ВИБРАТОРНАЯ ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКАЯ АНТЕННА ПОПЕРЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК H01Q11/10 

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

Прототипом предлагаемой антенны является логопериодическая антенна поперечного излучения (фиг.1), предложенная Э.М. Журбенко. Коротковолновая антенна с логарифмической периодичностью, кл. 21 A⁴46₀₂. Авторское свидетельство СССР №166386. «Бюл. изобр.» №22, 1964 г. Антенна Э.М.Журбенко выполнена из проводов, натянутых на опорах с помощью лееров. В данном случае существенными элементами конструкции является полотно симметричных вибраторов и распределительный фидер, поставляющий электромагнитную энергию к вибраторам. Для создания режима поперечного излучения соседние вибраторы запитываются от распределительного фидера со сдвигом фаз в 180 градусов по отношению друг к другу, что обеспечивается перекрещиванием точек питания вибраторов у распределительного фидера через вибратор, и, кроме того, между вибраторами выбираются такие расстояния, чтобы набег фазы по распределительному фидеру в режиме бегущей волны от вибратора к вибратору составлял 180 градусов для вибраторов, работающих в режиме, близкому к резонансному. В этом случае геометрический параметр антенны σ будет равен

σ≈1/2,

при коэффициенте замедления волны в фидере, близком к единице.

Рассматриваемая антенна имеет существенный недостаток, из-за которого она не получила сколь-нибудь широкого применения: антенна имеет очень плохое согласование по входу именно из-за того, что величина геометрического параметра антенны σ является очень большой или, другими словами, вибраторы слишком редко подсоединяются к распределительному фидеру, что приводит к невозможности использования этой антенны для наземного телевизионного вещания. Вторым недостатком является то, что антенна Журбенко имеет направленную диаграмму в горизонтальной плоскости - это ограничивает ее применение в качестве передающей антенны.

Задачей предлагаемого изобретения является создание такой антенны, которая может использоваться для наземного телевизионного вещания при возможности работы в широком диапазоне частот.

Техническим результатом изобретения является повышение степени согласования антенны по входу во всем диапазоне работы и получение круговой диаграммы направленности в горизонтальной плоскости при сохранении ее широкополосности.

Такой результат достигается в том случае, если к существующему полотну симметричных вибраторов, подключенных к распределительному фидеру, добавить дополнительное полотно симметричных вибраторов, причем второе полотно повернуто по отношению к первому полотну на 90° относительно осевой линии симметрии, а вибраторы второго полотна располагаются между вибраторами первого полотна, и вибраторы второго полотна подключены к распределительному фидеру между точками подключения вибраторов первого полотна. Более точно размер дополнительного полотна L₂ (см. фиг.2) должен соотносится с размером полотна прототипа L₁ следующим образом

L₂=L₁K,

где К - масштабный коэффициент антенны, в данном случае равный

,

где τ - геометрический параметр антенны, равный отношению длин соседних вибраторов полотна τ=l_n/l_n+1,

l_n, l_n+1 - длины соседних вибраторов в полотне (см. фиг.1, 2).

Перечень графического материала

Фиг.1 - вибраторная логопериодическая антенна поперечного излучения;

фиг.2 - предлагаемая вибраторная логопериодическая антенна поперечного излучения;

фиг.3 - вариант распределительного фидера (а) и конструкция предлагаемой антенны (б);

фиг 4. - Зависимость фазы излучаемого поля от К.

Предлагаемая вибраторная логопериодическая антенна поперечного излучения содержит распределительный фидер 1 с закрепленными на нем полотнами вибраторов 2 и 3. В нижней части к фидеру прикреплен фланец 4. Для увеличения жесткости конструкции и удобства монтажа полотен вибраторов распределительный фидер выполнен из уголковых профилей (фиг.3).

При подаче сигнала в точку питания (вершина антенны) сигнал распространяется по фидеру. Те вибраторы в полотне, длина которых близка к половине длины волны поданного сигнала, начинают возбуждаться и излучать энергию. Одним из важных свойств логопериодических антенн является изменение фазы излучаемого поля при пропорциональном растяжении или сжатии структуры. При растяжении структуры на период фаза сигнала запаздывает на 360°. Расстояние KR_n до произвольного (фиг.4, а) поперечного элемента (К - масштабный коэффициент) при этом возрастает в 1/τ раз, так же как и все линейные размеры структуры. На фиг.4 приведен график изменения запаздывания фазы в радианах, построенный в зависимости от логарифма К. Идеальному изменению фазы на чертеже соответствует сплошная прямая линия, а фактическому - волнообразная, отклоняющаяся от прямой не более чем на 20°.

Пространственное разнесение полотен вибраторов и сдвиг их размеров на масштабный коэффициент К приводит к разности фаз 90° между соответствующими вибраторами соседних полотен. Вместе с тем между соседними вибраторами одного полотна сохраняется разность фаз 180°, что не нарушает режим поперечного излучения. В совокупности это приводит к тому, что антенна обеспечивает круговое излучение (круговую диаграмму направленности) в горизонтальной плоскости. Общее увеличение количества вибраторов в структуре антенны ведет к уменьшению расстояния между вибраторами и параметр σ уменьшается, т.к.

,

см. фиг.1 и 2. Уменьшение этого параметра повышает степень согласования антенны по входу до величин, которые позволяют использовать антенну в качестве передающей для наземного телевизионного и радиовещания. Введение дополнительного полотна описанным способом приводит к тому, что обычная антенна поперечного излучения превращается в турникетную логопериодическую антенну. При этом изменение фазы от вибратора к вибратору происходит без применения фазовращателей, а только за счет пространственного разнесения полотен вибраторов.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании передающих и приемных антенн радиосвязи, радиовещания, телевидения, систем охранной сигнализации и телеметрии. Техническим результатом изобретения является повышение степени согласования антенны поперечного излучения по входу и получение круговой диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. Согласно изобретению вибраторная логопериодическая антенна поперечного излучения содержит первое полотно симметричных вибраторов, каждый из которых подключен к распределительному фидеру в логопериодическом порядке, при этом в нее дополнительно введено второе полотно симметричных вибраторов, причем второе полотно повернуто по отношению к первому на 90° относительно осевой линии симметрии, а вибраторы второго полотна располагаются между вибраторами первого полотна, и вибраторы второго полотна подключены к распределительному фидеру между точками подключения вибраторов первого полотна, а сам распределительный фидер выполнен из металлических уголковых профилей. 4 ил.

Вибраторная логопериодическая антенна поперечного излучения, содержащая первое полотно симметричных вибраторов, каждый из которых подключен к распределительному фидеру в логопериодическом порядке, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введено второе полотно симметричных вибраторов, причем второе полотно повернуто по отношению к первому на 90° относительно осевой линии симметрии, а вибраторы второго полотна располагаются между вибраторами первого полотна и вибраторы второго полотна подключены к распределительному фидеру между точками подключения вибраторов первого полотна, при этом сам распределительный фидер выполнен из металлических уголковых профилей.