Logarithmisch-periodische Antenne

Logarithmisch-periodische Antenne für 250 MHz bis 2,4 GHz

Eine logarithmisch-periodische Antenne, abgekürzt LPDA für logarithmisch-periodische Dipolantenne, kurz auch als Logper bezeichnet, ist eine Breitbandantenne, die aus einer Anzahl von Dipolantennen besteht, deren Länge und Abstand zur Strahlungsrichtung hin abnehmen.

Die Besonderheit der LPDA liegt in ihrem großen Bandbreite, bei gleichzeitiger Richtwirkung. LPDA vereinen die Richtwirkung von schmalbandigen Yagi-Antennen mit der Bandbreite von logarithmischen Spiralantennen. Der erzielbare Antennengewinn liegt aber unter dem gleich großer Yagi-Uda-Antennen. Die logarithmisch-periodische Antenne wurde 1957 von Raymond H. DuHamel und Dwight E. Isbell entwickelt.^[1]

Aufbau und Funktion

Schematischer Aufbau einer logarithmisch-periodischen Antenne

LPDA können aus Drähten, festen Stäben als auch in Form von Leiterbahnen auf einer Isolierstoffplatte gebaut werden, die über eine alle Elemente verbindende Leitung erregt werden. Die speisende Leitung kann aus einer Streifenleitung, einer Bandleitung oder aus den Stützträgern bestehen: Hierbei sind in Längsrichtung der Antenne an zwei parallelen Trägern (sogenannten booms) in bestimmten Abständen wechselseitig Dipol-Elemente angebracht. LPDAs bestehen somit aus einer räumlichen Abfolge von gestreckten Dipolen, die mit einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen jedem gestreckten Dipol gekreuzt sind, um die Dipole gegenphasig zu erregen. Die Dipole sind durch die elektrischen und magnetischen Wechselfelder, im Nahfeld, gekoppelt, wodurch eine wesentlich höhere Bandbreite erreicht wird.

Wesentliches Kriterium für die Dimensionierung der logarithmisch-periodischen Antenne sind zwei Geometrieparameter:^[2]

1. Der räumliche Abstand der einzelnen Dipole, welcher eine logarithmische Funktion darstellt und Namensgeber dieser Antennenbauform ist. Dieser Abstand nimmt zur Spitze der Antenne ab.
2. Die Länge der einzelnen Dipolelemente. Die Länge nimmt zur Spitze hin ebenfalls ab, was bei breitbandigen Antennen in Aufsicht auf die Kontur der Antenne eine Dreiecksform ergibt.

Der Speisepunkt der LPDA befindet sich an der Spitze der Antenne bei dem kleinsten Element. An diesem Punkt haben alle Dipole nahezu die gleiche Impedanz für die gesamte Frequenz-Bandbreite der Antenne. Die auf der erregenden Leitung zurücklaufende Hochfrequenzwelle findet die passenden in Resonanz befindlichen Dipole und wird vorrangig dort abgestrahlt. Durch die davor befindlichen zu kurzen Elemente wird die Welle nur unwesentlich beeinflusst. LPDA weisen über einen großen Frequenzbereich hinweg einen gleichmäßigen Antennengewinn und auch eine gute Impedanzanpassung auf. Auch ohne parasitäre Elemente, die als Reflektoren oder Direktoren dienen, erreichen LPDA ein hohes Vor-Rück-Verhältnis (VRV). Teilweise werden zusätzliche Reflektoren verwendet, um das VRV bei niedrigen Frequenzen zu verbessern. Vorgesetzte Direktoren verbessern den Antennengewinn bei hohen Frequenzen.

Durch unterschiedliche Steigung des Elementeabstands und der -länge lassen sich sowohl extrem breitbandige LPDA mit geringerem Gewinn als auch weniger breitbandige LPDA mit höherem Gewinn herstellen. Der Antennengewinn hängt zudem von der Anzahl der Dipolelemente ab. Er beträgt in etwa 6 dB bis 10 dB.

Anwendungen

Anwendungen liegen bei der Breitbandkommunikation, als Fernseh-Empfangsantennen, da entsprechende Antennen sowohl im Ultrakurzwellen- (VHF) als auch im Dezimeterwellen-Bereich (UHF) arbeiten können, bei Messungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) in Prüflabors, bei militärischer und ziviler Funkkommunikation wie Amateurfunk sowie als mobile Anwendung an Peilgeräten zum Orten von Funkstörungen.

Eine leicht abgewandelte Version der logarithmisch-periodischen Antenne findet man auch in der Veranstaltungstechnik. Für Funkmikrofone und in umgekehrter Richtung für drahtloses In-Ear-Monitoring werden sie verwendet, da durch die Richtwirkung (ca. 100°) das Signal verstärkt wird. Deswegen heißt die Antenne in der VA-Technik auch Richtantenne oder Paddelantenne.

Literatur

• John D. Kraus, Ronald J. Marhefka: Antennas for all applications. 3. Auflage. McGraw-Hill, 2002, ISBN 0-07-112240-0. 
• Gerd Klawitter: Antennenratgeber Empfangsantennen für alle Wellenbereiche. 6. Auflage. Verlag für Technik und Handwerk, Baden-Baden 2005, ISBN 3-88180-613-X. 

Weblinks

Commons: Logarithmisch-periodische Antennen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Logarithmic Periodic Dipole Antenna Calculator
• Entwicklung einer logarithmisch-periodischen Dipolantenne
• Betriebsgeschichte ROBOTRON Radeberg; Richtfunktechnik 1947 - 1991: Logarithmisch-periodische Dipolantennen LPDA
• Gestockte logarithmisch-periodische Antennen (PDF, 899 KiB)
• Selbstbau von logarithmisch-periodischen Duoband-Dipolantennen

Einzelnachweise

1. ↑ Raymond H. DuHamel, Dwight E. Isbell: Broadband logarithmically periodic antenna structures. In: IRE International Convention Record, 1957, S. 119–128.
2. ↑ The Log-Periodic Dipole Array. (PDF) Abgerufen am 8. Januar 2015.