ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКАЯ ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННА Российский патент 1995 года по МПК H01Q11/10 

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано при создании универсальных широкополосных антенных устройств дальнего приема телевизионных программ метрового и дециметрового диапазонов на границах зон уверенного приема для систем коллективного и индивидуального пользования.

Известны решетки логопериодических антенн, которые могут быть применены для широкополосного дальнего приема телевизионных программ практически всех каналов метрового и дециметрового диапазонов (Сверхширокополосные антенны//Пер. с анг. под ред. А.С.Бененсона. М. Мир, 1964, с. 281-276; патент США N 3460150, кл. 343-792.5, публ. 1971). Они имеют при высоком КУ неприемлемые для широкой эксплуатации массогабаритные характеристики и громоздкие конструкции.

Известна логопериодическая вибраторная антенна (Сверхширокополосные антенны//Пер. с анг. под ред. А.Ч.Бененсона. М. Мир, 1964, с. 296-298); патент США N 3210766, кл. 343-792.5), содержащая двухпроводную распределительную линию, симметричные вибраторы, плечи которых размещены ортогонально распределительной линии и противофазно подключены к трубам распределительной линии, коаксиальную линию, размещенную в одной из труб распределительной линии и подключенную к ней, и опорную мачту. Недостатки этой логопериодической вибраторной антенны связаны с тем, что при ее использовании в качестве универсальной телевизионной антенны для дальнего приема телевизионных программ всех каналов, например метрового диапазона, и получение высокого КУ ее габаритные размеры составляют не менее 6 х 3 м. В этом случае для жесткости конструкции необходимо увеличивать диаметры труб распределительной линии и вводить массивный диэлектрический узел крепления средней части распределительной линии к опорной мачте. При этом из-за значительного отличия диаметров труб распределительной линии и диаметра коаксиальной линии, а также наличия узла крепления существенно снижается КУ, что может быть компенсировано еще большим увеличением габаритных размеров.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является широкополосная логопериодическая вибраторная антенна с высоким КУ для дальнего приема телевизионных программ метрового и дециметрового диапазонов, содержащая распределительную линию, петлевые вибраторы, экран и систему директоров (Шпиндлер Э. Практические конструкции антенн/Пер. с нем. под ред. В.В.Крицына. М. Мир, 1989; с. 167, рис. 4.47, с. 200-201). Эта антенна содержит распределительную линию, выполненную из первой и второй труб одинакового диаметра, установленных параллельно друг другу со смещением в одной плоскости относительно друг друга, симметричные петлевые вибраторы, плечи которых размещены ортогонально трубам и подключены к ним противофазно, коаксиальную линию, подключенную к трубам, несущую стрелу, выполненную в виде третьей трубы, и опорную мачту, при этом на конце третьей трубы, со стороны длинных симметричных вибраторов, ортогонально ей установлен экран, выполненный в виде плоской решетки параллельных отрезков проводника, короткозамкнутых стержнем в их средних точках. Петлевые симметричные вибраторы в средних точках "нулевых" токов закреплены на третьей трубе, которая с помощью металлического держателя установлена на опорной мачте. Третья труба размещена над первой и второй трубами. Трубы распределительной линии установлены на петлевых симметричных вибраторах. На входе распределительной линии в месте включения коаксиальной линии установлено симметрирующее согласующее устройство, в простейшем случае параллельно включенное коаксиальное U колено, согласующее входное сопротивление распределительной линии (≈300 Ом) с волновым сопротивлением коаксиальной линии (75 Ом).

Недостатком известной логопериодической антенны на основе петлевых симметричных вибраторов является сложность конструкции, значительные ее длина и масса, необходимые для достижения высокого КУ. Для обеспечения согласования распределительной линии и коаксиальной линии в широком диапазоне волн, например метрового диапазона (1-12 каналы), необходимо применение сверхширокополосного согласующего устройства, выполненного в виде плавного коаксиального перехода, имеющего значительную длину 2-3 м. При использовании U колена диапазон работы антенны с высоким КУ существенно уменьшается. При этом эффект снижения КУ не может быть скомпенсирован во всем диапазоне частот за счет установки на третью трубу системы директоров.

В основу изобретения положено такое выполнение логопериодической вибраторной антенны, которое обеспечивает повышение КУ во всем телевизионном диапазоне при одновременном улучшении массогабаритных характеристик конструкции.

