로그 주기 안테나

Log-periodic antenna
로그 주기 안테나, 400~4000MHz
시리즈의 일부(on)
안테나
일반형
구성 요소들
시스템들
안전 및 규제
방사선 발생원/지역
특성.
기술

로그 주기 안테나(LP, log-periodic antenna)는 광범위한 주파수 대역에서 작동하도록 설계된 다중 요소 지향성 안테나입니다.이것은 1952년 존 던래비에 의해 발명되었습니다.

로그 주기 안테나의 가장 일반적인 형태는 로그 주기 쌍극자 어레이 또는 LPDA이며, LPDA는 점차적으로 증가하는 길이의 다수의 반파 쌍극자 구동 요소로 구성되며, 각각은 한 쌍의 금속 막대로 구성됩니다.쌍극자는 일렬로 가까이 장착되며, 공급 라인에 교대 위상으로 병렬로 연결됩니다.전기적으로, 이 안테나는 서로 연결된 일련의 2개 또는 3개 요소 야기-우다 안테나를 시뮬레이션하며, 각각 다른 주파수로 조정됩니다.

LPDA 안테나는 지지 붐을 따라 일렬로 설치된 다이폴 로드 요소로 구성되어 있다는 점에서 야기 안테나와 다소 유사하지만 매우 다른 방식으로 작동합니다.Yagi에 요소를 추가하면 방향성 또는 이득이 증가하고 LPDA에 요소를 추가하면 주파수 응답 또는 대역폭이 증가합니다.

LPDA의 큰 응용 프로그램 중 하나는 옥상 지상파 텔레비전 안테나에 있습니다. 이 안테나는 VHF의 경우 약 54–88 MHz, UHF의 경우 약 174–216 MHz의 넓은 텔레비전 대역을 커버할 수 있는 큰 대역폭을 가져야 하며, 또한 적절한 프린지 수신을 위해 높은 이득을 가져야 하기 때문입니다.텔레비전 수신을 위해 널리 사용되는 하나의 디자인은 VHF를 위한 더 큰 LPDA 앞에 UHF 수신을 위한 야기를 결합했습니다.

기본개념

LPDA는 일반적으로 안테나 축을 따라 놓여 있는 지지 붐을 따라 위치한 한 쌍의 금속 로드로 구성된 일련의 반파 쌍극자 "요소"로 구성됩니다.요소는 d 또는 시그마로 알려진 주파수의 로그 함수 뒤에 간격을 두고 배치됩니다.연속적인 요소들의 길이와 요소들 사이의 간격은 붐을 따라 점차 줄어듭니다.길이 사이의 관계는 타우라고 알려진 함수입니다.시그마와 타우는 LPDA 설계의 핵심 설계 요소입니다.[1][2]안테나의 방사 패턴은 단방향이며, 붐의 축을 따라 메인 로브가 있고, 가장 짧은 요소를 가진 끝 부분이 떨어져 있습니다.각 쌍극자 소자는 길이의 약 두 배에 해당하는 파장에서 공진합니다.안테나의 대역폭, 즉 최대 이득을 가지는 주파수 범위는 대략적으로 가장 긴 요소의 공진 주파수와 가장 짧은 요소의 공진 주파수 사이에 있습니다.

LPDA 안테나의 모든 요소는 구동 요소, 즉 공급 라인에 전기적으로 연결됩니다.병렬 와이어 전송 라인은 통상적으로 중앙 붐을 따라 진행되며, 각각의 연속적인 요소는 그와 반대 위상으로 연결됩니다.피드 라인은 요소를 잡고 지지 붐을 가로질러 지그재그로 움직이는 것을 종종 볼 수 있습니다.[2]또 다른 일반적인 구성 방법은 전송 라인 역할을 하는 두 개의 병렬 중앙 지지 붐을 사용하여 다이폴을 교대 붐에 장착하는 것입니다.로그 주기 설계의 다른 형태는 다이폴을 전송 라인 자체로 대체하여 로그 주기 지그재그 안테나를 형성합니다.[3]전송 와이어를 활성 요소로 사용하는 다른 많은 형태들도 존재합니다.[4]

Yagi와 LPDA 디자인은 얼핏 보기에 매우 비슷해 보이는데, 둘 다 지지대 붐을 따라 장착된 여러 쌍극자 요소로 이루어져 있기 때문입니다.그러나 야기는 전송 라인에 연결된 하나의 구동 요소만 있으며, 보통 어레이 뒤쪽에서 두 번째 요소로, 나머지 요소는 기생합니다.야기 안테나는 대역폭이 매우 좁다는 점에서 LPDA와 다릅니다.

