Antenna LPDA vs. antenna Yagi

L'antenna svolge un ruolo fondamentale nei sistemi di communicazione in quanto è il componente principale responsabile della trasmissione e della ricezione dei segnali tra la sorgente e la destinazione. Le antenne convertono fondamentalmente l'energia elettrica in onde elettromagnetiche e viceversa. Esistono molti tipi di antenne con dimensioni, forme e parametri di prestazione diversi. Le prestazioni complessive di un sistema di communicazione dipendono fortemente dalle prestazioni dell'antenna, per cui è fondamentale scegliere l'antenna adatta al sistema. Questo articolo fornisce una panoramica su due dei tipi di antenne più common, le antenne LPDA e le antenne Yagi.

Che cos'è un'antenna LPDA?

LPDA è l'acronimo di Logic Periodic Dipole Antenna e si chiama così perché l'impedenza di questa antenna è una funzione logaritmica periodica della frequenza. Le antenne LPDA sono composte da elementi di dipolo montati a stretto contatto, paralleli e su entrambi i lati della linea di alimentazione con fase alternata, a intervalli specifici che seguono una funzione logaritmica della frequenza. La lunghezza di ciascun elemento di dipolo diminuisce verso la parte anteriore dell'antenna. Si tratta di un tipo di antenna multidirezionale che può captare frequenze diverse grazie alla presenza di elementi di lunghezza diversa. La spaziatura di questi elementi consente di sintonizzare la gamma di frequenze dell'LPDA e determina i parametri di prestazione come il guadagno, la direttività, il diagramma di radiazione, ecc. Questo le rende ideali per le applicazioni in cui le diverse frequenze devono essere trasmesse o ricevute a diverse angolazioni e a diverse frequenze, come i router WiFi, i booster, le antenne televisive, ecc.

Vantaggi dell'antenna LPDA

Ampia larghezza di banda: Gli LPDA coprono un ampio spettro di frequenze grazie all'elevata larghezza di banda, eliminando così la necessità di antenne multiple per bande di frequenza diverse. Funzionano sia in HF che in UHF.

Guadagno elevato: Le antenne LPDA hanno un elevato guadagno di circa 9-11 dBi, consentendo così una trasmissione e una ricezione mirata dei segnali.

Versatilità: Le antenne LPDA sono versatili per un'ampia gamma di applicazioni, in quanto possono funzionare con più frequenze diverse. Ciò è possibile grazie al fatto che i diversi elementi dell'antenna LPDA sono in grado di trasmettere e ricevere segnali di frequenze diverse.

Svantaggi dell'antenna LPDA

Dimensione e complessità: Le antenne LPDA sono leggermente complesse da progettare e fabbricare, poiché devono contenere lunghezze e spaziature precise tra gli elementi. Le dimensioni possono essere piccole e compatte, ma quando sono richieste antenne con guadagni elevati o alte prestazioni VSWR, la lunghezza può essere piuttosto elevata.

Considerazioni sui costi: Le antenne LPDA progettate per uso commerziario possono essere leggermente costose, in quanto richiedono materiali di qualità ed elementi multipli di dipolo di dimensioni specifiche.

Guadagno inferiore a YagiPerché l'antenna LPDA è progettata per la banda larga, quindi il guadagno massimo è di 11dBi, ma l'antenna Yagi ha una larghezza di fascio stretta che le consente di raggiungere un massimo di 17-20dBi.

Che cos'è un'antenna Yagi?

Le antenne Yagi sono leggermente simili alle antenne LPDA. Tuttavia, a differenza delle antenne LPDA, le antenne Yagi sono altamente direzionali e in genere funzionano su una sola frequenza o su una gamma molto ristretta di frequenze. I componenti principali di un'antenna Yagi sono il braccio centrale su cui sono collegati gli altri elementi, un elemento principale che trasmette o riceve i segnali, un riflettore all'estremità che riflette i segnali verso il modello di radiazione e gli elementi direttori su entrambi i lati del braccio che aiutano a focalizzare tutti i segnali riflessi verso il modello di radiazione. In un'antenna Yagi, l'elemento di guida genera onde elettromagnetiche e l'elemento riflettore posto dietro l'elemento di guida riflette tali onde in avanti, mentre gli elementi direttori posti nella parte anteriore dirigono e focalizzano le onde riflesse in avanti. Le antenne Yagi sono ideali per le applicazioni che richiedono la focalizzazione del segnale in una particolare direzione, come i radar e i sistemi di comunicazione punto-punto a lunga distanza.

Vantaggi dell'antenna Yagi

Alta direttività: Le antenne Yagi hanno generalmente un'apertura di fascio di circa 8-50 gradi. Poiché focalizzano tutti i segnali in un angolo di campo più corto, hanno una direttività molto elevata rispetto alle antenne multidirezionali o alle antenne a fascio largo. antenne omnidirezionali.

Design semplice: Le antenne yagi sono piuttosto semplici da costruire in quanto hanno elementi passivi della stessa lunghezza posizionati a intervalli fissi lungo un'asta. Anche se esistono antenne yagi stampate avanzate, in genere possono essere costruite con materiali facilmente reperibili.

Costo-efficacia: Le antenne Yagi sono ampiamente disponibili a basso costo. Anche le apparecchiature e i componenti di manutenzione delle antenne Yagi possono essere reperiti a costi inferiori. Considerando l'elevato guadagno e l'alta direzionalità offerti dalle antenne Yagi, esse sono molto convenienti.

Svantaggi dell'antenna Yagi

Larghezza di banda ristretta: Le antenne Yagi forniscono un elevato guadagno, ma solo per una larghezza di banda limitata di circa 45-90 gradi e quindi diventano molto specifiche per le applicazioni e meno versatili.

