Логопериодическая антенна

Авторы патента:

Елизаров Андрей Альбертович (RU)

Белянский Владимир Борисович (RU)

Каравашкина Валентина Николаевна (RU)

H01Q11/10 - антенны с логарифмическим периодом излучения (H01Q 11/08 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2392706:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт электроники и математики (технический университет)" (RU)

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенно-фидерной технике, и может быть использовано для приема радиосигналов в коротковолновом диапазоне частот. Техническим результатом является создание антенны с длиной, не превышающей 0,6 от максимальной рабочей длины волны, и сохранением диапазона принимаемых длин волн, обеспечиваемого полноразмерной антенной. Логопериодическая антенна состоит из двухпроводной собирательной линии и не менее чем двух пар симметричных вибраторов, которые поочередно через один подключены к противоположным проводам собирательной линии, причем длина вибраторов и расстояние между ними возрастают по мере удаления от начала антенны в геометрической прогрессии, а линии, проведенные через концы вибраторов, образуют постоянный угол, не превышающий 45°. Для достижения технического результата двухпроводная собирательная линия выполнена в виде соединенных последовательно резонансных отрезков замедляющих систем, обладающих аномальной дисперсией, и длиной, не превышающей λ/8, где λ - самая короткая длина волны рабочего диапазона антенны. 3 ил.

Изобретение относится к антенно-фидерной технике и может быть использовано для приема радиосигналов в коротковолновом диапазоне частот.

Известны синфазные горизонтальные коротковолновые антенны, содержащие решетку вибраторов, расположенных определенным образом в пространстве и возбуждаемых токами, равными между собой, либо закономерно отличающимися по амплитуде и фазе [Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники и антенны, ч.II «Антенны». М.: Сов. радио, 1969. с.133-154]. Такие антенны отличаются узким рабочим диапазоном, определяемым резонансными свойствами отдельных вибраторов. При отклонении частоты от резонансной происходит изменение электрических длин вибраторов и питающих их фидерных линий, что резко искажает диаграмму направленности антенны.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является логопериодическая антенна, образованная собирательной линией в виде двух трубок, расположенных параллельно друг другу, к которым поочередно через один крепятся плечи вибраторов [Драбкин А.Л., Коренберг Е.Б. Антенны. М: Радио и связь, 1992. с.72-73]. Выполнение такой антенны с минимальными продольными размерами менее 0,6 от максимальной рабочей длины волны считается нецелесообразным, поскольку при этом снижается коэффициент усиления, ухудшается направленность излучения и согласование с питающим фидером.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание логопериодической антенны с длиной, не превышающей 0,6 от максимальной рабочей длины волны, и сохранением диапазона принимаемых длин волн, обеспечиваемого полноразмерной антенной.

Решение технической задачи достигается тем, что логопериодическая антенна состоит из двухпроводной собирательной линии и не менее чем двух пар симметричных вибраторов, которые поочередно через один подключены к противоположным проводам собирательной линии, причем длина вибраторов и расстояние между ними возрастают по мере удаления от начала антенны в геометрической прогрессии, а линии, проведенные через концы вибраторов, образуют постоянный угол, не превышающий 45°. Согласно предложенному изобретению двухпроводная собирательная линия выполнена в виде соединенных последовательно резонансных отрезков замедляющих систем, обладающих аномальной дисперсией, и длиной, не превышающей λ/8, где λ - самая короткая длина волны рабочего диапазона антенны.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении всей совокупности заявляемых существенных признаков, является сохранение диапазона принимаемых длин волн, обеспечиваемого полноразмерной антенной, при ее длине, не превышающей 0,6 от максимальной рабочей длины волны.

Предлагаемая логопериодическая антенна иллюстрируется чертежами, на которых представлены принципиальная схема антенны (фиг.1) и отрезок коаксиальной фидерной линии с аномальной дисперсией на основе цилиндрической спирали с продольно-проводящим экраном (фиг.2). На фиг.3 представлены диаграммы направленности антенны, полученные с помощью программы MMANA-GAL v1.2.

Работа логопериодической антенны осуществляется следующим образом.