일반적으로, 임의의 주어진 주파수에서 로그-주기적 설계는 다소 3-요소 야기 안테나와 유사하게 작동합니다; 동작 주파수에서 공진에 가장 가까운 다이폴 요소는 구동 요소로서 작용하고, 이득을 증가시키기 위해 양쪽의 두 인접 요소는 디렉터 및 반사기로서,앞에 있는 더 짧은 요소는 감독 역할을 하고 뒤에 있는 더 긴 요소는 반사판 역할을 합니다.그러나 시스템은 그것보다 다소 복잡하며, 모든 요소가 어느 정도 기여하므로 주어진 주파수에 대한 이득은 로그 주기의 어느 한 섹션과 동일한 차원의 야기보다 높습니다.그러나 로그 주기와 동일한 수의 요소를 가진 야기는 모든 요소가 단일 구동 요소의 이득을 향상시키기 때문에 훨씬 더 높은 이득을 가질 것입니다.텔레비전 안테나로 사용할 때, VHF를 위한 로그 주기 설계와 UHF를 위한 야기를 결합하는 것이 일반적이었습니다.이로 인해 UHF의 이득이 훨씬 높아졌습니다. 일반적으로 야기 측에서는 10~14dB, 로그 주기의 경우 6.5dB 정도입니다.[5]그러나 UHF 신호의 여러 문제점을 보완하기 위해서는 어쨌든 이 추가 이득이 필요했습니다.

IEEE 정의에 따른 로그 주기 형상은 [6][7]안테나에 대한 광대역 특성과 일치하지 않음에 유의해야 합니다.[8][9]로그 주기 안테나의 광대역 특성은 자체 유사성에서 비롯됩니다.평면 로그 주기 안테나는 로그 나선 안테나(로그 주기로 분류되지 않지만 자체 유사한 주파수 독립 안테나 중) 또는 로그 주기 톱니 설계와 같이 자체 보완할 수도 있습니다.Y. 무샤이크는 그가 "가장 간단한 자기 comple 평면 안테나"라고 칭한 대역폭 한계 내의 주파수에서 η/2=188.4 ω의 구동점 임피던스를 발견했습니다.

로그 주기 안테나, 250~2400MHz
수직 분극을 위해 장착된 로그 주기기로 140-470 MHz를 커버합니다.
LP 텔레비전 안테나 196354~88MHz 및 174~218MHz를 커버합니다. 상부 밴드에서 3차 고조파로 작동하기 때문에 경사 소자가 사용되었습니다.
와이어 로그 주기 모노폴 안테나.

역사

로그 주기 안테나는 1952년 존 던래비가 미국 공군에서 근무하면서 발명했지만, "비밀" 분류 때문에 인정받지 못했습니다.[13]일리노이 대학교 어바나 샴페인(Urbana-Champaign)은 이스벨과 메이스캐럴 안테나에 대한 특허를 취득하고 디자인을 뉴욕의 JFD Electronics에 독점적인 패키지로 허가했습니다.Channel Master와 Blonder Tongue Labs는 특허를 무시하고 그 디자인을 기반으로 광범위한 안테나를 생산했습니다.U.I. 재단이 패소한 안테나 특허 관련 소송은 1971년 블론더-통어 독트린으로 발전했습니다.이 판례는 특허 소송을 규율합니다.[14]

단파 방송 안테나

오스트리아 무스브룬 국제 단파방송국의 와이어로그 주기적 송신 안테나.커버 범위 6.1~23MHz
Zig-zag 단파 LPA 안테나의 구성도, 검은색은 금속 도체, 빨간색은 절연 지지대를 나타냄

