Антенна LPDA в сравнении с антенной Yagi

Антенна играет важную роль в системах связи как основной компонент, отвечающий за передачу и прием сигналов между источником и пунктом назначения. Антенны в основном преобразуют электрическую энергию в электромагнитные волны и наоборот. Существует множество типов антенн, отличающихся размерами, формой и рабочими параметрами. Общая производительность системы связи будет в значительной степени зависеть от характеристик антенны, поэтому очень важно выбрать подходящую антенну для системы. В этой статье представлен обзор двух наиболее распространенных типов антенн - антенн LPDA и Yagi.

Что такое антенна LPDA?

LPDA расшифровывается как Logic Periodic Dipole Antenna и называется так из-за того, что импеданс этой антенны является логарифмически периодической функцией частоты. Антенны LPDA состоят из дипольных элементов, которые устанавливаются вплотную друг к другу, параллельно и по обе стороны от фидлайна с чередованием фаз, через определенные интервалы, являющиеся логарифмической функцией частоты. Длина каждого дипольного элемента уменьшается по направлению к передней части антенны. Это разновидность многонаправленной антенны, которая может принимать различные частоты благодаря наличию элементов разной длины. Расстояние между этими элементами позволяет настраивать частотный диапазон LPDA и определяет такие параметры, как коэффициент усиления, направленность, диаграмма направленности излучения и т. д. Это делает их идеальными для приложений, где необходимо передавать или принимать различные частоты под разными углами и на разных частотах, например, в WiFi роутерах, бустерах, телевизионных антеннах и т.д.

Преимущества антенны LPDA

Широкая полоса пропускания: LPDA охватывают широкий спектр частот благодаря высокой пропускной способности, что избавляет от необходимости использовать несколько антенн для разных частотных диапазонов. Они работают как в ВЧ, так и в УВЧ-диапазонах.

Высокое усиление: Антенны LPDA имеют высокий коэффициент усиления - от 9 до 11 dBi, что позволяет осуществлять целенаправленную передачу и прием сигналов.

Универсальность: Антенны LPDA универсальны для широкого спектра применений, поскольку могут работать с несколькими различными частотами. Это возможно благодаря тому, что разные элементы антенны LPDA могут передавать и принимать сигналы разных частот.

Недостатки антенны LPDA

Размер и сложность: Антенны LPDA несколько сложны в проектировании и производстве, поскольку они должны иметь точную длину и расстояние между элементами. Размеры могут быть небольшими и компактными, однако если требуются антенны с высоким коэффициентом усиления или высоким показателем VSWR, длина может быть достаточно большой.

Соображения, связанные с затратами: Антенны LPDA, предназначенные для коммерческого использования, могут быть несколько дороговаты, поскольку для их изготовления требуется качественный материал и несколько дипольных элементов определенных размеров.

Усиление меньше, чем у YagiПоскольку антенна LPDA предназначена для работы в широком диапазоне, то наибольший коэффициент усиления составляет 11dBi, а антенна Yagi имеет узкую ширину луча, что позволяет ей достигать 17-20dBi максимум.

Что такое антенна Yagi?

Антенны Yagi внешне немного похожи на антенны LPDA. Но в отличие от LPDA антенн, Yagi антенны имеют высокую направленность и обычно работают либо на одной частоте, либо в очень небольшом диапазоне частот. Основными компонентами антенны Yagi являются центральная штанга, к которой присоединяются остальные элементы, основной движущий элемент, который передает или принимает сигналы, рефлектор на конце, который отражает сигналы в направлении диаграммы направленности, и директорные элементы по обе стороны от штанги, которые помогают сфокусировать все отраженные сигналы в направлении диаграммы направленности. В антенне Yagi движущий элемент генерирует электромагнитные волны, а рефлекторный элемент, расположенный за движущим элементом, отражает эти волны вперед, так что директора, расположенные спереди, направляют и фокусируют отраженные волны вперед. Антенны Yagi идеально подходят для приложений, требующих фокусировки сигнала в определенном направлении, например, для радаров и систем связи на больших расстояниях "точка-точка".

Преимущества антенны Yagi

Высокая направленность: Антенны Yagi обычно имеют ширину луча от 8 до 50 градусов. Поскольку они фокусируют все сигналы в более коротком угле поля, они имеют очень высокую направленность по сравнению с многонаправленными или всенаправленные антенны.

Простой дизайн: Антенны Yagi довольно просты в изготовлении, так как они состоят из пассивных элементов одинаковой длины, расположенных через фиксированные интервалы вдоль стержня. Несмотря на то, что существуют некоторые усовершенствованные печатные антенны Yagi, в целом их можно построить из легкодоступных материалов.

Экономическая эффективность: Антенны Yagi широко доступны по низкой цене. Даже оборудование и компоненты для обслуживания антенн Yagi можно найти по более низкой цене. Учитывая высокий коэффициент усиления и высокую направленность антенн Yagi, они являются очень экономически эффективными.

