Antena LPDA a antena Yagi

Antena odgrywa ważną rolę w systemach komunikacyjnych jako główny element odpowiedzialny za przesyłanie i odbieranie sygnałów między źródłem a miejscem docelowym. Anteny zasadniczo przekształcają energię elektryczną w fale elektromagnetyczne i odwrotnie. Istnieje wiele rodzajów anten o różnych rozmiarach, kształtach i parametrach. Ogólna wydajność systemu komunikacyjnego będzie w dużym stopniu zależeć od wydajności anteny, dlatego kluczowe znaczenie ma wybór odpowiedniej anteny dla systemu. Ten artykuł zawiera przegląd dwóch najpopularniejszych typów anten, anten LPDA i anten Yagi.

Co to jest antena LPDA?

LPDA to skrót od Logic Periodic Dipole Antenna i jest tak nazywana ze względu na fakt, że impedancja tej anteny jest logarytmicznie okresową funkcją częstotliwości. Anteny LPDA składają się z elementów dipolowych, które są zamontowane blisko siebie, równolegle i po obu stronach linii zasilającej z naprzemienną fazą, w określonych odstępach czasu zgodnie z logarytmiczną funkcją częstotliwości. Długość każdego elementu dipolowego zmniejsza się w kierunku przodu anteny. Jest to rodzaj anteny wielokierunkowej i może odbierać różne częstotliwości dzięki elementom o różnych długościach. Rozstaw tych elementów pozwala na dostrojenie zakresu częstotliwości LPDA i określa parametry wydajności, takie jak zysk, kierunkowość, wzór promieniowania itp. Dzięki temu idealnie nadają się do zastosowań, w których różne częstotliwości muszą być nadawane lub odbierane pod różnymi kątami i na różnych częstotliwościach, takich jak routery WiFi, wzmacniacze, anteny telewizyjne itp.

Zalety anteny LPDA

Szerokie pasmo przenoszenia: LPDA pokrywają szerokie spektrum częstotliwości ze względu na wysoką szerokość pasma, eliminując w ten sposób potrzebę stosowania wielu anten dla różnych pasm częstotliwości. Działają zarówno w zakresie HF, jak i UHF.

Wysokie wzmocnienie: Anteny LPDA mają wysoki zysk wynoszący około 9 do 11 dBi, umożliwiając w ten sposób ukierunkowaną transmisję i odbiór sygnałów.

Wszechstronność: Anteny LPDA są wszechstronne w szerokim zakresie zastosowań, ponieważ mogą pracować z wieloma różnymi częstotliwościami. Jest to możliwe dzięki temu, że różne elementy anteny LPDA będą w stanie nadawać i odbierać sygnały o różnych częstotliwościach.

Wady anteny LPDA

Rozmiar i złożoność: Anteny LPDA są nieco skomplikowane w projektowaniu i produkcji, ponieważ muszą zawierać precyzyjne długości i odstępy między elementami. Rozmiar może być mały i kompaktowy, jednak gdy wymagane są anteny o dużym zysku lub wysokiej wydajności VSWR, długość może być dość długa.

Względy związane z kosztami: Anteny LPDA zaprojektowane do użytku komercyjnego mogą być nieco kosztowne, ponieważ wymagają wysokiej jakości materiału i wielu elementów dipolowych w określonych rozmiarach.

Wzmocnienie mniejsze niż YagiPonieważ antena LPDA jest przeznaczona do szerokiego pasma, więc najwyższy zysk wynosi 11dBi, ale antena Yagi z wąską szerokością wiązki, która pozwala jej osiągnąć maksymalnie 17-20dBi.

Co to jest antena Yagi?

