LPDA-Antenne vs. Yagi-Antenne

Eine Antenne spielt eine wichtige Rolle in Ko1TP14Kommunikationssystemen als Hauptkomponente, die für die Übertragung und den Empfang von Signalen zwischen der Quelle und dem Ziel verantwortlich ist. Antennen wandeln grundsätzlich elektrische Energie in elektromagnetische Wellen um und umgekehrt. Es gibt viele Arten von Antennen in unterschiedlichen Größen, Formen und Leistungsparametern. Die Gesamtleistung eines Ko1TP14Kommunikationssystems hängt in hohem Maße von der Leistung der Antenne ab, weshalb es von entscheidender Bedeutung ist, eine geeignete Antenne für das System auszuwählen. Dieser Artikel gibt einen Überblick über zwei der gängigsten Antennentypen, LPDA-Antennen und Yagi-Antennen.

Was ist eine LPDA-Antenne?

LPDA steht für Logic Periodic Dipole Antenna und wird so genannt, weil die Impedanz dieser Antenne eine logarithmisch periodische Funktion der Frequenz ist. LPDA-Antennen bestehen aus Dipolelementen, die dicht nebeneinander, parallel und auf beiden Seiten der Zuleitung mit wechselnder Phase in bestimmten Abständen entsprechend einer logarithmischen Funktion der Frequenz angebracht sind. Die Länge der einzelnen Dipolelemente nimmt zur Vorderseite der Antenne hin ab. Es handelt sich um eine Art von Mehrrichtungsantenne, die aufgrund der unterschiedlich langen Elemente verschiedene Frequenzen aufnehmen kann. Der Abstand dieser Elemente ermöglicht die Abstimmung des Frequenzbereichs der LPDA und bestimmt die Leistungsparameter wie Gewinn, Richtwirkung, Strahlungsdiagramm usw. Dies macht sie ideal für Anwendungen, bei denen verschiedene Frequenzen in unterschiedlichen Winkeln und mit unterschiedlichen Frequenzen übertragen oder empfangen werden müssen, wie z. B. bei WiFi-Routern, Booster-Antennen, Fernsehantennen usw.

Vorteile der LPDA-Antenne

Große Bandbreite: LPDAs decken aufgrund ihrer hohen Bandbreite ein breites Spektrum an Frequenzen ab, so dass nicht mehrere Antennen für verschiedene Frequenzbänder benötigt werden. Sie arbeiten sowohl im HF- als auch im UHF-Bereich.

Hohe Verstärkung: LPDA-Antennen haben einen hohen Gewinn von ca. 9 bis 11 dBi und ermöglichen so ein gezieltes Senden und Empfangen von Signalen.

Vielseitigkeit: LPDA-Antennen sind vielseitig einsetzbar, da sie mit mehreren verschiedenen Frequenzen arbeiten können. Dies wird durch die Tatsache ermöglicht, dass verschiedene Elemente der LPDA-Antenne in der Lage sind, Signale unterschiedlicher Frequenzen zu senden und zu empfangen.

Nachteile der LPDA-Antenne

Größe und Komplexität: LPDA-Antennen sind etwas kompliziert zu entwerfen und herzustellen, da sie präzise Längen und Abstände zwischen den Elementen enthalten müssen. Die Größe kann klein und kompakt sein, aber wenn Antennen mit hohen Gewinnen oder hoher VSWR-Leistung erforderlich sind, kann die Länge ziemlich lang sein.

Kostenüberlegungen: LPDA-Antennen für den kommerziellen Einsatz können etwas kostspielig sein, da sie hochwertiges Material und mehrere Dipolelemente in bestimmten Größen erfordern.

Verstärkung weniger als YagiWeil die LPDA-Antenne für Breitband ausgelegt ist, beträgt der höchste Gewinn 11dBi, aber die Yagi-Antenne hat einen schmalen Strahlengang, der eine maximale Reichweite von 17-20dBi ermöglicht.

Was ist eine Yagi-Antenne?

