Логопериодическая антенна



Логопериодическая антенна
Логопериодическая антенна
Логопериодическая антенна

 


Владельцы патента RU 2485643:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)

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. Технической результат - повышение идентичности ширины диаграммы направленности (ШДН) в ортогональных плоскостях и снижение уровня бокового излучения. Новым является то, что крайние логарифмически-периодические структуры 1, 2 расположены под углом α=45°, а на расстоянии I=0,15λмакс от вибраторов наибольшей длины крайних логарифмически-периодических структур 1, 2 расположен экран 5 из диэлектрического материала с ε=6 в форме квадрата с размерами сторон λмакс × λмакс, перфорированный двадцатью отверстиями диаметром 0,07λмакс, расположенными симметрично оси квадрата, где λмакс - максимальная длина волны рабочего диапазона. Предложенное техническое решение позволяет при использовании логарифмически-периодической антенны в качестве сверхширокополосного облучателя осесимметричных зеркальных антенн обеспечить их эффективное облучение и тем самым повысить энергетический потенциал приемной системы. 3 ил.

 

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.

Известна логопериодическая антенна («Сверхширокополосные антенны» под ред. Л.С.Бененсона. М.: Мир, 1964, с.371), используемая в качестве сверхширокополосного облучателя зеркальных антенн, содержащая две идентичные логопериодические трапецеидальные структуры, расположенные под углом ψ друг к другу с вершинами в общей точке.

Логопериодическая структура представляет собой решетку подобных элементов, расположенных на общей оси, размеры которых и расстояние между ними изменяется по закону геометрической прогрессии с коэффициентом подобия τ<1. Если первый элемент решетки резонирует на частоте fn, то последующие элементы будут резонировать на частоте fnnf1 (n - номер элемента), при этом свойства антенны изменяются периодично с логарифмом частоты, повторяясь на частотах, отличающихся в 8 раз. Если изменение параметров антенны в пределах одного частотного периода (от fk до τfk) допустимо, то антенна будет практически сверхширокополосной.

Существенным недостатком таких логопериодических антенн является неидентичность ширины диаграммы направленности (ШДН) в ортогональных плоскостях и значительный уровень бокового излучения (до 10 дБ).

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранная в качестве прототипа направленная антенна с логарифмической периодичностью (а.с. СССР №148116, кл. 21а4, 3514, Бюл. №12 за 1962 г.), состоящая из расположенных под углом плоских структур, где с целью уменьшения уровня паразитной поляризации в главном направлении и улучшения согласования со стандартным коаксиальным кабелем к внутренней жиле кабеля присоединены две логарифмически-периодические структуры, расположенные симметрично относительно центральной структуры, соединенной с внешней оболочкой кабеля.

Существенным недостатком этой направленной антенны с логарифмической периодичностью являются неидентичность ШДН в ортогональных плоскостях (Е и Н). В плоскости Е ШДН остается практически неизменной и относительно узкой (по уровню минус 10 дБ составляет порядка 90-100°). В результате чего по возможным значениям ШДН в плоскости Н такие логопериодические антенны могут эффективно использоваться как сверхширокополосные излучатели в зеркальных антеннах с соотношением f/D от 0,2 до 0,8 (f - фокусное расстояние, D - диаметр зеркала), а в плоскости Е в зеркальных антеннах с соотношением f/D от 0,45 до 0,65, а уровень бокового излучения составляет 10 дБ. Следовательно, неидентичность ШДН в ортогональных плоскостях и, прежде всего, обуженность ШДН в плоскости Е ограничивает возможность применения таких антенн в качестве облучателей зеркальных антенн с большим соотношением f/D.

Технической задачей изобретения является повышение идентичности ШДН в ортогональных плоскостях и снижение уровня бокового излучения.

Задача достигается тем, что в известной антенне, состоящей из расположенных под углом плоских структур, стандартного коаксиального кабеля, к внутренней жиле которого присоединены две логарифмически-периодические структуры, расположенные симметрично относительно центральной структуры, соединенной с внешней оболочкой коаксиального кабеля, согласно изобретению крайние логарифмически-периодические структуры расположены под углом α=45°, а на расстоянии l=0,15λмакс от вибраторов наибольшей длины крайних логарифмически-периодических структур расположен экран из диэлектрического материала с ε=6 в форме квадрата с размерами сторон λмакс × λмакс, перфорированный двадцатью отверстиями диаметром 0,07λмакс, расположенными симметрично оси квадрата, где λмакс- максимальная длина волны рабочего диапазона.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенная логопериодическая антенна отличается наличием нового элемента - экрана из диэлектрического материала с ε=6, в форме квадрата с размерами сторон λмакс × λмакс, перфорированного двадцатью отверстиями диаметром 0,07λмакс расположенными симметрично оси квадрата, расположенного на расстоянии l=0,15λмакс от вибраторов наибольшей длины крайних структур, а крайние структуры расположены под углом α=45°.