Anteny Yagi wyglądają nieco podobnie do anten LPDA. Jednak w przeciwieństwie do anten LPDA, anteny Yagi są wysoce kierunkowe i zazwyczaj działają na jednej częstotliwości lub w bardzo małym zakresie częstotliwości. Główne elementy anteny Yagi to centralny wysięgnik, na którym połączone są pozostałe elementy, główny element napędzający, który przede wszystkim nadaje lub odbiera sygnały, odbłyśnik na końcu, który odbija sygnały w kierunku wzoru promieniowania, oraz elementy kierujące po obu stronach wysięgnika, które pomagają skupić wszystkie odbite sygnały w kierunku wzoru promieniowania. W antenie Yagi element napędzający generuje fale elektromagnetyczne, a element odbijający umieszczony za elementem napędzającym odbija te fale do przodu, tak że direktory umieszczone z przodu kierują i skupiają odbite fale do przodu. Anteny Yagi są idealne do zastosowań, które wymagają skupienia sygnału w określonym kierunku, takich jak radary i systemy komunikacji punkt-punkt na duże odległości.

Zalety anteny Yagi

Wysoka kierunkowość: Anteny Yagi mają zazwyczaj szerokość wiązki od około 8 do 50 stopni. Ponieważ skupiają one wszystkie sygnały w krótszym kącie pola, mają bardzo wysoką kierunkowość w porównaniu do anten wielokierunkowych lub wielokierunkowych. anteny dookólne.

Prosta konstrukcja: Anteny Yagi są dość proste w konstrukcji, ponieważ mają elementy pasywne o tej samej długości umieszczone w stałych odstępach wzdłuż pręta. Chociaż istnieją zaawansowane drukowane anteny yagi, generalnie można je zbudować z łatwo dostępnych materiałów.

Opłacalność: Anteny Yagi są powszechnie dostępne i niedrogie. Nawet sprzęt i komponenty do konserwacji anten Yagi można znaleźć po niższych kosztach. Biorąc pod uwagę wysoki zysk i wysoką kierunkowość oferowaną przez anteny Yagi, są one bardzo opłacalne.

Wady anteny Yagi

Wąskie pasmo przenoszenia: Anteny Yagi zapewniają wysoki zysk, ale tylko dla ograniczonej szerokości pasma od około 45 do 90 stopni, a zatem stają się bardzo specyficzne dla aplikacji i mniej wszechstronne.

Ograniczony zakres częstotliwości: Anteny Yagi są zwykle budowane do pracy z jedną częstotliwością lub bardzo małym zakresem częstotliwości. Poza tym zakresem zdolność odbioru lub transmisji sygnału jest bardzo słaba.

Porównanie anten LPDA i anten Yagi

Projektowanie i budowa:

Anteny LPDA mają zazwyczaj trójkątną strukturę. Składają się z wielu elementów przewodzących o różnych długościach i odległościach od siebie, ułożonych w określony wzór wzdłuż struktury przypominającej wysięgnik. Anteny Yagi mają bardziej liniową strukturę z wieloma elementami kierunkowymi o stosunkowo tej samej długości ułożonymi w szyku wzdłuż struktury przypominającej wysięgnik, podobnej do LPDA. Anteny Yagi są nieco łatwiejsze w konstrukcji i produkcji, ponieważ mają elementy o podobnej długości. Anteny LPDA są nieco bardziej skomplikowane w projektowaniu i produkcji. Zarówno anteny LPDA, jak i Yagi są dość podobne pod względem instalacji i konserwacji. Anteny Yagi wymagają jednak większej uwagi podczas instalacji, ponieważ wymagają precyzyjnego ustawienia w celu uzyskania optymalnej wydajności w określonym kierunku.

Parametry wydajności: 

Anteny LPDA zazwyczaj działają w zakresie częstotliwości od 30 do 4200 MHz, a anteny Yagi od 30 do 3000 MHz. Jednak zarówno anteny LPDA, jak i Yagi są również dostępne w znacznie większych zakresach częstotliwości, w zależności od producenta. Anteny LPDA mają szeroki wzór promieniowania w porównaniu do anten Yagi, które zazwyczaj mają wąskie pasmo. Anteny Yagi są wysoce kierunkowe i dlatego skupiają sygnały pod kątem około 45 stopni do 90 stopni. Anteny LPDA ze względu na swoją strukturę z elementami o różnych długościach i odstępach są w stanie pokryć znacznie szerszy kąt pod względem kierunkowości. Anteny Yagi mają wyższy zysk w porównaniu z antenami LPDA, ale obie anteny są ogólnie uważane za Anteny kierunkowe o wysokim zysku w porównaniu do innych typów.

