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対数周期アンテナ（LPアンテナ）は、対数周期アレイまたは対数周期アンテナとも呼ばれ、広い周波数帯域で動作するように設計された多素子指向性アンテナです。1952年にジョン・ダンラビーによって発明されました。
対数周期アンテナの最も一般的な形式は、対数周期ダイポールアレイ（LPDA）です。LPDAは、長さが徐々に長くなる複数の半波長ダイポール駆動素子で構成され、各素子は一対の金属棒からなります。ダイポールは一直線上に近接して配置され、位相が交互に変化する給電線に並列に接続されます。電気的には、それぞれ異なる周波数に同調された2素子または3素子の八木・宇田アンテナを直列に接続したものをシミュレートします。
LPDAアンテナは、支持ブームに沿って一列に並んだダイポールロッド素子で構成されているという点で八木アンテナとやや似ていますが、動作原理は大きく異なります。八木アンテナに素子を追加すると指向性（ゲイン）が増加するのに対し、LPDAアンテナに素子を追加すると周波数特性（帯域幅）が拡大します。
LPDAの大きな用途の一つは、屋上設置型の地上波テレビアンテナです。これは、 VHF帯やUHF帯の様々な周波数をカバーするために広い帯域幅が必要となる場合があるためです。テレビ受信に広く用いられている設計の一つは、UHF受信用の八木アンテナを、VHF受信用の大型LPDAの前に配置したものです。
LPDA は通常、アンテナ軸に沿って配置されたサポート ブームに沿って配置された、それぞれ一対の金属棒からなる一連の半波長ダイポール「素子」で構成されます。素子は、 dまたはシグマと呼ばれる周波数の対数関数に従って間隔を置いて配置されます。連続する素子の長さと素子間の間隔は、ブームに沿って徐々に減少します。長さの関係は、タウと呼ばれる関数です。シグマとタウは、LPDA 設計の重要な設計要素です。[ 1 ] [ 2 ]アンテナの放射パターンは単方向性で、 主ローブはブームの軸に沿って、最も短い素子がある端から外れています。各ダイポール素子は、その長さの約 2 倍の波長で共振します。アンテナの帯域幅、つまりほぼ最大の利得が得られる周波数範囲は、最も長い素子と最も短い素子の共振周波数の間にあります。
LPDAアンテナの各要素は駆動要素、つまり給電線に電気的に接続されている要素です。通常、平行なワイヤ伝送線が中央のブームに沿って走っており、各要素は逆位相でそれに接続されています。給電線は、要素を保持するサポートブームを横切ってジグザグに走っているのがよく見られます。[ 2 ] もう1つの一般的な構造方法は、伝送線としても機能する2つの平行な中央サポートブームを使用し、ダイポールを交互にブームに取り付けることです。対数周期設計の他の形式では、ダイポールを伝送線自体に置き換えて、対数周期ジグザグアンテナを形成します。[ 3 ]伝送線をアクティブ要素として使用する他の形式も多数存在します。[ 4 ]
八木アンテナとLPDAアンテナは、どちらも支持ブームに沿って複数のダイポール素子が配置されているため、一見すると非常によく似ています。しかし、八木アンテナは、伝送線路に接続される駆動素子が1つだけであり、通常はアレイの後方から2番目の素子です。残りの素子は寄生素子です。八木アンテナは、帯域幅が非常に狭いという点でLPDAアンテナとは異なります。
一般的に、任意の周波数において、対数周期アンテナは3素子八木アンテナとほぼ同様の動作をします。動作周波数で共振に最も近いダイポール素子が駆動素子として機能し、その両側の隣接する2つの素子がディレクタとリフレクタとして利得を増加させます。前方の短い素子がディレクタとして、後方の長い素子がリフレクタとして機能します。ただし、システムはこれよりもやや複雑で、すべての素子が何らかの形で寄与するため、任意の周波数における利得は、対数周期アンテナのいずれかのセクションと同じ寸法の八木アンテナよりも高くなります。しかし、対数周期アンテナと同じ数の素子を持つ八木アンテナは、すべての素子が単一の駆動素子の利得を向上させるため、はるかに高い利得を持ちます。テレビアンテナとして使用する場合、VHF用の対数周期アンテナとUHF用の八木アンテナを組み合わせるのが一般的で、両方の半分はほぼ同じサイズでした。これにより、UHF のゲインが大幅に向上し、通常、 八木アンテナ側では 10 ～ 14 dB、 対数周期アンテナ側では 6.5 dB 程度になりました。[ 5 ]しかし、 UHF 信号の多くの問題を補うために、この追加のゲインはとにかく必要でした。
IEEE の定義によれば、対数周期形状はアンテナの広帯域特性とは一致しません。[ 6 ] [ 7 ]対数周期アンテナの広帯域特性は、その自己相似性から生じます。平面対数周期アンテナは、対数螺旋アンテナ(それ自体は対数周期に分類されませんが、周波数に依存しない自己相似アンテナの 1 つです) や対数周期歯形設計のように、自己相補的にすることもできます。Y. Mushiakeは、「最も単純な自己相補平面アンテナ」と呼んだものについて、帯域幅制限内の周波数で駆動点インピーダンスη 0 /2=188.4 Ω を発見しました。[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]
ジョン・ダンラビーは、1952年にアメリカ空軍に勤務していた際に対数周期アンテナを発明したが、「秘密」分類のためその功績は認められなかった。[ 13 ]イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校は、イズベルアンテナとメイズ・キャレルアンテナの特許を取得し、その設計をパッケージとしてニューヨークのJFDエレクトロニクスに独占的にライセンス供与した。チャンネルマスターとブロンダー・タング・ラボは、これらの特許を無視し、その設計に基づいて幅広いアンテナを製造した。UI財団が敗訴したアンテナ特許に関する訴訟は、1971年のブロンダー・タング原則へと発展した。この判例は特許訴訟を規定している。[ 14 ]
対数周期アンテナは、その広い帯域幅により単一のアンテナで複数のバンドの周波数で送信できるため、高出力短波放送局[ 15 ]の送信アンテナとして一般的に使用されています。最大16セクションの対数周期ジグザグ設計が使用されています。これらの大型アンテナは通常6～26MHzをカバーするように設計されていますが、2MHzという低周波数で動作するさらに大型のアンテナも製造されています。最大500kWの電力定格が利用可能です。素子を並列に駆動して中央の伝送線路に接続する代わりに、素子を直列に駆動し、隣接する素子を外縁で接続します。ここに示したアンテナは約14dBiの利得を持ちます。このようなアンテナを2つ上下に配置し、同位相で駆動するアンテナアレイは、最大17dBiの利得を持ちます。対数周期アンテナであるため、その主な特性（放射パターン、利得、駆動点インピーダンス）は全周波数範囲にわたってほぼ一定であり、300Ω給電線との整合により、その範囲で2:1以上の定在波比が達成されます。
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この記事は、連邦規格1037C（一般調達局）からのパブリックドメイン資料を組み込んでいます。 2022年1月22日にオリジナルからアーカイブされました。 （ MIL-STD-188に準拠）