対数周期アンテナ

対数周期アンテナ( LP ) 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の指向性アンテナです。1952 年にジョン・ダンラヴィ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またはLPDAです。LPDA は、徐々に長さが長くなる多数の半波長ダイポール 駆動要素で構成され、各要素は一対の金属棒で構成されています。ダイポールは、交互位相で給電線に並列に接続され、一列に近接して取り付けられています。電気的には、これは、それぞれが異なる周波数に調整された、互いに接続された 2 要素または 3 要素の八木宇田アンテナのシリーズをシミュレートします。

LPDA アンテナは、サポート ブームに沿って一列に取り付けられたダイポール ロッド要素で構成される点で八木アンテナに似ていますが、動作方法はまったく異なります。八木アンテナに要素を追加すると指向性、つまりゲインが増加し、LPDA アンテナに要素を追加すると周波数応答、つまり帯域幅が増加します。

LPDA の大きな用途の 1 つは、屋上の地上テレビ アンテナです。これは、 VHFでは約 54 ～ 88 MHz と 174 ～ 216 MHz、 UHFでは 470 ～ 890 MHzの広いテレビ帯域をカバーするために広い帯域幅が 必要であり、同時に十分な周辺受信のために高いゲインも必要だからです。テレビ受信用に広く使用されている設計の 1 つは、UHF 受信用の八木アンテナと、VHF 用の大型 LPDA を組み合わせたものです。

LPDA は通常、一連の半波長ダイポール「エレメント」で構成され、各エレメントは一対の金属棒で構成され、アンテナ軸に沿った支持ブームに沿って配置されます。エレメントは、dまたはシグマと呼ばれる周波数の対数関数に従った間隔で配置されます。連続するエレメントの長さとエレメント間の間隔は、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一方向性で、 メインローブはブームの軸に沿って、最も短いエレメントのある端から外れます。各ダイポールエレメントは、その長さの約 2 倍に等しい波長で共振します。アンテナの帯域幅、つまり最大ゲインに近い周波数範囲は、最長エレメントと最短エレメントの 共振周波数の間になります。

LPDAアンテナの各エレメントは駆動エレメント、つまり給電線に電気的に接続されている。平行ワイヤ伝送線は通常、中央ブームに沿って走り、各エレメントはそれに逆 位相で接続される。給電線は、エレメントを保持する支持ブームを横切ってジグザグに伸びているのがよく見られる。^[2] もう1つの一般的な構築方法は、伝送線としても機能する2つの平行な中央支持ブームを使用し、交互のブームにダイポールを取り付けることである。ログ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、ログ周期ジグザグアンテナを形成する。^[3]伝送線をアクティブエレメントとして使用する他の形式も多数存在する。^[4]

一見すると、八木アンテナと LPDA アンテナの設計は非常によく似ています。どちらも、サポート ブームに沿って取り付けられた多数のダイポール エレメントで構成されています。ただし、八木アンテナには、伝送線路に接続された駆動エレメントが 1 つだけあります。これは通常、アレイの後ろから 2 番目のエレメントです。残りのエレメントは寄生エレメントです。八木アンテナは、帯域幅が非常に狭いという点で LPDA と異なります。

一般的に言えば、任意の周波数において、対数周期設計は 3 素子八木アンテナと多少似た動作をします。動作周波数で共振に最も近いダイポール素子は駆動素子として機能し、両側の 2 つの隣接素子は利得を高めるための導波器および反射器として機能し、前方の短い素子は導波器として、後方の長い素子は反射器として機能します。ただし、システムはそれよりも多少複雑で、すべての素子がある程度寄与するため、任意の周波数に対する利得は、対数周期の任意の 1 つ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。ただし、対数周期と同じ数の素子を持つ八木アンテナは、それらの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 用の対数周期設計と UHF 用の八木アンテナを組み合わせるのが一般的であり、両方の半分のサイズはほぼ同じでした。この結果、UHFの利得は大幅に高まり、通常、八木アンテナ側では10～14dB、対数周期アンテナ側では6.5dB程度となった。^{[5]しかし、この追加利得は、} UHF信号のさまざまな問題を補うために必要であった。

IEEE の定義によると、対数周期形状はアンテナの広帯域特性と一致しません。^{[ 6] [7 ]}対数周期アンテナの広帯域特性は自己相似性から生じます。平面対数周期アンテナは、対数スパイラルアンテナ(それ自体は対数周期として分類されませんが、自己相似性を持つ周波数非依存アンテナの 1 つ) や対数周期歯型設計など、自己相補型にすることもできます。Y. Mushiake は、彼が「最も単純な自己相補型平面アンテナ」と呼ぶアンテナで、その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・ダンラヴィは1952年にアメリカ空軍に勤務中に対数周期アンテナを発明したが、その「機密」分類のため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およびメイズ・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・タング研究所は特許を無視し、その設計に基づいてさまざまな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・タング原則に発展した。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帯域幅が広く、1つのアンテナで複数の帯域の周波数を送信できるため、高出力短波放送局[15]の送信アンテナとしてよく使用されます。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きなアンテナも作られています。最大500kWの電力定格が利用可能です。中央の伝送線路に接続された素子を並列に駆動するのではなく、素子は外縁で接続された隣接する素子で直列に駆動されます。ここに示すアンテナのゲインは約14dBiです。このようなアンテナを上下に並べて同位相で駆動するアンテナアレイのゲインは最大17dBiです。対数周期アンテナであるため、アンテナの主な特性 (放射パターン、ゲイン、駆動点インピーダンス) は周波数範囲全体にわたってほぼ一定であり、300 Ω の給電線との整合により、その範囲全体で 2:1 を超える定 在波比が達成されます。

• ジョン・ダニエル・クラウス (1988)。アンテナ（続編）。マグロウヒル大学。p. 892。ISBN 978-0-070-35422-7。$ 15-5:対数周期アンテナ、p. 703-708。

 この記事には、連邦規格 1037Cのパブリック ドメイン マテリアルが組み込まれています。一般調達局。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 をサポート)。

• 自己補完アンテナ

• Antenna-Theory.com 対数周期歯アンテナ ページ
• ブロンダー舌主義
• LPDAオンライン計算
• ログ周期アンテナに関する考察 2011-10-06 にWayback Machineでアーカイブ
• Com-Power Corporation - EMC テスト用ログ周期アンテナ
• 回路のすべて - Wi-Fi アンテナの基礎
• エレクトロニクスポイント - フォーラム / アンテナ
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