Недостатки антенны Yagi

Узкая полоса пропускания: Антенны Yagi обеспечивают высокий коэффициент усиления, но только для ограниченной полосы пропускания от 45 до 90 градусов, поэтому они очень специфичны и менее универсальны.

Ограниченный диапазон частот: Антенны Yagi обычно строятся для работы либо с одной частотой, либо с очень небольшим диапазоном частот. За пределами этого диапазона прием или передача сигнала очень плохи.

Сравнение антенн LPDA и антенн Yagi

Проектирование и строительство:

Антенны LPDA обычно имеют треугольную структуру. Они состоят из множества проводящих элементов различной длины и расстояния друг от друга, расположенных в определенном порядке вдоль стреловидной структуры. Антенны Yagi имеют более линейную структуру с множеством директорных элементов относительно одинаковой длины, расположенных в виде решетки вдоль стреловидной структуры, подобной LPDA. Антенны Yagi немного проще сконструировать и изготовить, поскольку они имеют элементы одинаковой длины. Антенны LPDA несколько сложнее в проектировании и изготовлении. Антенны LPDA и Yagi довольно похожи с точки зрения установки и обслуживания. Однако антенны Yagi требуют большего внимания при установке, так как они нуждаются в точном выравнивании для оптимальной работы в определенном направлении.

Параметры работы: 

Антенны LPDA обычно работают в частотных диапазонах от 30 до 4200 MHz, а антенны Yagi - от 30 до 3000 MHz. Однако в зависимости от производителя антенны LPDA и Yagi могут работать и в гораздо больших диапазонах частот. Антенны LPDA имеют широкую диаграмму направленности излучения по сравнению с антеннами Yagi, которые, как правило, имеют узкую полосу пропускания. Антенны Yagi имеют высокую направленность и, следовательно, фокусируют сигналы под углом примерно от 45 до 90 градусов. Антенны LPDA благодаря своей структуре с элементами разной длины и расстоянием между ними способны охватывать гораздо более широкий угол с точки зрения направленности. Антенны Yagi имеют более высокий коэффициент усиления по сравнению с антеннами LPDA, но обе антенны обычно рассматриваются как направленные антенны с высоким коэффициентом усиления по сравнению с другими типами.

Сценарии применения:

Антенны LPDA обычно используются в системах связи, которые должны передавать и принимать сигналы одновременно в нескольких направлениях и на нескольких частотах, таких как LPWAN, LoRa, LTE-M, NB-IoT, IoT, M2M-приложения и т. д. Антенны Yagi с их узким частотным диапазоном и высокой направленностью обычно используются в системах связи "точка-точка", а также в радиовещательных, бытовых и коммерческих приложениях радиосвязи.

Стоимость: 

Первоначальные инвестиции обычно находятся в одинаковом диапазоне для антенн LPDA и Yagi. Однако антенны LPDA обычно считаются более экономичными, поскольку они могут использоваться в качестве универсального решения для многих приложений. Хотя оба типа антенн примерно одинаковы по стоимости обслуживания, антенны Yagi могут нуждаться в более периодическом обслуживании для поддержания оптимальных характеристик для их высоконаправленных и специфических применений.

Применение в реальном мире

Логопериодические антенны

Вещание: Антенны LPDA широко используются в радио- и телевещании благодаря своей способности охватывать широкий спектр частот. Это позволяет передавать сигналы по различным каналам, обеспечивая покрытие как в городских, так и в отдаленных районах.

Военное дело и оборона: Антенны LPDA широко используются в самолетах, спутниках, радарных системах, военной технике и т.д. для оборонных и защитных приложений. Антенны LPDA идеально подходят для критически важных миссий и операций наблюдения в армии благодаря своей долговечности, пропускной способности и характеристикам направленности.

Антенны Yagi

Любительское радио: Антенны Yagi широко используются в любительской радиосвязи благодаря высокому коэффициенту усиления и направленности. Поскольку антенны Yagi эффективно подавляют помехи от других источников, они идеально подходят для среды с высоким радиотрафиком. С их помощью можно устанавливать надежные каналы связи на обширных географических территориях без ухудшения качества сигнала.

Прием телевидения: Антенны Yagi очень полезны, особенно в районах со слабыми или удаленными вещательными станциями. Благодаря высокой направленности и большому коэффициенту усиления они могут эффективно улавливать сигналы с далеких вещательных вышек, улучшая качество приема телевидения.

Заключение

Антенны можно считать наиболее важным компонентом системы связи. Их производительность оказывает ключевое влияние на общее качество системы связи. Выбор антенны для конкретного применения зависит от требований к производительности, а также от условий окружающей среды, стоимости, простоты установки и обслуживания и т. д. В этой статье представлен краткий обзор антенн LPDA и Yagi и их сравнение между собой. Для приложений, требующих лучшего сигнала в одном частотном диапазоне, лучше выбрать антенну Yagi, а для приложений, требующих антенну, универсальную для широкого диапазона частот, - логопериодическую антенну. Но чтобы выбрать оптимальную антенну для конкретного применения, важно учитывать все факторы, а также полезно проконсультироваться с экспертами и производителями антенн.