Таким образом, изобретение соответствует критерию изобретения «новизна».

Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области и смежной с ней позволяет сделать вывод, что введенные элементы известны, однако введение их в логопериодическую антенну указанным образом и с указанными связями, а также расположение крайних структур под углом α=45° позволяет обеспечить ей такое сложение полей в дальней зоне от логопериодических структур, при котором ШДН в плоскости H обужается, а в плоскости Е расширяется. В результате чего обеспечивается выравнивание ширины диаграммы направленности логарифмически-периодической антенны в ортогональных плоскостях и снижается уровень бокового излучения.

Изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Изобретение является «промышленно применимым», так как оно может быть использовано в различных областях радиосвязи.

На фиг.1 приведен общий вид логарифмически-периодической антенны.

На фиг.2 приведены графики зависимости ширины диаграммы направленности (2Θ°) по уровню минус 10 дБ в зависимости от частоты в плоскостях Е и Н для прототипа и предлагаемой логарифмически-периодической антенны.

На фиг.3 приведен внешний вид макета логарифмически-периодической антенны.

Фиг.1: 1, 2 - крайние логарифмически-периодические структуры, 3 - центральная логарифмически-периодическая структура, 4 - коаксиальный кабель, 5 - экран из диэлектрического материала.

Логопериодическая антенна (фиг.1) выполнена в виде H-плоскостной решетки, состоящей из трех логарифмически-периодических структур 1, 2, 3, расположенных вершинами в общей точке О. Крайние логарифмически-периодические структуры 1, 2 расположены под углом α=45° друг к другу, a центральная логарифмически-периодическая структура 3 расположена вдоль биссектрисы угла α=45°. Запитывается антенна коаксиальным кабелем 4, проложенным вдоль центральной логарифмически-периодической структуры 3, внешняя оплетка которого соединена с ее вершиной, а центральная жила - с вершинами логарифмически-периодических структур 1, 2. На расстоянии l=0,15λмакс от вибраторов наибольшей длины логарифмически-периодических структур 1, 2 расположен экран 5 из диэлектрического материала с ε=6 в форме квадрата с размерами сторон λмакс × λмакс, перфорированный двадцатью отверстиями диаметром 0,07λмакс, расположенными симметрично оси квадрата, где λмакс - максимальная длина волны рабочего диапазона.

Логопериодическая антенна работает следующим образом.

Питающее напряжение (фиг.1) по коаксиальному кабелю 4 подводится к вершинам логарифмически-периодических структур 1, 2, 3 и возбуждает их. В результате происходит излучение ими электромагнитных волн в положительном направлении оси Z. Однако вследствие неидентичности элементов распределение фаз структуры будет таким, что будет осуществляться излучение электромагнитных волн в направлении больших вибраторов, что приведет к появлению бокового излучения. Для уменьшения уровня бокового излучения на расстоянии l=0,15λмакс от вибраторов наибольшей длины крайних структур 1, 2 расположен экран 5 из диэлектрического материала с ε=6 в форме квадрата с размерами сторон λмакс × λмакс, перфорированный двадцатью отверстиями диаметром 0,07λмакс, расположенными симметрично оси квадрата, где λмакс - максимальная длина волны рабочего диапазона. Это позволяет частично понизить электромагнитное излучение от больших вибраторов и рассеять его вдоль экрана, что приведет к ослаблению его влияния на ДН антенны и снизит уровень бокового излучения.