Так как вибраторы (фиг.1) отличаются друг от друга по длине, все они резонируют на различных частотах. На некоторой частоте, являющейся резонансной для одного из вибраторов, его входное сопротивление является чисто активным, а входные сопротивления остальных вибраторов будут комплексными. При этом их реактивные составляющие будут тем большими, чем больше длина каждого отличается от резонансной длины. Таким образом, поле излучения антенны будет определяться активной областью - резонансным и ближайшими к нему двумя - тремя вибраторами. Кроме пространственной связи между вибраторами существует еще и связь при помощи двухпроводной собирательной линии. Благодаря подключению плеч соседних вибраторов к противоположным проводам собирательной линии создается дополнительный сдвиг по фазе между токами в 180°. При этом возрастание рабочей частоты приводит к резонансу в более коротком вибраторе, а ее уменьшение - к резонированию следующего более длинного вибратора.

Наиболее длинная волна рабочего диапазона определяется максимально допустимыми размерами антенны. Длина вибратора, резонирующего на самой длинной волне 2l_max=λ_max/2. Самая короткая длина волны лимитируется технологической точностью выполнения вибратора вблизи точек возбуждения l_min=λ_min/4. Геометрическая длина антенны составляет от 0,6 до (2…3)λ_max.

Возможность достижения поставленной цели подтверждается результатами аналитического расчета и численного моделирования с помощью программы MMANA-GAL v1.2.

В логопериодической антенне длины вибраторов и расстояния между ними изменяются в геометрической прогрессии (фиг.1):

где τ - период структуры, l_i, l_i-1 - длины соседних вибраторов, d₁, d_i-1 - расстояния между ними.

Угол α при вершине треугольника, образуемого линиями, проведенными через концы вибраторов, может быть определен из соотношения

где σ - относительное расстояние, равное отношению расстояния между парой соседних вибраторов к длине наибольшего из них. Величина этого острого угла не превышает 45°. В этом случае максимальная геометрическая длина антенны

Из проведенного анализа принципа действия антенны следует, что ее длина не может быть меньше некоторого минимально допустимого значения, поскольку интенсивное однонаправленное излучение имеет место при условии равенства расстояния между вибраторами в активной области примерно четверти длины волны. Поэтому нецелесообразно использовать антенны с длиной порядка (0,25…0,3)λ_max, т.е. с углами α порядка 70-90°. У таких антенн существенно ухудшаются как направленность излучения, так и согласование с питающим фидером.

Однако использование в конструкции собирательной линии антенны отрезков замедляющих систем позволяет существенно сократить ее геометрические размеры при неизменных электрических параметрах.

Электрическая длина каждого из отрезков собирательной линии определяется по формуле

где d - расстояние между соседними вибраторами антенны, f - рабочая частота, ν_ф - фазовая скорость волны в собирательной линии.

Из формулы (4) следует, что в случае расширения полосы принимаемых антенной частот Δf для сохранения прежней электрической длины собирательной линии фазовую скорость волны в ней также требуется увеличивать, то есть использовать отрезки фидерной линии с аномальной дисперсией. Применение стандартных отрезков линий передачи не позволяет этого сделать, поскольку, например, отрезок коаксиальной линии не обладает дисперсией, а отрезок замедляющей системы в виде цилиндрической спирали в изотропном металлическом экране имеет нормальную положительную дисперсию, при которой фазовая скорость волны падает с ростом частоты.

Пример конструкции коаксиальной фидерной линии с аномальной дисперсией предложен в работе [патент РФ №2339128, МПК H01P 5/02, H01P 3/08 / А.А.Елизаров, В.Н.Каравашкина, М.Д.Морозовская. Опубл. в БИ №32, 20.11.2008]. Волна в такой линии возбуждается между внутренним цилиндрическим спиральным проводником 1 и внешним проводником 2, выполненным в виде симметрично расположенных по образующим цилиндра секторов 3, чередующихся со сквозными щелями 4 (фиг.2).

Результаты моделирования в виде диаграмм направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях, полученные с помощью программы MMANA-GAL v1.2 для 9-элементной антенны длиной 30 м в диапазоне частот 4,05-24,05 МГц, представлены на фиг.3. Расчетный коэффициент замедления собирательной линии не более 1,5. Проведенный анализ результатов показывает, что полученные диаграммы меняются мало и являются достаточно широкими, поскольку в излучении одновременно участвует малое число вибраторов. Некоторое сужение диаграммы можно получить при увеличении периода структуры τ при неизменном угле α. Диаграмма направленности антенны сохраняет свою форму при коэффициентах замедления, не превышающих 2,0…2,5, что позволяет практически вдвое уменьшить ее геометрическую длину по сравнению с полноразмерной антенной при остающихся неизменными электрических параметрах.

