LPDA antenne vs. Yagi antenne

Een antenne speelt een belangrijke rol in communicatiesystemen als het belangrijkste onderdeel dat verantwoordelijk is voor het verzenden en ontvangen van signalen tussen de bron en de bestemming. Antennes zetten in principe elektrisch vermogen om in elektromagnetische golven en omgekeerd. Er zijn vele soorten antennes in verschillende maten, vormen en prestatieparameters. De algehele prestaties van een communicatiesysteem zijn sterk afhankelijk van de prestaties van de antenne en daarom is het cruciaal om een geschikte antenne voor het systeem te kiezen. Dit artikel geeft een overzicht van twee van de meest common typen antennes, LPDA-antennes en Yagi-antennes.

Wat is een LPDA-antenne?

LPDA staat voor Logic Periodic Dipole Antenna en wordt zo genoemd omdat de impedantie van deze antenne een logaritmisch periodieke functie van de frequentie is. LPDA-antennes zijn samengesteld uit dipoolelementen die dicht bij elkaar, parallel en aan weerszijden van de voedingslijn met wisselende fase zijn gemonteerd, met specifieke intervallen die een logaritmische functie van de frequentie volgen. De lengte van elk dipoolelement neemt af naar de voorkant van de antenne toe. Dit is een soort multidirectionele antenne en kan verschillende frequenties oppikken doordat de elementen verschillende lengtes hebben. De afstand tussen deze elementen maakt het mogelijk om het frequentiebereik van de LPDA af te stellen en bepaalt de prestatieparameters zoals versterking, richtingsgevoeligheid, stralingspatroon, enz. Hierdoor zijn ze ideaal voor toepassingen waarbij verschillende frequenties onder verschillende hoeken en verschillende frequenties moeten worden uitgezonden of ontvangen, zoals WiFi-routers, boosters, televisieantennes, enz.

Voordelen van LPDA-antenne

Grote bandbreedte: LPDA's dekken een breed frequentiespectrum dankzij de hoge bandbreedte, waardoor er geen behoefte is aan meerdere antennes voor verschillende frequentiebanden. Ze werken zowel in HF- als in UHF-bereiken.

Hoge winst: LPDA-antennes hebben een hoge versterking van ongeveer 9 tot 11 dBi, waardoor signalen gericht kunnen worden verzonden en ontvangen.

Veelzijdigheid: LPDA-antennes zijn veelzijdig voor een groot aantal toepassingen omdat ze met meerdere verschillende frequenties kunnen werken. Dit is mogelijk doordat verschillende elementen van de LPDA-antenne signalen van verschillende frequenties kunnen uitzenden en ontvangen.

Nadelen van LPDA antenne

Omvang en complexiteit: LPDA-antennes zijn enigszins complex om te ontwerpen en te produceren omdat ze precieze lengtes en afstanden tussen de elementen moeten bevatten. De afmetingen kunnen klein en compact zijn, maar als antennes met hoge gains of hoge VSWR-prestaties nodig zijn, kan de lengte behoorlijk lang zijn.

Kostenoverwegingen: LPDA-antennes die ontworpen zijn voor co1TP14 commercieel gebruik kunnen enigszins duur zijn omdat ze kwaliteitsmateriaal en meerdere dipoolelementen in specifieke afmetingen vereisen.

Minder winst dan YagiOmdat de LPDA-antenne is ontworpen voor breedband, is de hoogste versterking 11dBi, maar de Yagi-antenne heeft een smalle bundelbreedte waardoor deze maximaal 17-20dBi kan bereiken.

Wat is een Yagi-antenne?

