Antena logarítmica periódica

La antena logarítmica periódica o log-periódica (LP) es un tipo de antena direccional multi-elemento, destacada por su capacidad para operar eficientemente en un amplio rango de frecuencias. La antena log-periódica es de naturaleza direccional porque concentra su recepción y transmisión de señales en una sola dirección, y multielemento debido a que está compuesta por múltiples elementos conductores (dipolos) organizados de manera secuencial y progresiva. Esta antena fue inventada por John Dunlavy en 1952.

El diseño habitual de la antena log-periódica es una hilera de dipolos logarítmicos periódicos o LPDA por sus siglas en inglés (Log-Periodic Dipole Array). Los LPDA constan de una serie de dipolos de onda media, cuyas longitudes aumentan progresivamente, donde cada dipolo, formado por un par de varillas metálicas, se monta en línea y se conecta en paralelo a la línea de alimentación, con una fase alterna. Este diseño emula eléctricamente a una serie de antenas Yagi-Uda de dos o tres elementos interconectadas, cada una sintonizada a una frecuencia distinta.

Aunque las antenas LPDA guardan cierta similitud visual con las antenas Yagi, debido a sus elementos dipolo montados en línea a lo largo de un brazo soporte, sus principios de funcionamiento son notablemente diferentes. Mientras que añadir más elementos a una antena Yagi incrementa su direccionalidad o ganancia, hacerlo a una antena LPDA expande su respuesta de frecuencia o ancho de banda.

Las antenas LPDA son especialmente útiles en aplicaciones como las antenas de televisión terrestre para techos. Su amplio ancho de banda les permite cubrir eficazmente el espectro de bandas de televisión, que abarcan desde aproximadamente 54–88 y 174–216 MHz en VHF hasta 470–890 MHz en UHF. Además, ofrecen una alta ganancia, esencial para una recepción adecuada en condiciones marginales. Un diseño popular para la recepción de televisión combina una antena Yagi para UHF con una LPDA más grande para VHF, optimizando así la captación de señales en diferentes bandas.

La antena logarítmica periódica es una solución versátil y eficiente en el ámbito de las telecomunicaciones, capaz de adaptarse a una variedad de rangos de frecuencia y aplicaciones, desde la recepción de televisión hasta usos más especializados en telecomunicaciones.

HSD

Conceptos básicos

El LPDA normalmente consta de una serie de "elementos" dipolo de media onda. cada uno consta de un par de varillas de metal, colocadas a lo largo de un brazo de soporte que se encuentra a lo largo del eje de la antena. Los elementos están espaciados a intervalos siguiendo una función logarítmica de la frecuencia, conocida como d o sigma. La longitud de los elementos sucesivos y la separación entre ellos disminuye gradualmente a lo largo de la pluma. La relación entre las longitudes es una función conocida como tau. Sigma y tau son los elementos de diseño clave del diseño LPDA. El patrón de radiación de la antena es unidireccional, con el lóbulo principal a lo largo del eje del brazo, fuera del extremo con los elementos más cortos. Cada elemento dipolar resuena a una longitud de onda aproximadamente igual al doble de su longitud. El ancho de banda de la antena, el rango de frecuencia en el que tiene máxima ganancia, está aproximadamente entre las frecuencias resonantes del elemento más largo y más corto.

Cada elemento de la antena LPDA es un elemento accionado, es decir, conectado eléctricamente a la línea de alimentación. Una línea de transmisión de alambre paralela generalmente corre a lo largo del brazo central, y cada elemento sucesivo está conectado en fase opuesta a ella. La línea de alimentación a menudo se puede ver zigzagueando a través del brazo de soporte que sostiene los elementos. Otro método común de construcción es utilizar dos brazos de soporte centrales paralelos que también actúan como línea de transmisión, montando los dipolos en los brazos alternos. Otras formas del diseño logarítmico periódico reemplazan los dipolos con la propia línea de transmisión, formando la antena logarítmica periódica en zig-zag. También existen muchas otras formas que utilizan el cable de transmisión como elemento activo.

Los diseños de Yagi y LPDA parecen muy similares a primera vista, ya que ambos consisten en una serie de elementos dipolares montados a lo largo de un brazo de soporte. El Yagi, sin embargo, solo tiene un único elemento activado conectado a la línea de transmisión, generalmente el segundo desde la parte posterior de la matriz, los elementos restantes son parásitos. La antena Yagi se diferencia de la LPDA por tener un ancho de banda muy estrecho.