Это достигается тем, что в логопериодической вибраторной антенне, содержащей распределительную линию, выполненную в виде первой и второй труб одинакового диаметра, установленных параллельно друг другу со смещением в одной плоскости относительно друг друга, симметричные вибраторы, плечи которых размещены ортогонально трубам и подключены к ним противофазно, коаксиальную линию, подключенную к трубам, несущую стрелу, выполненную в виде третьей трубы, при этом со стороны длинных симметричных вибраторов, ортогонально ей, установлен экран, выполненный в виде плоской решетки параллельных отрезков проводника, короткозамкнутых стержнем в их средних точках, третья труба установлена под первой и второй трубами, параллельно им на вершине опорной мачты, причем все три трубы конструктивно связаны между собой изоляторами, коаксиальная линия размещена внутри первой трубы. Введено согласующее устройство, размещенное в первой трубе у вершины антенны, со стороны коротких симметричных вибраторов, включенное между коаксиальной линией и второй трубой и выполненное в виде ступенчатого коаксиального перехода с внутреннего диаметра трубы на внутренний диаметр коаксиальной линии.

На фиг. 1 изображена логопериодическая вибраторная антенна, общий вид; на фиг. 2 согласующее устройство.

Логопериодическая вибраторная антенна содержит распределительную линию 1, выполненную в виде двухпроводной линии из параллельных первой и второй труб 2 одинакового диаметра. Трубы 2 распределительной линии 1 размещены горизонтально над поверхностью земли и смещены в вертикальной плоскости относительно друг друга на расстояние h (1,2-1,4)d, где d внешний диаметр трубы 2 распределительной линии 1. При этом обеспечивается волновое сопротивление линии в пределах 75-100 Ом. Антенна содержит решетку 3 разнодлинных симметричных вибраторов, плечи 4 которых размещены ортогонально распределительной линии 1 и противофазно подключены к трубам 2 распределительной линии 1. Коаксиальная линия 5, используемая в качестве кабеля снижения, размещена в первой трубе 2 распределительной линии 1. Антенна установлена на опорной мачте 6. В трубу 2 распределительной линии 1, содержащую коаксиальную линию 5, введено согласующее устройство 7, размещенное у вершины антенны со стороны коротких вибраторов. Согласующее устройство 7 включено между коаксиальной линией 5 и трубой 2 распределительной линии 1. Согласующее устройство 7 выполнено в виде ступенчатого коаксиального перехода. Ступенчатый коаксиальный переход содержит ступенчатую втулку, ступенчатый центральный проводник, диэлектрическую шайбу, дуговой провод и коаксиальный разъем. Отношение внутренних большого и малого диаметров ступенчатой втулки к соответствующим большому и малому диаметрам ступенчатого центрального проводника выбрано в пределах 3,5-5,5. При этом обеспечивается волновое сопротивление 75-100 Ом и широкополосное согласование распределительной линии 1 и коаксиальной линии 5.

Большой диаметр ступенчатой втулки выбирается близким к внутреннему диаметру трубы 2 распределительной линии 1, малый диаметр ступенчатой втулки равен внутреннему диаметру коаксиальной линии 5. Несущая стрела 8 установлена над распределительной линией 1 параллельно ей в вертикальной плоскости на расстоянии, не менее 2h от нее. При таком удалении от распределительной линии 1 влияние несущей стрелы на распределение поля распределительной линии 1 незначительно. Несущая стрела 8 выполнена в виде трубы, диаметр и длина которой выбирается из конструктивных требований. Несущая стрела 8 установлена с помощью кронштейна на опорной мачте 6.

Труба несущей стрелы 8 и две трубы 2 распределительной линии 1 конструктивно связаны между собой изоляторами 9. Для уменьшения влияния изоляторов 9 на характеристики излучения и согласования антенны изоляторы 9 выполнены в виде поперечных трубам несущей стрелы 8 и распределительной линии 2 диэлектрических распорок, расстояние между которыми вдоль труб 2 выбрано не более λ_макс/8, а ширина не более λ_мин/8. На конце несущей стрелы 8 со стороны длинных вибраторов на расстоянии λ_макс/4 от наиболее длинного вибратора антенны ортогонально несущей стреле 8 установлен экран 10, выполненный в виде плоской решетки параллельных короткозамкнутых центральным стержнем вибраторов с шагом не более 0,1 λ_макс.

Для увеличения коэффициента усиления антенны в диапазоне частот в коаксиальную линию 5 введен широкополосный малошумящий усилитель 11.

Для увеличения коэффициента усиления антенны в диапазоне на конце распределительной линии 1 со стороны длинных вибраторов между ее трубами 2 включено сопротивление 12, равное волноводному сопротивлению распределительной линии 1.