Таким образом, выполняя собирательную линию из соединенных последовательно резонансных отрезков замедляющих систем, обладающих аномальной дисперсией, и длиной, не превышающей λ/8, где λ - самая короткая длина волны рабочего диапазона антенны, получим возможность создания антенны с длиной, не превышающей 0,6 от максимальной рабочей длины волны, и сохранением диапазона принимаемых длин волн, обеспечиваемого полноразмерной антенной.

Логопериодическая антенна с длиной, не превышающей 0,6 от максимальной рабочей длины волны, состоящая из двухпроводной собирательной линии и не менее чем двух пар симметричных вибраторов, которые поочередно через один подключены к противоположным проводам собирательной линии, причем длина вибраторов и расстояние между ними возрастают по мере удаления от начала антенны в геометрической прогрессии, а линии, проведенные через концы вибраторов, образуют постоянный угол, не превышающий 45°, отличающаяся тем, что двухпроводная собирательная линия выполнена в виде соединенных последовательно резонансных отрезков замедляющих систем, обладающих аномальной дисперсией, и длиной, не превышающей λ/8, где λ - самая короткая длина волны рабочего диапазона антенны.

Похожие патенты:

Логопериодическая антенна // 2387060

Изобретение относится к антенной технике и может использоваться при конструировании сверхширокополосных антенн, работающих в непрерывном диапазоне ультравысоких (УВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот.

Вибраторная логопериодическая антенна поперечного излучения // 2383088

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании передающих и приемных антенн радиосвязи, радиовещания, телевидения, систем охранной сигнализации и телеметрии.

Логопериодическая вибраторная антенна // 2356140

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в системах связи дециметрового и сантиметрового диапазонов волн, в частности, в качестве широкополосной приемопередающей антенны сотовой связи, а также в радиопеленгации и нелинейной радиолокации.

Кольцевая антенна // 2346364

Изобретение относится к антеннам метрового и дециметрового диапазонов частот и используется для обеспечения радио- и радиорелейных линий связи стационарных и подвижных (наземных и воздушных) объектов, в условиях воздействия стационарных источников непреднамеренных радиопомех.

Логопериодическая антенна // 2253926

Микрополосковая антенна // 2237952

Изобретение относится к области антенной техники и предназначено для использования в радиотехнических системах различного назначения. .

Логопериодическая антенна // 2193266

Изобретение относится к области антенной техники и предназначено для использования в радиотехнических системах различного назначения, в частности в качестве сверхширокополосной направленной антенны, устанавливаемой на подвижных объектах.

Кольцевая антенна // 2191451

Изобретение относится к антеннам метрового и дециметрового диапазона частот и используется в телевидении и для радиосвязи с объектами в любом азимутальном направлении.

Логопериодическая вибраторная антенна // 2189676

Изобретение относится к антенной технике для радио- и радиорелейной связи при приеме и передаче информации в УКВ диапазоне, а также для телевидения. .

Двойная антенна строганова // 2103770

Изобретение относится к основным элементам электрического оборудования, а именно к антеннам, обеспечивающих работу одновременно в двух различных диапазонах волн, и может использоваться в системах связи, в частности, в телевидении в качестве комнатной или наружной приемной передающей антенны.

Логопериодическая комбинированная антенна // 2427946

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в стационарных и мобильных системах связи в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазонах волн

Биконическая антенна // 2481678

Изобретение относится к антенной технике, а более конкретно к широкодиапазонным малогабаритным антеннам для радиосвязи и радиолокации

Логопериодическая антенна // 2485643

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в радиотехнических системах различного назначения в качестве самостоятельной сверхширокополосной антенны, либо в качестве базового элемента антенной решетки