En términos generales, en cualquier frecuencia dada, el diseño logarítmico periódico funciona de manera similar a una antena Yagi de tres elementos; el elemento dipolo más cercano al resonante en la frecuencia de operación actúa como un elemento excitado, con los dos elementos adyacentes a cada lado como director y reflector para aumentar la ganancia, el elemento más corto al frente actúa como director y el elemento más largo detrás como reflector. Sin embargo, el sistema es algo más complejo que eso, y todos los elementos contribuyen hasta cierto punto, por lo que la ganancia para cualquier frecuencia dada es mayor que la de un Yagi de las mismas dimensiones que cualquier sección del logaritmo periódico. Sin embargo, una Yagi con la misma cantidad de elementos que una log-periódica tendría una ganancia mucho mayor, ya que todos esos elementos mejoran la ganancia de un solo elemento controlado. En su uso como antena de televisión, era común combinar un diseño logarítmico periódico para VHF con un Yagi para UHF, con ambas mitades aproximadamente del mismo tamaño. Esto dio como resultado una ganancia mucho mayor para UHF, normalmente del orden de 10 a 14 dB en el lado Yagi y 6,5 dB para el logaritmo periódico. Pero esta ganancia adicional se necesitaba de todos modos para compensar una serie de problemas con las señales UHF.

Debe señalarse estrictamente que la forma logarítmica periódica, según la definición de IEEE, no se alinea con la propiedad de banda ancha de las antenas. La propiedad de banda ancha de las antenas logarítmicas periódicas proviene de su autosimilitud. Una antena logarítmica periódica plana también puede hacerse autocomplementaria, como las antenas espirales logarítmicas (que no se clasifican como logarítmicas periódicas per se sino entre las antenas independientes de la frecuencia que también son autosimilares) o el diseño dentado log-periódico. Y. Mushiake descubrió, por lo que denominó "la antena plana autocomplementaria más simple," una impedancia de punto impulsor de η0/2=188,4 Ω en frecuencias dentro de sus límites de ancho de banda.

Antena logística, 250–2400 MHz

Inicialmente montado para polarización vertical, cubre 140-470 MHz

Antena de televisión LP 1963. Cubre 54-88 MHz y 174–218 MHz. Se utilizaron elementos inclinados porque en la banda superior operan en la tercera armónica.

Wire Antena monopolística logística Log.

Historia

La antena logarítmica periódica fue inventada por John Dunlavy en 1952 mientras trabajaba para la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, pero no se le acreditó debido a su "secreto" clasificación. La Universidad de Illinois en Urbana-Champaign había patentado las antenas Isbell y Mayes-Carrel y había otorgado la licencia del diseño como un paquete exclusivamente a JFD Electronics en Nueva York. Channel Master y Blonder Tongue Labs ignoraron las patentes y produjeron una amplia gama de antenas basadas en ese diseño. Demandas relacionadas con la patente de la antena que la U.I. Fundación perdida, evolucionó hacia la Doctrina Blonder-Tongue de 1971. Este precedente rige los litigios de patentes.

Antenas de transmisión de onda corta

Antena de transmisión periódica de alambre en la emisora internacional de onda corta, Moosbrunn, Austria. Cubre 6.1-23 MHz

Diagrama de una antena LPA de onda corta de zig-zag, conductores metálicos de muestra negra, soportes aislantes

El logaritmo periódico se usa comúnmente como antena transmisora en estaciones de transmisión de onda corta de alta potencia porque su amplio ancho de banda permite que una sola antena transmita en frecuencias en múltiples bandas. Se ha utilizado el diseño log-periódico en zig-zag con hasta 16 secciones. Estas antenas grandes generalmente están diseñadas para cubrir de 6 a 26 MHz, pero se han construido otras incluso más grandes que funcionan a una frecuencia tan baja como 2 MHz. Las clasificaciones de potencia están disponibles hasta 500 kW. En lugar de que los elementos se accionen en paralelo, unidos a una línea de transmisión central, los elementos se accionan en serie, elementos adyacentes conectados en los bordes exteriores. La antena que se muestra aquí tendría una ganancia de aproximadamente 14 dBi. Un conjunto de antenas que consta de dos antenas de este tipo, una encima de la otra y activadas en fase, tiene una ganancia de hasta 17 dBi. Al ser logarítmicamente periódica, las características principales de la antena (patrón de radiación, ganancia, impedancia del punto de conducción) son casi constantes en todo su rango de frecuencia, y la coincidencia con una línea de alimentación de 300 Ω logra una relación de onda estacionaria mejor que 2:1 sobre ese rango.