Yagi-Antennen sehen LPDA-Antennen leicht ähnlich. Im Gegensatz zu LPDA-Antennen sind Yagi-Antennen jedoch stark gerichtet und arbeiten in der Regel entweder auf einer Frequenz oder in einem sehr kleinen Frequenzbereich. Die Hauptbestandteile einer Yagi-Antenne sind der zentrale Ausleger, an dem die anderen Elemente angeschlossen sind, ein Hauptantriebselement, das in erster Linie Signale sendet oder empfängt, ein Reflektor am Ende, der die Signale in Richtung des Strahlungsdiagramms reflektiert, und die Richtungselemente auf beiden Seiten des Auslegers, die dazu beitragen, alle reflektierten Signale in Richtung des Strahlungsdiagramms zu bündeln. Bei einer Yagi-Antenne erzeugt das treibende Element elektromagnetische Wellen, und das hinter dem treibenden Element angeordnete Reflektorelement reflektiert diese Wellen nach vorne, so dass die an der Vorderseite angeordneten Direktoren die reflektierten Wellen nach vorne richten und fokussieren. Yagi-Antennen sind ideal für Anwendungen, bei denen das Signal auf eine bestimmte Richtung fokussiert werden muss, wie z. B. bei Radaranlagen und Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystemen über große Entfernungen.

Vorteile der Yagi-Antenne

Hohe Richtwirkung: Yagi-Antennen haben im Allgemeinen eine Strahlungsbreite von 8 bis 50 Grad. Da sie alle Signale in einem kürzeren Feldwinkel bündeln, haben sie eine sehr hohe Richtwirkung im Vergleich zu Multidirektionalen oder Omnidirektionale Antennen.

Einfaches Design: Yagi-Antennen sind recht einfach zu konstruieren, da sie aus gleich langen passiven Elementen bestehen, die in festen Abständen entlang eines Stabs angeordnet sind. Obwohl es einige fortschrittliche gedruckte Yagi-Antennen gibt, können sie im Allgemeinen mit leicht verfügbaren Materialien gebaut werden.

Kostenwirksamkeit: Yagi-Antennen sind weithin preisgünstig erhältlich. Sogar die Ausrüstung und die Wartungskomponenten für Yagi-Antennen sind kostengünstig. In Anbetracht des hohen Gewinns und der hohen Richtwirkung, die Yagi-Antennen bieten, sind sie sehr kostengünstig.

Nachteile der Yagi-Antenne

Schmalbandig: Yagi-Antennen bieten einen hohen Gewinn, aber nur für eine begrenzte Bandbreite von etwa 45 bis 90 Grad, so dass sie sehr anwendungsspezifisch und weniger vielseitig sind.

Begrenzter Frequenzbereich: Yagi-Antennen sind in der Regel so gebaut, dass sie entweder mit einer Frequenz oder einem sehr kleinen Frequenzbereich arbeiten. Außerhalb dieses Bereichs ist der Signalempfang bzw. die Übertragungsfähigkeit sehr schlecht.

Vergleich zwischen LPDA-Antennen und Yagi-Antennen

Entwurf und Konstruktion:

LPDA-Antennen haben in der Regel eine dreieckige Struktur. Sie bestehen aus mehreren leitenden Elementen mit unterschiedlichen Längen und Abständen zueinander, die in einem bestimmten Muster entlang einer boomartigen Struktur angeordnet sind. Yagi-Antennen haben eine eher lineare Struktur mit mehreren Leitungselementen von relativ gleicher Länge, die in einem Array entlang einer boomähnlichen Struktur ähnlich einer LPDA angeordnet sind. Yagi-Antennen sind etwas einfacher zu konstruieren und herzustellen, da sie gleich lange Elemente haben. LPDA-Antennen sind etwas komplexer in der Konstruktion und Herstellung. Sowohl LPDA- als auch Yagi-Antennen sind in Bezug auf Installation und Wartung recht ähnlich. Allerdings erfordern Yagi-Antennen mehr Aufmerksamkeit bei der Installation, da sie für eine optimale Leistung in einer bestimmten Richtung genau ausgerichtet werden müssen.

Leistungsparameter: 

LPDA-Antennen arbeiten im Allgemeinen in Frequenzbereichen zwischen 30 und 4200 MHz und Yagi-Antennen zwischen 30 und 3000 MHz. Aber sowohl LPDA- als auch Yagi-Antennen sind je nach Hersteller auch in viel größeren Frequenzbereichen erhältlich. LPDA-Antennen haben ein breites Strahlungsdiagramm im Vergleich zu Yagi-Antennen, die in der Regel eine schmale Bandbreite haben. Yagi-Antennen sind hochgradig gerichtet und fokussieren daher Signale in einem Winkel von etwa 45 bis 90 Grad. LPDA-Antennen sind aufgrund ihrer Struktur mit Elementen unterschiedlicher Länge und Abstände in der Lage, in Bezug auf die Richtwirkung einen viel größeren Winkel abzudecken. Yagi-Antennen haben im Vergleich zu LPDA-Antennen einen höheren Gewinn, aber beide Antennen werden im Allgemeinen als Richtantennen mit hohem Gewinn im Vergleich zu anderen Typen.

