складається з ряду диполів із поступово зростаючою довжиною, кожен з яких є парою металевих стрижнів. Диполі встановлені один біля одного і з'єднані паралельно з чергуванням фаз. Електрично це імітує серію дво- або триелементних антен Ягі-Уда, кожна з яких налаштована на іншу частоту.

Логоперіодичні дипольні решітки виглядають дещо схожими на антени Ягі-Уда, бо й ті, й інші складаються зі стрижнів, встановлених в лінію вздовж опори, але вони працюють по-різному. Додавання елементів до антени Ягі-Уда збільшує її направленість або посилення, а додавання елементів до логоперіодичної дипольної решітки збільшує її частотну характеристику або ширину смуги пропускання.

Одним із важливих застосувань для логоперіодичної дипольної решітки є наземні телевізійні антени на даху, оскільки вони повинні мати широку смугу пропускання, щоб покривати телевізійні діапазони приблизно 54–88 і 174—216 МГц в УКХ і 470—890 МГц в УВЧ, забезпечуючи при цьому високе посилення для якісного приймання сигналу. Одна популярна конструкція телевізійних антен поєднує антену Ягі-Уда для приймання УВЧ з більшою логоперіодичною дипольною решіткою для УКХ.

Основна концепція Логоперіодична дипольна решітка зазвичай складається з ряду напівхвильових дипольних елементів, кожен з яких є парою металевих стрижнів, розташованих уздовж осі антени. Елементи розташовані з інтервалами відповідно до логарифмічної функції частоти, відомої як сигма. Довжина наступних елементів і відстань між ними поступово зменшуються вздовж осі. Відношення між довжинами є функцією, відомою як тау. Сигма і тау є ключовими елементами конструкції логоперіодичною дипольної решіткиThe Log-Periodic Dipole Array". Діаграма направленості антени однонаправлена, головна пелюстка орієнтована вздовж осі антени в бік торця з найкоротшими елементами. Кожен дипольний елемент є резонансним для довжини хвилі, яка приблизно дорівнює його подвоєній довжині. Смуга пропускання антени (діапазон частот, у якому вона дає майже максимальне посилення) знаходиться приблизно між резонансними частотами найдовшого та найкоротшого елементів.

Кожен елемент в логоперіодичній дипольній решітці є , тобто електрично з'єднаним з . Паралельна лінія зв'язку зазвичай проходить уздовж осі антени, і кожен наступний елемент підключається до неї у протифазі. Часто можна побачити, як лінія живлення йде зигзагами по осі антени, утримуючи диполі. Іншою поширеною конструкцією є використання двох паралельних центральних опор, які також діють як лінія живлення, а диполі встановлені на двох опорах почергово. Інші форми логоперіодичної конструкції замінюють диполі самою лінією живлення, утворюючи логоперіодичну зигзагоподібну антену«Log-periodic zig zag antenna», US Patent 3355740. Також існує багато інших форм, в яких дріт живлення використовують як активний елементPhoto Archive Of Antennas, Illinois Historic Archive.

Антена Ягі-Уда та логоперіодична дипольна решітка на перший погляд виглядають дуже схожими, оскільки вони обидві складаються з кількох дипольних елементів, нанизаних на вісь. Втім антена Ягі-Уда має лише один , підключений до лінії передачі, зазвичай другий від задньої частини масиву, решта елементів є . Антена Ягі-Уда відрізняється від логоперіодичної дипольної решітки дуже вузькою смугою пропускання.

Загалом, на будь-якій заданій частоті логоперіодична антена працює дещо подібно до триелементної антени Ягі-Уда. Дипольний елемент, найближчий до резонансного на робочій частоті, діє як керований елемент, а два сусідні елементи працюють як направлювач і відбивач для збільшення посилення (коротший елемент попереду діє як направлювач, а довший елемент позаду — як відбивач). Однак система є дещо складнішою, і всі елементи певною мірою роблять свій внесок, тому коефіцієнт підсилення для будь-якої даної частоти є вищим, ніж антени Ягі-Уда тих самих розмірів, що й будь-яка окрема частина логоперіодичної системи. Однак антена Ягі-Уда з такою ж кількістю елементів, як і логоперіодична антена, матиме набагато більший коефіцієнт посилення, оскільки всі ці елементи покращують коефіцієнт посилення одного керованого елемента. Для телевізійних антен часто поєднують логоперіодичну конструкцію для УКХ з антеною Ягі-Уда для УВЧ, при цьому обидві половини є приблизно однаковими за розміром. Це призводить до набагато більшого підсилення антеною Ягі-Уда для УВЧ (порядку 10-14 дБ), ніж логоперіодичною антеною для УКХ (порядку 6,5 дБ). Але це додаткове посилення було необхідним у будь-якому випадку, щоб компенсувати низку проблем із сигналами УВЧ.

Слід зауважити, що логоперіодична конструкція антени, згідно з визначенням IEEE«Log-periodic antenna Any one of a class of antennas having a structural geometry such that its impedance and radiation characteristics repeat periodically as the logarithm of frequency.» (see The new IEEE Standard Dictionary of Electrical and Electronics Terms, 1993 ⓒ IEEE.) «Log-periodic antenna Any one of a class of antennas having a structural geometry such that its impedance and radiation characteristics repeat periodically as the logarithm of frequency.» (see Acknowledgments, and footnote in page 1), Self-Complementary Antennas―Principle of Self-Complementarity for Constant Impedance―, by Mushiake, Yasuto, Springer-Verlag London Ltd., London, 1996., не узгоджується з властивостями широкосмугового зв'язку для антенMushiake, Yasuto, «Constant-impedance antennas», J. IECE Japan, 48, 4, pp. 580—584, April 1965. (in Japanese).. Широкосмугова властивість логоперіодичних антен походить від їх самоподібності. Плоску логоперіодичну антену також можна зробити , — наприклад, логарифмічні (які не класифікують як логоперіодичні) або логоперіодичну зубчасту конструкцію. І. Мусіаке виявив, для того, що він назвав «найпростішою самодоповнювальною плоскою антеною», імпеданс провідної точки η0/2=188,4 Ω на частотах глибоко в межах смуги пропусканняRumsey, V. H., Frequency independent antennas, Academic Press, New York and London. 1966. [p. 55].

Історія Джон Данлейві винайшов логоперіодичну антену в 1952 році, працюючи на військово-повітряні сили США, але не зміг її запатентувати через секретність цих досліджень. Університет Іллінойсу в Урбана-Шампейн запатентував антени Ісбелла (Isbell) і Маєса-Каррела (Mayes-Carrel) і надав ексклюзивну ліцензію JFD Electronics у Нью-Йорку. і проігнорували патенти та виготовили широкий спектр антен на основі цієї конструкції. Програш Університетом Іллінойсу судових позовів щодо патенту на антену призвів до . Цей прецедент регулює патентні судові процеси в США.

Примітки

Література

$ 15-5: The Log-Periodic Antenna, p. 703—708.

Посилання

Antenna-Theory.com Log-Periodic Tooth Antenna Page Blonder-Tongue Doctrine LPDA Online Calculation Some thoughts on Log-Periodic Antennas Com-Power Corporation — Log Periodic Antennas for EMC testing All About Circuits — The Fundamentals of Wi-Fi Antennas Electronics Point — Forum / Antenna Maker Pro EE Power