로그 주기는 넓은 대역폭으로 단일 안테나가 여러 대역의 주파수에서 전송할 수 있기 때문에 고출력 단파 방송국에서[15] 송신 안테나로 일반적으로 사용됩니다.최대 16개 구간의 로그 주기적 지그재그 디자인이 사용되었습니다.이러한 대형 안테나는 일반적으로 6 ~ 26 MHz를 커버하도록 설계되었지만, 2 MHz 이하로 작동하는 더 큰 안테나가 제작되었습니다.전력 정격은 최대 500kW까지 사용할 수 있습니다.요소는 중앙 전송 라인에 부착된 병렬 구동 방식이 아닌, 인접 요소가 외부 가장자리에 연결된 직렬 구동 방식입니다.여기에 표시된 안테나는 약 14dBi의 이득을 가질 것입니다.두 개의 이러한 안테나로 구성된 안테나 어레이는 하나가 다른 안테나 위에 있고 위상 구동되는 안테나 어레이는 최대 17dBi의 이득을 가집니다.로그 주기적이기 때문에 안테나의 주요 특성(방사 패턴, 게인, 구동점 임피던스)은 전체 주파수 범위에서 거의 일정하며, 300 ω 공급 라인과의 일치는 해당 범위에서 2:1 이상의 정상파 비율을 달성합니다.

참고문헌

  1. ^ 로그 주기 쌍극자 배열"
  2. ^ a b "Log Periodic Dipole Array (LPDA)". www.ewh.ieee.org.
  3. ^ "로그-주기적 지그재그 안테나", 미국 특허 3355740
  4. ^ 사진자료실, 안테나, 일리노이 역사자료실
  5. ^ Davidson, David (2010). Computational Electromagnetics for RF and Microwave Engineering. Cambridge University Press. p. 178. ISBN 978-1-139-49281-2.
  6. ^ "로그 주기 안테나 임피던스 및 방사 특성이 주파수의 로그로 주기적으로 반복되도록 구조적 형상을 갖는 안테나 종류 중 어느 하나." (새로운 IEEE 표준 전기 전자 용어 사전, 1993 ⓒ IEEE 참조)
  7. ^ "로그 주기 안테나 임피던스와 방사 특성이 주파수의 로그로 주기적으로 반복되도록 구조적 기하학을 가진 안테나 종류 중 어느 하나."(1페이지의 확인 및 각주 참조), 자체 보완 안테나-일정 임피던스에 대한 자체 보완성 원리-, Musiake, Yasuto, Springe의r-Verlag London Ltd., London, 1996.
  8. ^ 무시아케, 야스토, "정시임피던스 안테나", J. IECE Japan, 48, 4, pp. 580-584, 1965년 4월(일본어로)
  9. ^ Mushiake, Yasuto (March 1949). "Log-periodic structure provides no broad-band property for antennas". J. IEE Japan. Sm.rim.or.jp. 69 (3): 88. Retrieved 15 January 2014.
  10. ^ Mushiake, Yasuto (March 1949). "Origination of self-complementary structure and discovery of its constant-impedance property". J. IEE Japan (in Japanese). Sm.rim.or.jp. 69 (3): 88. Retrieved 31 January 2014.
  11. ^ Mushiake, Yasuto. "Infinite freedom". Sm.rim.or.jp. Retrieved 15 January 2014.
  12. ^ 럼지, V.H. 주파수 독립 안테나, 아카데믹 프레스, 뉴욕과 런던. 1966.[55쪽]
  13. ^ John Atkinson (24 August 1996). "Loudspeaker designer John Dunlavy: By the Numbers". Stereophile. page 4.
  14. ^ "Blonder–Tongue Doctrine Law and Legal Definition". definitions.uslegal.com. USLegal, Inc. Archived from the original on Mar 25, 2023. Retrieved 2022-05-04.
  15. ^ "Antennas for the Shortwave Broadcaster". www.antenna.be.

서지학

  • John Daniel Kraus (1988). Antennas (Subsequent ed.). McGraw-Hill College. p. 892. ISBN 978-0-070-35422-7. $ 15-5:로그 주기 안테나, 페이지 703-708

메모들

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참고 항목

외부 링크