Yagi-antennes lijken een beetje op LPDA-antennes. Maar in tegenstelling tot LPDA-antennes zijn Yagi-antennes zeer richtingsgevoelig en werken ze meestal op één frequentie of een zeer klein frequentiebereik. De belangrijkste onderdelen van een Yagi-antenne zijn de centrale boom waarop de andere elementen zijn aangesloten, een hoofdstuurelement dat hoofdzakelijk signalen uitzendt of ontvangt, een reflector aan het uiteinde die de signalen weerkaatst in de richting van het stralingspatroon en de richtelementen aan weerszijden van de boom die helpen om alle weerkaatste signalen in de richting van het stralingspatroon te richten. In een Yagi-antenne genereert het aandrijfelement elektromagnetische golven en het reflectorelement achter het aandrijfelement reflecteert deze golven naar voren, zodat de directoren aan de voorkant de gereflecteerde golven naar voren richten en focussen. Yagi-antennes zijn ideaal voor toepassingen waarbij het signaal in een bepaalde richting moet worden gericht, zoals radars en lange afstand punt-tot-punt co1TP14communicatiesystemen.

Voordelen van een Yagi antenne

Hoge richtingsgevoeligheid: Yagi-antennes hebben over het algemeen een bundelbreedte van ongeveer 8 tot 50 graden. Omdat ze alle signalen in een kortere veldhoek bundelen, hebben ze een zeer hoge richtingsgevoeligheid in vergelijking met multidirectionele of omnidirectionele antennes.

Eenvoudig ontwerp: Yagi-antennes zijn vrij eenvoudig te bouwen omdat ze passieve elementen van dezelfde lengte hebben die op vaste afstanden langs een staaf zijn geplaatst. Hoewel er geavanceerde geprinte yagi antennes bestaan, kunnen ze over het algemeen worden gemaakt met eenvoudig verkrijgbare materialen.

Kosteneffectiviteit: Yagi-antennes zijn op grote schaal goedkoop verkrijgbaar. Zelfs de apparatuur en onderhoudscomponenten voor Yagi-antennes zijn goedkoper. Gezien de hoge versterking en hoge richtingsgevoeligheid van Yagi-antennes zijn ze zeer kosteneffectief.

Nadelen van Yagi Antennes

Smalle bandbreedte: Yagi-antennes bieden een hoge versterking, maar alleen voor een beperkte bandbreedte van ongeveer 45 tot 90 graden, waardoor ze erg toepassingsspecifiek en minder veelzijdig worden.

Beperkt frequentiebereik: Yagi-antennes zijn meestal gebouwd om te werken met één frequentie of een heel klein frequentiebereik. Buiten dit bereik is de signaalontvangst of -overdracht erg slecht.

Vergelijking tussen LPDA-antennes en Yagi-antennes

Ontwerp en bouw:

LPDA-antennes hebben meestal een driehoekige structuur. Ze zijn samengesteld uit meerdere geleidende elementen met verschillende lengtes en afstanden van elkaar die in een specifiek patroon langs een boomachtige structuur zijn gerangschikt. Yagi-antennes hebben een meer lineaire structuur met meerdere geleidingselementen van relatief dezelfde lengte die in een array langs een boomachtige structuur zijn geplaatst, vergelijkbaar met een LPDA. Yagi-antennes zijn iets gemakkelijker te bouwen en te fabriceren omdat ze elementen van dezelfde lengte hebben. LPDA-antennes zijn iets complexer in ontwerp en productie. Zowel LPDA- als Yagi-antennes zijn vergelijkbaar wat betreft installatie en onderhoud. Yagi-antennes vereisen echter meer aandacht tijdens de installatie omdat ze nauwkeurig uitgelijnd moeten worden voor optimale prestaties in een specifieke richting.

Prestatieparameters: 

LPDA-antennes werken meestal in frequentiebereiken tussen 30 en 4200 MHz en Yagi-antennes tussen 30 en 3000 MHz. Maar zowel LPDA- als Yagi-antennes zijn ook verkrijgbaar in veel grotere frequentiebereiken, afhankelijk van de fabrikant. LPDA antennes hebben een breed stralingspatroon in vergelijking met Yagi antennes die meestal een smalle bandbreedte hebben. Yagi-antennes zijn zeer richtingsgevoelig en richten signalen daarom op een hoek van ongeveer 45 tot 90 graden. LPDA-antennes kunnen door hun structuur met elementen van verschillende lengte en afstand een veel bredere hoek bestrijken in termen van richtingsgevoeligheid. Yagi-antennes hebben een hogere versterking dan LPDA-antennes, maar beide antennes worden over het algemeen beschouwd als richtantennes met hoge versterking vergeleken met andere typen.

