Antena logaritmo periodica o logperiódica

Las  mejores antenas directivas de banda ancha, ideales para SDR, son las logarítmico periódicas. 


Diseño de una antena logperiódica

Imaginemos que queremos hacer una antena logaritmica  para todo el espectro de RTL-SDR de 24 MHz a 1766 MHz (sin muestreo directo) nos daría la siguiente antena 



LPDA — https://hamwaves.com/lpda/ — v20180914

LPDA design 2023-12-16 18:23

INPUT

  •   Lowest frequency f₁ = 24 MHz
  •   Highest frequency fₙ = 1766 MHz
  •   Diameter of the shortest element ⌀ = 5 mm
  •   Characteristic input impedance Zc_in = 50 Ω
  •   Taper τ = 0.880
  •   Optimal relative spacing σₒₚₜ = 0.163
  •   Chosen relative spacing σ = 0.060


RESULTING DESIGN

  Number of elements ⌊N⌉ = 37

  Sum of all dipole lengths ℓₜₒₜ = 51.588 m

  Boom length L = 6.183 m

  Length of the terminating stub ℓ_Zterm = 1.561 m

  Required characteristic impedance of the feeder

  connecting the elements Zc_feed = 301.0 Ω

Igual una antena de 37 elementos que mide 6 metros de larga excede de nuestras posibilidades, pero con la hoja de calculo puede buscar una solución de compromiso, por ejemplo desde 118 MHz nos daría

LPDA — https://hamwaves.com/lpda/ — v20180914
LPDA design 2023-12-16 18:29

INPUT
  •   Lowest frequency f₁ = 118 MHz
  •   Highest frequency fₙ = 1766 MHz
  •   Diameter of the shortest element ⌀ = 10 mm
  •   Characteristic input impedance Zc_in = 50 Ω
  •   Taper τ = 0.880
  •   Optimal relative spacing σₒₚₜ = 0.163
  •   Chosen relative spacing σ = 0.060

RESULTING DESIGN
  Number of elements ⌊N⌉ = 25
  Dipole element lengths:
  •     dipole ℓ₁ = 1.270 m
  •     dipole ℓ₂ = 1.118 m
  •     dipole ℓ₃ = 0.984 m
  •     dipole ℓ₄ = 0.866 m
  •     dipole ℓ₅ = 0.762 m
  •     dipole ℓ₆ = 0.670 m
  •     dipole ℓ₇ = 0.590 m
  •     dipole ℓ₈ = 0.519 m
  •     dipole ℓ₉ = 0.457 m
  •     dipole ℓ₁₀ = 0.402 m
  •     dipole ℓ₁₁ = 0.354 m
  •     dipole ℓ₁₂ = 0.311 m
  •     dipole ℓ₁₃ = 0.274 m
  •     dipole ℓ₁₄ = 0.241 m
  •     dipole ℓ₁₅ = 0.212 m
  •     dipole ℓ₁₆ = 0.187 m
  •     dipole ℓ₁₇ = 0.164 m
  •     dipole ℓ₁₈ = 0.145 m
  •     dipole ℓ₁₉ = 0.127 m
  •     dipole ℓ₂₀ = 0.112 m
  •     dipole ℓ₂₁ = 0.099 m
  •     dipole ℓ₂₂ = 0.087 m
  •     dipole ℓ₂₃ = 0.076 m
  •     dipole ℓ₂₄ = 0.067 m
  •     dipole ℓ₂₅ = 0.059 m
  Sum of all dipole lengths ℓₜₒₜ = 10.153 m