Излученные логарифмически-периодическими структурами электромагнитные поля, складываясь в дальней зоне, формируют суммарное поле с определенным угловым распределением амплитуды, т.е. определенной диаграммной направленности (ДН). При этом механизм формирования ДН в плоскостях Е (плоскость YZ) и Н (плоскость XZ) различный и определяется преимущественно проекцией логарифмически-периодической антенны на эти плоскости и распределением поля в раскрыве. Проекция логарифмически-периодической антенны на горизонтальную плоскость (плоскость Н) представляет собой трехэлементную решетку продольно-излучающих логарифмически-периодических структур, расположенных радиально вершинами в общей точке. ДН такой решетки описывается известным выражением [1], которое применительно к обозначениям фиг.1 и имеет вид

где f(φ- δn) - диаграмма направленности элемента;

An - напряжение в точке возбуждения n-го элемента;

γn - относительная фаза поля, излучаемого n-м элементом;

β=2π/λ - волновое число;

d - расстояние от вершины (точки О) до фазового центра элемента.

Анализ рассчитанных согласно выражению (1) ДН показал, что в плоскости Н предложенная логопериодическая антенна обладает более узкой ДН по сравнению с ДН логарифмически-периодической антенны-прототипа, что подтверждается и практическими результатами, приведенными на фиг.2.

Проекция логарифмически-периодической антенны на вертикальную плоскость YZ (фиг.1) представляет собой плоскую продольно-излучающую антенну, которую можно рассматривать как антенную решетку, состоящую из двух плоских логопериодических антенн, имеющих общий раскрыв. Одна из них образована проекциями на плоскость YZ логарифмически-периодических структур 1 и 3, а вторая - логарифмически-периодических структур 2 и 3. Распределение поля в такой антенной решетке согласно принципу линейной суперпозиции представляет собой сумму функций распределения поля в двух совпадающих однородных раскрывах с изменением фазы вида E(U)=ехр[j(πU/2а)] в одном раскрыве и с изменением фазы вида E(U)=exp[-j(πU/2a)] - в другом, которая равна EΣ(U)=cos(πU/2a). Следовательно, можно полагать, что рассматриваемая логопериодическая антенна обладает в плоскости Е распределением поля по закону косинуса, которое, как известно, ведет к расширению ДН по нулям в полтора раза по сравнению с равномерным распределением поля, присущим логарифмической антенне-прототипу.

Таким образом, предложенное техническое решение ведет к сужению ДН логарифмической антенны в плоскости Н и расширению - в плоскости Е, повышая тем самым их идентичность, и снижает уровень бокового излучения.

Экспериментальные исследования качественно подтвердили теоретические предпосылки. Измеренные значения ШДН по уровню минус 10 дБ в плоскости Е и Н действующей модели (фиг.3) предложенной логарифмической антенны и аналогичные характеристики логарифмической антенны-прототипа приведены на фиг.2. Уровень бокового излучения снизился до 20 дБ. При этом обе антенны имеют одинаковые геометрические параметры логарифмически-периодических структур.

Сравнительный анализ приведенных характеристик свидетельствует о том, что предложенное техническое решение ведет к повышению идентичности ШДН в ортогональных плоскостях и снижению уровня бокового излучения, что является необходимым для расширения границы применимости таких логопериодических антенн в качестве облучателя зеркальных антенн с малыми значениями соотношения f/D.

Логарифмически-периодические структуры изготовлены из листа ДПРХМ 1,0 НД Л63 ГОСТ 931-90, экран изготовлен из текстолита ПТК-2,0 сорт 1 ГОСТ 5-78, коаксиальный кабель РК50-2-25-С.

Предложенное техническое решение позволяет при использовании логарифмически-периодической антенны в качестве сверхширокополосного облучателя осесимметричных зеркальных антенн обеспечить их эффективное облучение и тем самым повысить энергетический потенциал приемной системы.

Логопериодическая антенна, состоящая из расположенных под углом плоских структур, стандартного коаксиального кабеля, к внутренней жиле которого присоединены две логарифмически-периодические структуры, расположенные симметрично относительно центральной структуры, соединенной с внешней оболочкой коаксиального кабеля, отличающаяся тем, что крайние логарифмически-периодические структуры расположены под углом α=45°, а на расстоянии I=0,15λмакс от вибраторов наибольшей длины крайних логарифмически-периодических структур расположен экран из диэлектрического материала с ε=6 в форме квадрата с размерами сторон λмакс × λмакс, перфорированный двадцатью отверстиями диаметром 0,07λмакс, расположенными симметрично оси квадрата, где λмакс - максимальная длина волны рабочего диапазона.



 

Похожие патенты:

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

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

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенно-фидерной технике, и может быть использовано для приема радиосигналов в коротковолновом диапазоне частот.

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

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

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.
Наверх