Logaritmisch-periodische antennes
In het algemeen worden de eigenschappen van een antenne bepaald door het verband tussen de afmetingen ervan en de golflengte van het uit te zenden signaal.
Daaruit volgt, dat de werking van een antenne onafhankelijk van de frequentie zal zijn, indien haar afmetingen, in golflengten uitgedrukt, constant worden gehouden.
Met andere woorden: indien men de afmetingen van een willekeurige antenne vermenigvuldigt met een bepaalde schaalfactor, dan zal de nieuwe antenne dezelfde eigenschappen hebben als de oorspronkelijke, mits ook de golflengte van het toegevoerde signaal met die factor wordt vermenigvuldigd.
(Op deze eigenschap berusten de metingen aan antennes op schaalmodel.)
Men kan zich een serie opeenvolgende antennes voorstellen, die tot een geheel worden samengesteld. Uit praktische overwegingen wordt dit samenstel zo ontworpen, dat zijn eigenschappen zich periodiek herhalen.
In de serie opeenvolgende antennes worden daartoe de afmetingen van iedere voorganger met eenzelfde schaalfactor τ (= tau) vermenigvuldigd, om de afmetingen van zijn opvolger te krijgen.
Op die manier zal zo'n antenne-samenstel dezelfde eigenschappen krijgen bij de frequentie f , bij de frequentie τ × f, τ2 × f enz. Hieruit volgt, dat de impedantie en alle andere karakteristieke eigenschappen van dat antenne-samenstel zich periodiek herhalen. Nauwkeuriger gezegd: de eigenschappen herhalen zich periodiek met de logaritme van de (toenemende) frequentie; zie fig. 2.
Daarom wordt zo'n antenne: "logaritmisch-periodische antenne", of wel: "log-per antenne" genoemd.
Indien de variatie van de eigenschappen klein is over een enkele periode, dan gedraagt de log-per antenne zich vrijwel onafhankelijk van de frequentie.
Teneinde dit te bereiken moet men een schaalfactor τ kiezen, die niet te veel van de waarde "een" afwijkt.
In de praktijk blijkt, dat een τ van 0,8 nog een redelijk bruikbare antenne oplevert.
Bandbreedte log-per antenne
Zo'n log-per antenne zou zich kunnen uitstrekken vanaf een punt van uitgang, waar alle afmetingen nul zijn, tot in het oneindige. (Dit punt van uitgang, dat ook wel het centrale punt wordt genoemd, is tevens het voedingspunt.)
De praktijk is evenwel, dat men slechts een bepaald stuk uit deze oneindig lange log-per antenne gebruikt, omdat de uit te zenden frequentieband evenmin oneindig is. (Een der draaibare log-per antennes in Radio Kootwijk beslaat een frequentieband van 5,5 tot 32 MHz.)
Isbell-antenne
Isbell heeft een log-per antenne ontworpen door een groot aantal dipolen in een vlak te combineren, zoals in fig. 1 is geschetst.
Fig. 1. Log-per antenne volgens Isbell.
Eigenschappen log-per antenne
De stroomverdeling in een log-per antenne bij een willekeurige frequentie fis precies dezelfde als die bij de frequentie τ × f. Het enige verschil is, dat alles zich in een stap naar buiten toe afspeelt, dus van het centrum af.
Daaruit volgt, dat het stralingsdiagram, de ingangsimpedantie en alle overige karakteristieke eigenschappen dezelfde zijn bij die twee frequenties, maar ook bij alle volgende frequenties, die met een factor T zijn vermenigvuldigd.
Ingangsimpedantie log-per antenne
Het rekenkundige gemiddelde van de hoogste en laagste reële waarde in deze grafiek wordt per definitie de ingangsimpedantie van de log-per antenne genoemd. Deze ligt veelal tussen de 150 en 230Ω. (Een der draaibare log-per antennes in Radio Kootwijk heeft een ingangsimpedantie van ca 200Ω.)
Het voedingspunt bevindt zich bij de kortste dipool. De reeds meer genoemde factor 'r wordt ook wel de "meetkundige verhouding"genoemd.
Fig. 2. De absolute waarde van de ingangsimpedantie varieert periodiek met de logaritme van de frequentie en wel minder, naarmate de waarde τ dichter tot een nadert.
Langstraalantenne
Het wordt bekend verondersteld, dat men een eenzijdige langsstraalantenne kan maken door een aantal dipolen evenwijdig aan elkaar in een plat vlak op te stellen op onderling gelijke afstanden. Ten opzichte van elke dipool moet de naburige dipool aan de ene kant een naijlende stroom voeren en die aan de andere zijde een voorijlende stroom.
In zo'n langsstraalantenne worden alle dipolen rechtstreeks gevoed door de zender. Men kan evenwel ook volstaan met het voeden van slechts een dipool.
De overige dipolen worden dan indirect gevoed, nl. door de straling vanuit de direct gevoede dipool.
Yagi-antenne
Op dit principe berust de bekende Yagi-antenne, die bestaat uit een door een zender gevoede hoofddipool en enige, door haar straling gevoede "parasitaire" dipolen.
Fig. 3.
h = hoofddipool, ca een halve golflengte lang.
r = reflector, langer dan de hoofddipool.
d = director, korter dan de hoofddipool.
Werking yagi-antenne
Uitgaande van de hoofddipool, ijlen in de directors, verder naar rechts gaande, de inductiestromen steeds meer na. Hierdoor wordt de straling naar rechts geconcentreerd. Men kan deze bundeling afregelen door de lengte en afstanden van de directors in te stellen. In de reflector ijlt de stroom voor op die van de hoofddipool. Daardoor wordt de straling naar links teruggekaatst.
(Van de draaibare log-per antennes in Radio Kootwijk worden alle dipolen, behalve de langste, rechtstreeks door de zender gevoed op een wijze, zoals in fig. 1 is geschetst.)
Werking log-per antenne
Het uit te zenden signaal niet een bepaalde frequentie, dat links (in fig. 1) de log-per antenne binnenkomt, zal zich langs de feederlijn in de antenne naar rechts bewegen, tot het enkele dipolen "ontmoet", die in trilling geraken. Deze dipolen nemen daardoor de energie uit de feederlijn op en stralen haar uit. Hierbij treedt de langste van de in trilling zijnde dipolen op als reflector, en enkele kortere als directors. De stralingsrichting is, net als bij de Yagiantenne, in de richting vanaf de lange naar de korte dipolen.