Многорезонансная однонаправленная вибраторная антенна // 2505892

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к антенной технике, находящей широкое применение в радиотехнике, в радиосвязи, в радиолокации, в радионавигации, где требуются широкополосные или сверхширокополосные антенны, обладающие однонаправленной диаграммой направленности. Технический результат - снижение коэффициента стоячей волны антенны по входу, снижение уровня обратного излучения и достижения постоянства формы диаграммы в широком диапазоне частот и обеспечение постоянства фазового центра антенной системы. Для этого V-образная многорезонансная однонаправленная вибраторная антенна содержит пару полых конусов, обращенных вершинами друг к другу, и питающую линию, конусы образованы 2N металлическими полосками, являющимися плечами вибраторов и расположенными попарно друг против друга на боковых поверхностях конусов, металлический рефлектор, внутренний объем этих конусов разделен круговыми пластинками, параллельными основанию конуса, на ряд полостей, заполненных диэлектриком с заданным значением относительной диэлектрической проницаемости и образующих последовательную цепочку полупрозрачных полых резонаторов, резонансные частоты которых образуют логопериодическую последовательность или последовательность, близкую к логопериодической. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Однонаправленная коническая антенна // 2505893

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно, к антенной технике, находящей широкое применение в радиосвязи, в радиолокации, в радионавигации, где требуются широкополосные или сверхширокополосные антенны, обладающие однонаправленной диаграммой направленности. Технический результат - увеличение широкополосности частотного диапазона и обеспечение однонаправленности антенны путем создания постоянного фазового центра, приподнятого над плоским рефлектором. Для этого V-образная однонаправленная вибраторная антенна содержит пару полых конусов, обращенных вершинами друг к другу, и питающую линию, подключенную к вершинам конусов. Оси симметрии плеч вибраторов полых конусов расположены в одной плоскости. Перпендикулярно плоскости, в которой лежат оси симметрии плеч вибраторов полых конусов, размещен плоский металлический рефлектор. Вершины полых конусов приподняты над плоским рефлектором для создания постоянного фазового центра, а кромки плеч вибраторов соединены с кромкой плоского рефлектора шлейфами в форме металлических штырей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Дублет-антенна // 2568328

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антенно-фидерным устройствам декаметрового и метрового диапазонов длин волн, и может быть использовано в системах радиосвязи стационарных узлов и объектов в условиях отрицательного воздействия внешней среды. Технический результат - повышение коэффициента усиления путем равномерного распределения тока и повышение коэффициента бегущей волны путем улучшения согласования антенны с фидером. Для этого устройство содержит активную часть, содержащую центральную секцию, левую и правую секции, расположенные симметрично относительно центральной оси антенны, и пассивную часть П-образной формы, выполняемые из пластинчатых металлических проводов и симметричного радиочастотного фидера питания, при этом центральная секция расположена на одинаковом расстоянии от боковых секций. 4 ил.

Микрополосковая логопериодическая антенна // 2571607

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат - повышение качества приема и передачи радиосигналов в сантиметровом диапазоне длин волн. Причем обеспечивается снижение коэффициента стоячей волны в возбуждающем коаксиальном фидере до значений 1,1-1,7 во всем рабочем диапазоне частот при более высоких значениях коэффициента усиления антенны от 9,4 до 12,7 дБ. Для этого заявленная антенна по сравнению с известными антеннами имеет ширину симметричного распределительного фидера в точках присоединения вибраторов, выбранную из соотношения bn=b0·τ2,6(Ν-n-1), где n=0…N-1, где n=0 соответствует самому длинному вибратору, а n=N-1 - самому короткому. Ширина симметричного распределительного фидера в месте подключения самого короткого вибратора b0 выбрана таким образом, чтобы волновое сопротивление симметричного распределительного фидера Wл равнялось волновому сопротивлению возбуждающего коаксиального фидера Wф. Эквивалентный радиус полосковых вибраторов выбран из соотношения an=a0·τ2,5n, причем эквивалентный радиус самого длинного вибратора α0 выбран равным половине максимальной ширины симметричного распределительного фидера b0. 9 ил.

Кольцевая антенна // 2572285

Использование: для обеспечения радиосвязи в метровом и дециметровом диапазонах длин волн подвижных объектов различного базирования. Сущность изобретения заключается в том, что кольцевая антенна содержит вибраторы логопериодических вибраторных антенн в количестве не менее четырех, размещенные в гранях условной усеченной пирамиды и запитываемые от делителей мощности, при этом вибраторы логопериодических вибраторных антенн, не выходя из прежней горизонтальной плоскости, изгибаются в направлении продольной оси логопериодической антенны так, чтобы лежать на окружностях, вписываемых в многоугольники горизонтальных поперечных сечений условной пирамиды. Технический результат: обеспечение возможности разработки устройства, позволяющего существенно снизить геометрические размеры кольцевых антенн, расширить возможности их практического применения на подвижных объектах различного, в первую очередь воздушного, базирования. 2 ил.

