Die logarithmisch-periodische Antenne ist eine Breitbandantenne, deren Funktionsprinzip auf Resonanz und einer logarithmisch-periodischen Struktur beruht. Dieser Artikel stellt Ihnen logarithmisch-periodische Antennen aus drei Perspektiven vor: ihrer Geschichte, ihrem Funktionsprinzip und ihren Vorteilen.

Die Geschichte der logarithmisch-periodischen Antennen

Eine logarithmisch-periodische Antenne ist eine Breitbandantenne, deren Design auf einer logarithmisch-periodischen Struktur basiert. Die Geschichte der logarithmisch-periodischen Antennen reicht bis in die 1950er Jahre zurück.

Die logarithmisch-periodische Antenne wurde 1957 von den amerikanischen Ingenieuren Dwight Isbell und Raymond DuHamel erfunden. Während ihrer Forschungsarbeit bei den Bell Labs entwarfen sie eine Breitbandantenne, die mehrere Frequenzbänder abdecken konnte. Diese Antennenstruktur nutzt eine logarithmisch-periodische Geometrie, wodurch sie über den gesamten Frequenzbereich ähnliche Strahlungseigenschaften aufweist.

In den folgenden Jahrzehnten fanden logarithmisch-periodische Antennen weite Verbreitung und wurden intensiv erforscht. Sie werden unter anderem in der drahtlosen Kommunikation, im Fernseh- und Radioempfang, in Radarsystemen, in Funkmesstechnik und in der wissenschaftlichen Forschung eingesetzt. Dank ihrer Breitbandeigenschaften können logarithmisch-periodische Antennen mehrere Frequenzbänder abdecken, wodurch der Bedarf an Frequenzumschaltungen und Antennenwechseln reduziert und die Flexibilität und Effizienz des Systems verbessert wird.

Das Funktionsprinzip einer logarithmisch-periodischen Antenne beruht auf ihrer speziellen Struktur. Sie besteht aus einer Reihe abwechselnd angeordneter Metallplatten, deren Länge und Abstand jeweils logarithmisch zunimmt. Diese Struktur bewirkt, dass die Antenne Phasendifferenzen bei verschiedenen Frequenzen erzeugt und somit eine Breitbandabstrahlung ermöglicht.

Mit dem technologischen Fortschritt haben sich auch die Konstruktions- und Fertigungsmethoden von logarithmisch-periodischen Antennen verbessert. Moderne logarithmisch-periodische Antennen nutzen fortschrittliche Materialien und Fertigungsprozesse, um ihre Leistung und Zuverlässigkeit zu optimieren.

Das Funktionsprinzip lässt sich kurz wie folgt beschreiben:

1. Resonanzprinzip: Die Konstruktion logarithmisch-periodischer Antennen basiert auf dem Resonanzprinzip. Bei einer bestimmten Frequenz bildet die Antennenstruktur eine Resonanzschleife, wodurch die Antenne elektromagnetische Wellen effektiv empfangen und abstrahlen kann. Durch die präzise Auslegung von Länge und Abstand der Metallplatten können logarithmisch-periodische Antennen in mehreren Resonanzfrequenzbereichen betrieben werden.

2. Phasendifferenz: Das logarithmische Periodizitätsverhältnis von Länge und Abstand der Metallelemente einer logarithmisch-periodischen Antenne bewirkt, dass jedes Metallelement bei unterschiedlichen Frequenzen eine Phasendifferenz erzeugt. Diese Phasendifferenz führt zum Resonanzverhalten der Antenne bei verschiedenen Frequenzen und ermöglicht somit einen Breitbandbetrieb. Kürzere Metallelemente wirken bei höheren Frequenzen, längere hingegen bei niedrigeren.

3. Strahlschwenkung: Aufgrund ihrer Struktur weist die logarithmisch-periodische Antenne bei verschiedenen Frequenzen unterschiedliche Strahlungseigenschaften auf. Mit der Frequenz ändern sich auch die Strahlungsrichtung und die Strahlbreite der Antenne. Dies ermöglicht die Strahlschwenkung und -anpassung über ein breites Frequenzband.

Vorteile von logarithmisch-periodischen Antennen

1. Breitbandeigenschaften: Die logarithmisch-periodische Antenne ist eine Breitbandantenne, die mehrere Frequenzbänder abdecken kann. Ihre logarithmisch-periodische Struktur ermöglicht es der Antenne, über den gesamten Frequenzbereich ähnliche Strahlungseigenschaften aufzuweisen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit eines Frequenzwechsels oder Antennenaustauschs, was die Flexibilität und Effizienz des Systems verbessert.

2. Hohe Verstärkung und Strahlungseffizienz: Logarithmisch-periodische Antennen weisen üblicherweise eine hohe Verstärkung und Strahlungseffizienz auf. Ihre Struktur ermöglicht Resonanz in mehreren Frequenzbereichen und bietet so starke Sende- und Empfangseigenschaften.

3. Richtwirkungssteuerung: Logarithmisch-periodische Antennen sind in der Regel gerichtet, d. h., sie weisen in bestimmten Richtungen eine stärkere Abstrahl- oder Empfangsleistung auf. Dadurch eignen sie sich für Anwendungen, die eine spezifische Richtwirkung erfordern, wie z. B. Kommunikation, Radar usw.

4. Vereinfachtes Systemdesign: Da logarithmisch-periodische Antennen einen breiten Frequenzbereich abdecken, lässt sich das Systemdesign vereinfachen und die Anzahl der Antennen reduzieren. Dies trägt zur Senkung der Systemkosten und -komplexität sowie zur Verbesserung der Zuverlässigkeit bei.

5. Störfestigkeit: Die logarithmisch-periodische Antenne bietet eine gute Störfestigkeit in einem breiten Frequenzband. Ihre Struktur ermöglicht es der Antenne, unerwünschte Frequenzsignale besser herauszufiltern und die Störfestigkeit des Systems zu verbessern.

Kurz gesagt, durch die präzise Auslegung von Länge und Abstand der Metallplatten kann die logarithmisch-periodische Antenne in mehreren Resonanzfrequenzbereichen arbeiten und bietet Breitbandeigenschaften, hohe Verstärkung und Strahlungseffizienz, Richtwirkungsgradkontrolle, vereinfachtes Systemdesign und Störfestigkeit. Dies führt zu einer breiten Anwendung logarithmisch-periodischer Antennen in der drahtlosen Kommunikation, Radartechnik, wissenschaftlichen Forschung und anderen Bereichen.