Scenariusze zastosowań:

Anteny LPDA są zwykle używane w systemach komunikacyjnych, które wymagają jednoczesnego nadawania i odbierania sygnałów w wielu kierunkach i na wielu częstotliwościach, takich jak LPWAN, LoRa, LTE-M, NB-IoT, IoT, aplikacje M2M itp. Anteny Yagi z ich wąskim zakresem częstotliwości i wysoką kierunkowością są zwykle używane w systemach komunikacji punkt-punkt oraz w aplikacjach nadawczych, domowych i komercyjnych.

Rozważania dotyczące kosztów: 

Początkowa inwestycja jest generalnie w podobnym zakresie zarówno dla anten LPDA, jak i Yagi. Jednak anteny LPDA są zwykle uważane za bardziej opłacalne, ponieważ mogą być używane jako wszechstronne rozwiązanie do wielu zastosowań. Chociaż oba typy anten są w przybliżeniu podobne pod względem kosztów konserwacji, anteny Yagi mogą wymagać bardziej okresowej konserwacji w celu utrzymania optymalnej wydajności dla ich wysoce ukierunkowanych i specyficznych przypadków użycia.

Aplikacje w świecie rzeczywistym

Anteny logarytmiczne

Nadawanie: Anteny LPDA są powszechnie stosowane zarówno w nadawaniu radiowym, jak i telewizyjnym ze względu na ich zdolność do pokrycia szerokiego spektrum częstotliwości. Umożliwia to transmisję sygnałów na różnych kanałach, zapewniając zasięg zarówno w obszarach miejskich, jak i odległych.

Wojsko i obrona: Anteny LPDA są szeroko stosowane w samolotach, satelitach, systemach radarowych, sprzęcie wojskowym itp. w zastosowaniach obronnych i bezpieczeństwa. Anteny LPDA są idealne do krytycznych misji i operacji nadzoru w wojsku ze względu na ich trwałość, przepustowość i charakterystykę kierunkową.

Anteny Yagi

Radio amatorskie: Anteny Yagi są powszechnie stosowane w amatorskiej łączności radiowej ze względu na ich wysoki zysk i kierunkowość. Ponieważ anteny Yagi skutecznie redukują zakłócenia z innych źródeł, są idealne do środowisk o dużym natężeniu ruchu radiowego. Mogą być używane do ustanawiania niezawodnych połączeń na rozległych obszarach geograficznych bez pogarszania jakości sygnału.

Odbiór telewizji: Anteny Yagi są bardzo przydatne, szczególnie w obszarach o słabych lub odległych stacjach nadawczych. Ze względu na wysoką kierunkowość i wysoki zysk, mogą one skutecznie przechwytywać sygnały z odległych wież nadawczych, poprawiając w ten sposób jakość odbioru telewizji.

Wnioski

Anteny można uznać za najważniejszy element systemu komunikacyjnego. Ich wydajność będzie miała kluczowy wpływ na ogólną jakość systemu komunikacyjnego. Wybór anteny do konkretnego zastosowania będzie zależał od wymagań dotyczących wydajności, a także warunków środowiskowych, kosztów, łatwości instalacji i konserwacji itp. W tym artykule przedstawiono krótki przegląd anten LPDA i Yagi oraz ich wzajemne porównanie. W przypadku zastosowań, które wymagają lepszego sygnału w jednym paśmie częstotliwości, antena Yagi jest lepszą opcją, podczas gdy w przypadku zastosowań wymagających anteny, która jest wszechstronna dla szerokiego zakresu częstotliwości, lepszym wyborem jest antena logarytmiczna. Jednak aby wybrać optymalną antenę do danego zastosowania, należy wziąć pod uwagę wszystkie czynniki, a także skonsultować się z ekspertami i producentami anten.