Toepassingsscenario's:

LPDA-antennes worden gewoonlijk gebruikt in communicatiesystemen die signalen gelijktijdig in meerdere richtingen en op meerdere frequenties moeten uitzenden en ontvangen, zoals LPWAN, LoRa, LTE-M, NB-IoT, IoT, M2M-toepassingen, enz. Yagi-antennes met hun smalle frequentiebereik en hoge richtingsgevoeligheid worden meestal gebruikt in punt-tot-punt commcommunicatiesystemen en voor radio-uitzendingen, binnenlandse en commerciële commcommunicatietoepassingen.

Kostenoverwegingen: 

De initiële investering is over het algemeen vergelijkbaar voor zowel LPDA- als Yagi-antennes. LPDA-antennes worden echter meestal als kosteneffectiever beschouwd omdat ze als veelzijdige oplossing voor veel toepassingen kunnen worden gebruikt. Hoewel de onderhoudskosten van beide typen antennes ongeveer gelijk zijn, hebben Yagi-antennes mogelijk meer periodiek onderhoud nodig om optimale prestaties te behouden voor hun zeer gerichte en specifieke gebruikssituaties.

Toepassingen in de echte wereld

Log Periodieke Antennes

Uitzending: LPDA-antennes worden alleen gebruikt bij radio- en televisie-uitzendingen omdat ze een breed frequentiespectrum kunnen bestrijken. Dit maakt het mogelijk om signalen over verschillende kanalen uit te zenden en zo dekking te bieden in zowel stedelijke als afgelegen gebieden.

Militair en defensie: LPDA-antennes worden veel gebruikt in vliegtuigen, satellieten, radarsystemen, militaire apparatuur enz. voor defensie- en veiligheidstoepassingen. LPDA-antennes zijn ideaal voor kritieke missies en bewakingsoperaties in het leger vanwege hun duurzaamheid, bandbreedte en richtingskarakteristieken.

Yagi Antennes

Amateurradio: Yagi-antennes worden alleen gebruikt in commcommunicatie voor radioamateurs vanwege hun hoge versterking en richtingsgevoeligheid. Aangezien Yagi-antennes efficiënt zijn in het verminderen van interferentie van andere bronnen, zijn ze ideaal voor omgevingen met veel radioverkeer. Ze kunnen worden gebruikt om betrouwbare verbindingen te maken over uitgestrekte geografische gebieden zonder dat de signaalkwaliteit achteruit gaat.

Televisieontvangst: Yagi-antennes zijn erg nuttig, vooral in gebieden met zwakke of verafgelegen zenders. Dankzij de hoge richtingsgevoeligheid en hoge versterking kunnen ze effectief signalen opvangen van verafgelegen zendmasten en zo de kwaliteit van de televisieontvangst verbeteren.

Conclusie

Antennes kunnen worden beschouwd als het meest cruciale onderdeel van een co1TP14communicatiesysteem. Hun prestaties zijn van grote invloed op de algehele kwaliteit van het commcommunicatiesysteem. Het selecteren van een antenne voor een specifieke toepassing hangt af van de prestatie-eisen, de omgevingsomstandigheden, kostenoverwegingen, installatie- en onderhoudsgemak, enz. Dit artikel geeft een kort overzicht van de LPDA- en Yagi-antennes en hoe ze zich tot elkaar verhouden. Voor toepassingen die een beter signaal op één frequentieband vereisen, is de Yagi antenne de betere optie terwijl voor toepassingen die een antenne vereisen die veelzijdig is voor een breed frequentiebereik, de log periodieke antenne een betere keuze is. Maar om een optimale antenne voor een toepassing te kiezen, is het belangrijk om rekening te houden met alle factoren en ook overleg met antenne-experts en fabrikanten kan nuttig zijn.