При работе логопериодической вибраторной антенны сигнал от передающей телевизионной вышки возбуждает для каждого канала соответствующую группу вибраторов ("активную зону") и по распределительной линии 1 поступает через согласующее устройство 7 в коаксиальную линию 5, где усиливается широкополосным малошумящим усилителем 11 и подается на вход телевизионного приемника. Экран 10 увеличивает КУ в низкочастотной части диапазона и уменьшает уровень сигналов, принимаемых с задних направлений. Заданную геометрию антенны и ее жесткость обеспечивает несущая стрела 8.

В качестве примера конкретного выполнения выбрана логопериодическая вибраторная антенна 1-12 каналов метрового диапазона со следующими параметрами геометрии: геометрический коэффициент подобия τ 0,888; угол при вершине логопериодической вибраторной структуры α 36^о; габаритные размеры треугольника решетки вибраторов 3250 х 2110 мм; габаритные размеры экрана 2400 х 2400 мм; габаритные размеры антенны 4000 х 2400 х 2400 мм; диаметр труб распределительной линии 30 мм; диаметры труб вибраторов 12 и 16 мм; диаметр трубы несущей стрелы 40 мм; волновое сопротивление распределительной линии 90 Ом; волновое сопротивление коаксиальной линии 75 Ом. Основные технические характеристики логопериодической вибраторной антенны, полученные для двух опытных образцов следующие: Количество каналов 1-12
Коэффициент усиления (средний в диапазоне) Не менее 7 дБ
КСВ (средний в диапазоне) Не более 1,5
Коэффициент усиления
широкополосного
малошумящего усилителя Не менее 20 дБ
Потребляемая мощность усилителя Не более5 Вт
(220 В; 50 Гц) Число возможных абонентов До 10
Максимальная высота опорной мачты 10 м
Допустимая ветровая нагрузка До 20 м/с
Размер площадки под установку антенны 1,5 м х 1,5 м
Масса антенны вместе с опорной мачтой Не более 150 кг
Предложенное устройство обеспечивает высокое качество и стабильность параметров принимаемых сигналов телевизионного вещания на границах зоны уверенного приема (расстояние большее 100 км от передающей телевизионной мачты).

Предлагаемая логопериодическая вибраторная антенна имеет расширенные возможности по сравнению с известным устройством-прототипом, она может быть применена в качестве универсальной телевизионной антенны для дальнего приема в широком диапазоне частот телевизионных программ метрового и дециметрового диапазонов при одновременном повышении среднего в диапазоне частот коэффициента усиления и улучшении массогабаритных параметров конструкции.

Возможно создание сети телевизионных антенн для дачных поселков, сельских домов, домов культуры, кемпингов, мотелей, небольших гостиниц, а также индивидуальных потребителей, в удаленных от передающих вышек районах.

Использование: дальний прием ТВ программ в диапазоне с 1 по 12 канал. Сущность изобретения: в логопериодическую антенну из симметричных вибраторов, подключенных поочередно к двум параллельным трубам, введены несущая стрела также в виде трубы, которая установлена над первой и второй трубами и закреплена на вершине опорной мачты, и согласующее устройство в виде ступенчатого перехода, подключенное между коаксиальной линией, помещенной в первую трубу, и второй трубой. 2 ил.

ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКАЯ ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННА, содержащая распределительную линию, выполненную в виде первой и второй труб одинакового диаметра, установленных параллельно друг другу со смещением в одной плоскости относительно друг друга, симметричные вибраторы, плечи которых размещены ортогонально трубам и подключены к ним противофазно, коаксиальную линию с согласующим устройством, подключенную к трубам, несущую стрелу, связанную с опорной мачтой, при этом со стороны длинных симметричных вибраторов ортогонально несущей стреле установлен плоский экран, отличающаяся тем, что несущая стрела выполнена в виде третьей трубы, установленной под первой и второй трубами параллельно им на вершине опорной мачты, причем все три трубы кронструктивно связаны между собой изоляторами, симметричные вибраторы выполнены в виде прямолинейных стержней, подключенных к первой и второй трубам, коаксиальная линия размещена в первой трубе, а согласующее устройство размещено в первой трубе у вершины антенны со стороны коротких симметричных вибраторов, включено между коаксиальной линией и второй трубой и выполнено в виде ступенчатого коаксиального перехода с внутреннего диаметра трубы на внутренний диаметр коаксиальной линии.