  Distances between the element centres and their position along the boom:
  •     d₁,₂ = 0.152 m, i.e. ℓ₂ @ 0.152 m
  •     d₂,₃ = 0.134 m, i.e. ℓ₃ @ 0.287 m
  •     d₃,₄ = 0.118 m, i.e. ℓ₄ @ 0.405 m
  •     d₄,₅ = 0.104 m, i.e. ℓ₅ @ 0.509 m
  •     d₅,₆ = 0.091 m, i.e. ℓ₆ @ 0.600 m
  •     d₆,₇ = 0.080 m, i.e. ℓ₇ @ 0.680 m
  •     d₇,₈ = 0.071 m, i.e. ℓ₈ @ 0.751 m
  •     d₈,₉ = 0.062 m, i.e. ℓ₉ @ 0.813 m
  •     d₉,₁₀ = 0.055 m, i.e. ℓ₁₀ @ 0.868 m
  •     d₁₀,₁₁ = 0.048 m, i.e. ℓ₁₁ @ 0.917 m
  •     d₁₁,₁₂ = 0.042 m, i.e. ℓ₁₂ @ 0.959 m
  •     d₁₂,₁₃ = 0.037 m, i.e. ℓ₁₃ @ 0.996 m
  •     d₁₃,₁₄ = 0.033 m, i.e. ℓ₁₄ @ 1.029 m
  •     d₁₄,₁₅ = 0.029 m, i.e. ℓ₁₅ @ 1.058 m
  •     d₁₅,₁₆ = 0.025 m, i.e. ℓ₁₆ @ 1.084 m
  •     d₁₆,₁₇ = 0.022 m, i.e. ℓ₁₇ @ 1.106 m
  •     d₁₇,₁₈ = 0.020 m, i.e. ℓ₁₈ @ 1.126 m
  •     d₁₈,₁₉ = 0.017 m, i.e. ℓ₁₉ @ 1.143 m
  •     d₁₉,₂₀ = 0.015 m, i.e. ℓ₂₀ @ 1.158 m
  •     d₂₀,₂₁ = 0.013 m, i.e. ℓ₂₁ @ 1.172 m
  •     d₂₁,₂₂ = 0.012 m, i.e. ℓ₂₂ @ 1.184 m
  •     d₂₂,₂₃ = 0.010 m, i.e. ℓ₂₃ @ 1.194 m
  •     d₂₃,₂₄ = 0.009 m, i.e. ℓ₂₄ @ 1.203 m
  •     d₂₄,₂₅ = 0.008 m, i.e. ℓ₂₅ @ 1.211 m
  Boom length L = 1.211 m

  Length of the terminating stub ℓ_Zterm = 0.318 m
  Required characteristic impedance of the feeder
  connecting the elements Zc_feed = 13.5 Ω

Una antena de 25 elementos  (10,1 m de longitud total de elementos) y de 1,2 m de longitud parece algo mas razonable y la ganancia es de 6,1 dBi en toda la banda.


Antenas logarítmico periódicas  comerciales

Antenas en aluminio o acero

    • Antena LogPer 130-1300 MHz
      • Numero de elementos: 24
      • Ancho de banda:  130-1300 MHz
      • Ganancia: 4-8 dBi
      • Relación delante/atras: 
      • Lango: 2m
      • Ancho: 
      • Peso: 2 kg
      • Impedancia: 
      • Distribuido por Wimo 172€
    • Fracarro LP45F 5G UHF


    • Metronic 425017 - Antena exterior logarítmica UHF/VHF 



Antenas en UWB

Existen antenas para UHF realizadas sobre circuitos impresos llamadas UWB Ultra Wide Band Log Antenne buen precio (<10€), pero ojo que los SDR mas populares no llegan a frecuencias tan altas (RSP1A 1 GHz y RTL-SDR  v3 y v4 1,766 GHz):

La antena períodica UWB de  600 MHz a 6000MHz

Haciendo pruebas observé que captaba señales en la banda de 27 MHz  lo cual me hizo pensar en la impedancia que presentaba para las distintas frecuencias, así que la conecté al conector CH0 (E/S) del analizador de redes (nanoVNA) y seleccioné el canal CH0 para que midiera la reactancia y/o impedancia  y MARKER ALL OFF. En cada 0 de la X(reactancia)  tendría una frecuencia de resonancia de la antena o lo que es lo mismo 50 ohmios de Impedancia

La impedancia es de 50 Ohmios practicamente hasta los 900 MHz. Lo cual no quiere decir que sea optima su ganancia para frecuencias inferiores sino que la impedancia está adaptada, lo cual me ha generado un nuevo problema a resolver ¿Por qué?


 

Para leer más sobre antenas

Referencias



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  Caracteristicas teóricas Marca: Metronic  Modelo: 425010  Tipo: LPDA -  Array de Dipolos Logaritmicos Periódicos Numero de elementos: 32 MateriaL: acero Largo: 1.160 mm Elemento mas largo: 435 mm => 172,413 MHz Elemento más corto: 65 mm => 1.153 MHz Peso 0.8 kg Ancho de banda:  170-860 MHz 170-230 MHz 470-862 MHz  Ganancia  UHF 9/10dB VHF 8dB Disponible en mano a mano por 25 €  y en  Amazon por 25€ Especificaciones Descripción En las antenas LPDA hay un elemento activo y por delante del mismo todos lo están y por detrás del mismo hay uno o dos pero en menor medida. Como en todas las antenas logaritmo periódicas en el extremo de los radiadores mas cortos (punta) se une uno de los soportes con la malla del coaxial y el otro con el vivo, y en el extremo trasero se unen ambos soporte. Detalle del extremo de los radiadores. Se tratan de varillas de 4mm de acero tratado ¿? con la  arandela de resorte que se traba con una muesca del radiador y la arandela con una tuerca que se atornil
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