Gamma di frequenza limitata: Le antenne Yagi sono in genere costruite per funzionare con una sola frequenza o con una gamma molto ristretta di frequenze. Oltre questo intervallo, la capacità di ricezione o trasmissione del segnale è molto scarsa.

Confronto tra antenne LPDA e antenne Yagi

Progettazione e costruzione:

Le antenne LPDA hanno tipicamente una struttura triangolare. Sono composte da più elementi conduttori con lunghezze e distanze diverse l'uno dall'altro, disposti in uno schema specifico lungo una struttura a braccio. Le antenne Yagi hanno una struttura più lineare con più elementi direttori di lunghezza relativamente uguale disposti in un array lungo una struttura a braccio simile a quella delle LPDA. Le antenne Yagi sono leggermente più facili da costruire e fabbricare, poiché hanno elementi di lunghezza simile. Le antenne LPDA sono leggermente più complesse da progettare e realizzare. Sia le antenne LPDA che le Yagi sono abbastanza simili in termini di installazione e manutenzione. Tuttavia, le antenne Yagi richiedono maggiore attenzione durante l'installazione, poiché necessitano di un allineamento preciso per ottenere prestazioni ottimali in una direzione specifica.

Parametri di prestazione: 

Le antenne LPDA operano generalmente in gamme di frequenza comprese tra 30 e 4200 MHz e le antenne Yagi tra 30 e 3000 MHz. Tuttavia, sia le antenne LPDA che le Yagi sono disponibili anche in gamme di frequenza molto più ampie, a seconda del produttore. Le antenne LPDA hanno un ampio diagramma di radiazione rispetto alle antenne Yagi, che in genere hanno una larghezza di banda ridotta. Le antenne Yagi sono altamente direzionali e quindi focalizzano i segnali su un angolo di campo compreso tra 45 e 90 gradi. Le antenne LPDA, grazie alla loro struttura con elementi di diversa lunghezza e spaziatura, sono in grado di coprire un angolo molto più ampio in termini di direttività. Le antenne Yagi hanno un guadagno più elevato rispetto alle antenne LPDA, ma entrambe le antenne sono generalmente considerate come antenne direzionali ad alto guadagno rispetto ad altri tipi.

Scenari di applicazione:

Le antenne LPDA sono solitamente utilizzate nei sistemi di communicazione che devono trasmettere e ricevere segnali simultaneamente in più direzioni e su più frequenze, come le applicazioni LPWAN, LoRa, LTE-M, NB-IoT, IoT, M2M, ecc. Le antenne Yagi, con la loro stretta gamma di frequenze e l'elevata direzionalità, sono utilizzate tipicamente nei sistemi di communicazione punto-punto e per le applicazioni di radiodiffusione, domestiche e commerziarie.

Considerazioni sui costi: 

L'investimento iniziale è generalmente simile per le antenne LPDA e Yagi. Tuttavia, le antenne LPDA sono generalmente considerate più convenienti in quanto possono essere utilizzate come soluzione versatile per molte applicazioni. Sebbene i costi di manutenzione di entrambi i tipi di antenne siano approssimativamente simili, le antenne Yagi potrebbero necessitare di una maggiore manutenzione periodica per mantenere le prestazioni ottimali per i casi d'uso specifici e altamente direttiva.

Applicazioni nel mondo reale

Antenne logiche periodiche

Trasmissione: Le antenne LPDA sono utilizzate esclusivamente nelle trasmissioni radiofoniche e televisive grazie alla loro capacità di coprire un ampio spettro di frequenze. In questo modo è possibile trasmettere segnali su diversi canali, garantendo una copertura sia nelle aree urbane che in quelle remote.

Militare e difesa: Le antenne LPDA sono ampiamente utilizzate negli aerei, nei satelliti, nei sistemi radar, nelle apparecchiature militari ecc. per applicazioni di difesa e sicurezza. Le antenne LPDA sono ideali per le missioni critiche e le operazioni di sorveglianza in ambito militare grazie alla loro durata, alla larghezza di banda e alle caratteristiche direzionali.

Antenne Yagi

Radioamatore: Le antenne Yagi sono utilizzate esclusivamente nelle comunicazioni radioamatoriali grazie al loro elevato guadagno e alla loro direzionalità. Poiché le antenne Yagi sono efficienti nel ridurre le interferenze provenienti da altre fonti, sono ideali per gli ambienti ad alto traffico radio. Possono essere utilizzate per stabilire collegamenti affidabili in vaste aree geografiche senza degradare la qualità del segnale.

Ricezione televisiva: Le antenne Yagi sono molto utili, soprattutto nelle aree con stazioni di trasmissione deboli o distanti. Grazie all'elevata direzionalità e all'alto guadagno, possono catturare efficacemente i segnali provenienti da torri di trasmissione lontane, migliorando così la qualità della ricezione televisiva.

Conclusione

Le antenne possono essere considerate il componente più importante di un sistema di comunicazione co1TP8. Le loro prestazioni avranno un impatto fondamentale sulla qualità complessiva del sistema di comunicazione co1TP8. La scelta di un'antenna per un'applicazione specifica dipende dai requisiti di prestazione, dalle condizioni ambientali, dalle considerazioni sui costi, dalla facilità di installazione e manutenzione, ecc. Questo articolo ha fornito una breve panoramica delle antenne LPDA e Yagi e del loro confronto. Per le applicazioni che richiedono un segnale migliore su una banda di frequenza, l'antenna Yagi è l'opzione migliore, mentre per le applicazioni che richiedono un'antenna versatile per un'ampia gamma di frequenze, l'antenna log periodica è la scelta migliore. Ma per scegliere l'antenna ottimale per un'applicazione, è importante prendere in considerazione tutti i fattori, e anche la consultazione di esperti e produttori di antenne può essere utile.