Способ передачи сигналов через всенаправленную кольцевую логопериодическую антенную решетку вертикальной поляризации и антенная решетка для его осуществления // 2587495

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено, в частности, для использования в системах подвижной связи в метровом и дециметровом диапазонах волн. Предлагается способ передачи сигналов через всенаправленную кольцевую логопериодическую антенную решетку вертикальной поляризации с разделением полной рабочей полосы частот антенны на первый и второй диапазоны частот передачи. Секции первого диапазона передачи располагают между секциями второго диапазона передачи. При разделении полной рабочей полосы частот на первый и второй диапазоны частот передачи эти диапазоны частот передачи назначают с частичным перекрытием полос передачи первого и второго диапазонов частот передачи и сигналы, попадающие в зону перекрытия частот этих двух диапазонов частот передачи и имеющие совпадающие выделенные частоты передачи, передают по обоим диапазонам передачи через все секции антенной решетки. Предлагается также антенна, реализующая этот способ. Технический результат заключается в расширении полосы частот всенаправленной кольцевой антенной решетки за счет снижения влияния эффекта увеличения электрического радиуса решетки. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Поворотное логопериодическое антенно-фидерное устройство // 2619849

Изобретение относится к радиотехнической промышленности, точнее к приемно-передающей антенной технике, и представляет собой логопериодическое антенно-фидерное устройство преимущественно для использования в составе поворотных логопериодических антенн декаметрового диапазона. Устройство содержит установленное на мачте с возможностью вращения антенное полотно, закрепленное на каркасе, включающем жесткие продольную и поперечные несущие балки, а также механически связанные с ней гибкие элементы, образующие внешний контур каркаса, а упомянутое антенное полотно образовано совокупностью симметричных вибраторов, каждый из которых содержит два плеча, проводники которых размещены в плоскостях, перпендикулярных к двухпроводной симметричной линии питания, установленной вдоль продольной несущей балки. Первые концы плеч подключены к упомянутой линии так, что каждый последующий симметричный вибратор запитан противофазно предшествующему симметричному вибратору, проводники плеч каждого симметричного вибратора закреплены за диэлектрические направляющие, образованные двумя тросами механически связанными в одной точке между собой и вторым концом проводника плеча симметричного вибратора, тросы размещены под острым углом друг к другу и закреплены в упомянутой точке за внешним контуром каркаса, а вторые концы диэлектрических направляющих вблизи от двухпроводной симметричной линии питания закреплены механически за трос, натянутый вдоль оси симметрии антенного полотна между двумя опорами, установленными на продольной несущей балке каркаса - одна вблизи от места пересечения с продольной балкой плоскости размещения самого длинного, а другая - самого короткого симметричных вибраторов, причем входом устройства является конец линии питания, расположенный вблизи самого короткого вибратора. Проводник, образующий плечо каждого симметричного вибратора, выполнен в виде плоской кривой, составленной из одной или нескольких частей, причем хотя бы одна из частей выполнена с формой, близкой к фрактальной кривой, а количество частей и количество итераций, обеспечивающих реализацию формы близкой к фрактальной кривой, а также размеры упомянутого проводника в плоскостях, перпендикулярных к двухпроводной симметричной линии, определены из условий одновременного примерного равенства физической длины плеча проводника наиболее длинного симметричного вибратора четверти длины волны, соответствующей нижней рабочей частоте антенны, и осевой длины плеча этого вибратора от точки подключения проводника к двухпроводной симметричной линии питания до противоположного конца, равной 0,08-0,12 от его физической длины, при этом текущие координаты проводников каждого последующего симметричного вибратора как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях, получают путем умножения текущей координаты предшествующего вибратора на коэффициент, равный периоду логопериодической структуры , где и - осевая длина i-го и (i+1)-го вибраторов, (i=1 соответствует наиболее длинному вибратору) причем проводники на участках, непосредственно подключенных к симметричной линии питания, выполняют с большим, а на участках, наиболее удаленных от линии питания с меньшим количеством итераций. Технический результат заключается в уменьшении размеров устройства при сохранении эффективности его работы, а также расширении частот рабочего диапазона в сторону нижних частот при работе на передачу. 5 з.п. ф-лы, 4 табл., 10 ил.