Una antena logarítmica periódica ( LP ), también conocida como matriz logarítmica periódica o antena logarítmica periódica , es una antena direccional de múltiples elementos diseñada para operar en una amplia banda de frecuencias . Fue inventada por John Dunlavy en 1952.
La forma más común de antena logarítmica periódica es el conjunto dipolar logarítmico periódico o LPDA . El LPDA consiste en una serie de elementos accionados por dipolos de media onda de longitud que aumenta gradualmente, cada uno de los cuales consta de un par de varillas metálicas. Los dipolos están montados juntos en una línea, conectados en paralelo a la línea de alimentación con fase alterna. Eléctricamente, simula una serie de antenas Yagi-Uda de dos o tres elementos conectadas entre sí, cada conjunto sintonizado a una frecuencia diferente.
Las antenas LPDA se parecen un poco a las antenas Yagi, ya que ambas consisten en elementos de varilla dipolar montados en línea a lo largo de un brazo de soporte, pero funcionan de maneras muy diferentes. Agregar elementos a una Yagi aumenta su direccionalidad o ganancia , mientras que agregar elementos a una LPDA aumenta su respuesta de frecuencia o ancho de banda .
Una de las principales aplicaciones de las LPDA es en las antenas de televisión terrestre instaladas en los tejados , ya que deben tener un gran ancho de banda para cubrir las amplias bandas de televisión de aproximadamente 54–88 y 174–216 MHz en VHF y 470–890 MHz en UHF, y al mismo tiempo tener una alta ganancia para una recepción de franjas adecuada. Un diseño ampliamente utilizado para la recepción de televisión combinaba una Yagi para la recepción UHF frente a una LPDA más grande para VHF.
El LPDA normalmente consta de una serie de "elementos" dipolares de media onda , cada uno de los cuales consta de un par de varillas metálicas, 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 que siguen una función logarítmica de la frecuencia , conocida como d o sigma . La longitud de los elementos sucesivos y el espaciamiento entre ellos disminuyen gradualmente a lo largo del brazo. La relación entre las longitudes es una función conocida como tau . Sigma y tau son los elementos de diseño clave del diseño LPDA. [1] [2] 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 es resonante a una longitud de onda aproximadamente igual al doble de su longitud. El ancho de banda de la antena, el rango de frecuencia sobre el cual tiene una ganancia casi máxima , está aproximadamente entre las frecuencias resonantes de los elementos más largos y más cortos.
Cada elemento de la antena LPDA es un elemento excitado , es decir, conectado eléctricamente a la línea de alimentación . Una línea de transmisión de cable paralelo suele correr a lo largo del brazo central, y cada elemento sucesivo está conectado a él en fase opuesta . La línea de alimentación a menudo se puede ver en zigzag a través del brazo de soporte que sostiene los elementos. [2] Otro método de construcción común 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 log-periódico reemplazan los dipolos con la propia línea de transmisión, formando la antena log-periódico en zigzag. [3] También existen muchas otras formas que utilizan el cable de transmisión como elemento activo. [4]
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. La Yagi, sin embargo, tiene un solo elemento excitado conectado a la línea de transmisión, generalmente el segundo desde la parte posterior del conjunto, los elementos restantes son parásitos . La antena Yagi se diferencia de la LPDA en que tiene un ancho de banda muy estrecho.
En términos generales, en cualquier frecuencia dada, el diseño log-periódico funciona de manera similar a una antena Yagi de tres elementos; el elemento dipolar más cercano a la resonancia 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 en el frente actuando 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 en algún grado, por lo que la ganancia para cualquier frecuencia dada es mayor que una Yagi de las mismas dimensiones que cualquier sección del log-periódico. Sin embargo, una Yagi con el mismo número de elementos que una log-periódico tendría una ganancia mucho mayor, ya que todos esos elementos están mejorando la ganancia de un solo elemento excitado. En su uso como antena de televisión, era común combinar un diseño log-periódico para VHF con una Yagi para UHF, con ambas mitades siendo aproximadamente iguales en tamaño. Esto resultó en una ganancia mucho mayor para UHF, típicamente del orden de 10 a 14 dB en el lado Yagi y 6,5 dB para el log-periódico. [5] Pero esta ganancia adicional era necesaria de todos modos para compensar una serie de problemas con las señales UHF .
Cabe señalar que la forma log-periódica, según la definición IEEE, [6] [7] no se alinea con la propiedad de banda ancha para antenas. [8] [9] La propiedad de banda ancha de las antenas log-periódicas proviene de su autosimilitud . Una antena log-periódica plana también puede hacerse autocomplementaria , como las antenas espirales logarítmicas (que no se clasifican como log-periódicas per se , sino entre las antenas independientes de la frecuencia que también son autosimilares) o el diseño dentado log-periódico. Y. Mushiake encontró, para lo que denominó "la antena plana autocomplementaria más simple", una impedancia del punto de activación de η 0 /2 = 188,4 Ω en frecuencias dentro de sus límites de ancho de banda. [10] [11] [12]
John Dunlavy inventó la antena log-periódica en 1952 mientras trabajaba para la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, pero no se le atribuyó su invención debido a su clasificación de "secreta". [13] La Universidad de Illinois en Urbana-Champaign había patentado las antenas Isbell y Mayes-Carrel y licenció el 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. Las demandas relacionadas con la patente de la antena, que la Fundación UI perdió, evolucionaron hasta convertirse en la Doctrina Blonder-Tongue de 1971. Este precedente rige los litigios de patentes. [14]
La antena log-periódica se utiliza comúnmente como antena de transmisión en estaciones de radiodifusión de onda corta de alta potencia [15] 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 zigzag con hasta 16 secciones. Estas antenas grandes suelen estar diseñadas para cubrir de 6 a 26 MHz, pero se han construido otras incluso más grandes que funcionan a tan solo 2 MHz. Hay disponibles potencias nominales de hasta 500 kW. En lugar de que los elementos se accionen en paralelo, conectados a una línea de transmisión central, los elementos se accionan en serie, con 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 accionadas en fase, tiene una ganancia de hasta 17 dBi. Al ser log-periódica, las características principales de la antena ( patrón de radiación , ganancia, impedancia del punto de excitación ) son casi constantes en todo su rango de frecuencia, y la adaptación a una línea de alimentación de 300 Ω logra una relación de onda estacionaria mejor que 2:1 en ese rango.
Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C. Administración de Servicios Generales . Archivado desde el original el 22 de enero de 2022. (en apoyo de MIL-STD-188 ).