Логоперіодичні антени

Логоперіодичні антени

Відомо[1], якщо одночасно із збільшенням довжини хвилі в стільки ж разів збільшувати всі розміри антени(без втрат), то її діаграма спрямованості і вхідний опір залишиться без змін. Звідси виходить, що електродинамічні характеристики антени не будуть залежати від частоти, якщо її характеристичні лінійні розміри, виражені в долях довжини хвилі, будуть залишатись без змін при зміні частоти. Це може бути лише в тому випадку, якщо конфігурація антени буде повністю визначатися лише кутами.

Прикладом такої антени є логоперіодична вібраторна антена(ЛПВА)(Патент №1, Україна/ Ф.Ф.Дубровка, В.М.Глущенко, О.М.Купрій. – Опубл. 30.06.1995. – Блок. винах. №2)[2]. Вона належить до надширокосмугових антен. ЛПВА- лінійнополяризована, практично – частотонезалежна з помірним коефіціієнтом направленої дії. Коефіцієнт перекриття по частоті(fв/fн) досягає десяти і більше(fв і fн – верхня і нижня частоти робочого діапазону довжин хвиль антени). Максимальний коефіцієнт направленої дії реальних ЛПВА, при практично прийнятних довжинах антен, 12-13 дБ.

[pic 1]Верхня частота антени обмежується точністю виготовлення конструкції і її жорсткістю, а нижня – габаритними розмірами антени.

На рис.1 приведена конструкція і схема живлення ЛПВА згідно патенту №1 України[2]. Вона складається із двох ідентичних антенних полотен(1 і 2), кожне з них – одна деталь, що виготовлена (шляхом штамповки) із листа металу(сплав алюмінію або сталь). В кожному антенному полотні можна виділити несучу(2) і систему паралельних вібраторів(3), що знаходиться в одній площині для одного полотна і конструктивно виходить із жолоба. Несучі, навантажені вібраторами, утворюють двопровідну збираючу лінію. Відстань між провідниками(жолобами) двопровідної лінії фіксується ізоляторами(9). За вібратором максимальної довжини двопровідна збираюча лінія закорочена на відстані, що дорівнює (λмах – максимальна довжина хвилі робочої смуги частот антени). В даній конструкції антени закоротка(5,6,7) конструктивно збігається і вузлом кріплення антени. З протилежного боку(за вібратором мінімальної довжини) збираюча лінія закінчується вузлом живлення антени, який у збільшеному вигляді, показаний на виді А рис.1. Необхідно пам’ятати, що кабель живлення проходить і кріпиться в одному із жолобів двопровідної лінії, при цьому його екран з’єднується(припаюється) до жолоба, в якому він прокладений, а центральний провідник кабеля до іншого жолоба(вид А, рис.1). Завдяки цьому ЛПВА не потребує додаткового пристрою симетрування і узгодження. Ці функції виконує сама конструкція антени. Напрямок максимального випромінювання цієї антени збігається з віссю антени і спрямований в бік вібратора мінімальної довжини.[pic 2]

Принцип дії ЛПВА в режимі випромінювання(передачі) можна пояснити наступним чином. Нехай антена і кабель живлення – узгоджені. Це означає, що основна хвиля коаксіалу «Т»-типу збуджує основну хвилю двопровідної лінії, нагруженої вібраторами. Т-хвиля двопровідної лінії поширюється вздовж неї в напрямку вібратора максимальної довжини, збуджуючи вібратори по черзі. Струм найбільшої амплітуди буде збуджуватись у вібраторі, довжина якого рівна половині довжини хвилі. Цей вібратор називають резонансним. Певна кількість вібраторів, які розташовані поруч з резонансним і мають довжини близькі до довжини резонансного вібратора також будуть збуджуватись. Разом вони і будуть створювати поле випромінювання на цій частоті.

Вставка 1. В даній конструкції антени закоротка (5, 6, 7) конструктивно збігається з вузлом кріплення антени.

При поширенні хвилі струму від вузла живлення до закоротки в двопровідній лінії амплітуда хвилі струму зменшується за рахунок випромінювання енергії електромагнітної хвилі вібратора. За вібратором резонансної довжини та ще одним-двома вібраторами амплітуда хвилі струму в двопровідній лінії близька до нуля. Це означає, що антена випромінила всю енергію електромагнітної хвилі, що підведена до неї від кабеля живлення.