Anwendungsszenarien:

LPDA-Antennen werden in der Regel in Kommunikationssystemen verwendet, die Signale gleichzeitig in mehreren Richtungen und auf mehreren Frequenzen senden und empfangen müssen, wie LPWAN, LoRa, LTE-M, NB-IoT, IoT, M2M-Anwendungen usw. Yagi-Antennen mit ihrem schmalen Frequenzbereich und ihrer hohen Richtwirkung werden typischerweise in Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystemen und für Rundfunk-, Haushalts- und kommerzielle Funkkommunikationsanwendungen verwendet.

Kostenüberlegungen: 

Die Anfangsinvestitionen liegen im Allgemeinen in einem ähnlichen Bereich für LPDA- und Yagi-Antennen. LPDA-Antennen werden jedoch in der Regel als kostengünstiger angesehen, da sie als vielseitige Lösung für viele Anwendungen eingesetzt werden können. Obwohl die Wartungskosten für beide Antennentypen in etwa gleich hoch sind, müssen Yagi-Antennen möglicherweise häufiger gewartet werden, um die optimale Leistung für ihre hochgradig zielgerichteten und spezifischen Anwendungsfälle zu erhalten.

Anwendungen in der realen Welt

Logarithmisch-periodische Antennen

Rundfunk und Fernsehen: LPDA-Antennen werden aufgrund ihrer Fähigkeit, ein breites Spektrum an Frequenzen abzudecken, sowohl im Rundfunk als auch im Fernsehen eingesetzt. Dies ermöglicht die Übertragung von Signalen auf verschiedenen Kanälen und damit die Abdeckung von städtischen und abgelegenen Gebieten gleichermaßen.

Militär und Verteidigung: LPDA-Antennen werden häufig in Flugzeugen, Satelliten, Radarsystemen, militärischen Geräten usw. für Verteidigungs- und Sicherheitsanwendungen eingesetzt. LPDA-Antennen sind aufgrund ihrer Langlebigkeit, Bandbreite und Richtcharakteristik ideal für kritische Missionen und Überwachungseinsätze im Militär.

Yagi-Antennen

Amateurfunk: Yagi-Antennen werden aufgrund ihres hohen Gewinns und ihrer Richtwirkung nur im Amateurfunk eingesetzt. Da Yagi-Antennen Störungen durch andere Quellen effizient reduzieren, sind sie ideal für Umgebungen mit hohem Funkverkehr. Sie können verwendet werden, um zuverlässige Verbindungen über weite geografische Gebiete hinweg herzustellen, ohne dass die Signalqualität beeinträchtigt wird.

Fernsehempfang: Yagi-Antennen sind sehr nützlich, insbesondere in Gebieten mit schwachen oder weit entfernten Sendern. Aufgrund der hohen Richtwirkung und des hohen Gewinns können sie Signale von weit entfernten Sendetürmen effektiv einfangen und so die Qualität des Fernsehempfangs verbessern.

Schlussfolgerung

Antennen können als die wichtigste Komponente eines communksystems angesehen werden. Ihre Leistung hat einen entscheidenden Einfluss auf die Gesamtqualität des communksystems. Die Auswahl einer Antenne für eine bestimmte Anwendung hängt von den Leistungsanforderungen sowie von den Umgebungsbedingungen, Kostenerwägungen, einfacher Installation und Wartung usw. ab. Dieser Artikel gibt einen kurzen Überblick über die LPDA- und Yagi-Antennen und wie sie im Vergleich zueinander stehen. Für Anwendungen, die ein besseres Signal auf einem Frequenzband erfordern, ist die Yagi-Antenne die bessere Wahl, während für Anwendungen, die eine Antenne erfordern, die für einen breiten Frequenzbereich vielseitig einsetzbar ist, die logarithmisch periodische Antenne die bessere Wahl ist. Um eine optimale Antenne für eine Anwendung auszuwählen, ist es jedoch wichtig, alle Faktoren zu berücksichtigen, und auch eine Beratung durch Antennenexperten und Hersteller kann von Vorteil sein.