ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ АНТЕННА Российский патент 2011 года по МПК H01Q11/10 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в стационарных и мобильных системах в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазонах волн, в частности в широкодиапазонных радиотехнических комплексах различного назначения в качестве направленной антенны.

Известны логопериодические вибраторные антенны, содержащие ряд симметричных вибраторов, запитываемых от двухпроводной распределительной линии, плечи которых подключены к ней противофазно (см. Петров Б.М., Костромитин Г.И., Горемыкин Е.В. Логопериодические вибраторные антенны: Учебное пособие для вузов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 239 с.; Пат. РФ №2189676, МПК H01Q 11/10, опубл. 10.09.2002). Отношение длин плеч соседних вибраторов в таких антеннах связано с масштабным множителем τ - периодом логопериодической структуры, а расстояние между вибраторами находится в зависимости от пространственного множителя σ. В классическом варианте исполнения логопериодической антенны ее геометрия определяется из условия реализации требуемых характеристик:

- по диапазону рабочих частот;

- по максимальному коэффициенту направленного действия;

- уровню согласования антенны с коаксиальным фидером;

- массогабаритных характеристик и др.

Необходимые результаты достигаются путем подбора параметров τ и σ (см. Яцкевич В.А., Александров В.С. Проектирование логопериодических вибраторных антенн // Антенны, 2005, вып.7-8, стр.3-12).

Среди известных решений наиболее близким по технической сущности к заявляемым устройствам является логопериодическая комбинированная антенна по Пат. РФ №2157582, МПК7 H01Q 21/30, опубл. 10.10.2000 г.

Устройство-прототип содержит первый модуль приема сигналов метрового диапазона волн и выполненный в виде симметричного вибратора с линейными элементами в виде труб из стали, отогнутыми под углом 120° к основной части, второй модуль приема сигналов дециметрового диапазона волн, содержащий ряд симметричных вибраторов, запитанных от двухпроводной распределительной линии из трубчатых проводников, возбуждаемых коаксиальным фидером, размещенным внутри одного из проводников двухпроводной распределительной линии, при этом каждый последующий симметричный вибратор в ряду запитан противофазно предшествующему симметричному вибратору, а размеры вибраторов и расстояния между ними выбраны в соответствии с принципом логарифмической периодичности, причем с противоположной стороны от короткозамыкающей перемычки на двухпроводной распределительной линии размещен усилитель сигналов дециметрового диапазона волн, подключенной к двухпроводной распределительной линии и к коаксиальному фидеру второго модуля логопериодической комбинированной антенны (ЛКА), при этом первый и второй модули ЛКА электрически и механически соединены между собой с помощью узла крепления, узел сопряжения, обеспечивающий подачу напряжения питания на усилитель и объединение сигналов первого и второго модулей и подачу его на выход ЛКА.

Устройство-прототип обеспечивает прием излучений в диапазоне 48,5-862 МГц и предназначено для приема телевизионных сигналов с 1-го по 69-й телевизионные каналы. Антенна обладает более высоким по сравнению с аналогами КПД, повышенной устойчивостью конструкции к механическим воздействиям.

Антенна-прототип также обладает недостатком: относительно малая диапазонность, что исключает ее применение для работы со значительным классом современных видов широкополосных сигналов.

В настоящее время является актуальной задача создания компактных направленных антенн для приема и передачи сигналов в сетях связи с макро- и микросотовой структурой, использующих широкие полосы частот в диапазоне 400 МГц - 5 ГГц (см. Ратинский М.В. Основы сотовой связи / Под. ред. Д.В.Зимина. - М.: Радио и связь, 1998). Наблюдается устойчивая тенденция увеличения номинальных значений используемых рабочих частот. Кроме того, в связи с тем что СВЧ-диапазон волн в настоящее время оказался перегруженным, у потребителей значительно вырос интерес к нижней части метрового диапазона волн 30-300 МГц. В свете этого задача разработки широкополосной направленной антенны, имеющей небольшие габариты, является актуальной.

Классическая логопериодическая антенна с такой широкополосностью в общем случае может быть реализована, но при этом будет иметь большие габариты (длина двухпроводной распределительной линии составит 3,5-4,5 метра), большой вес (порядка 100-150 кг), высокую стоимость производства и эксплуатации.

Целью заявляемого технического решения является расширение диапазона рабочих частот при сохранении массогабаритных характеристик логопериодической комбинированной антенны.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из первого модуля приема сигналов метрового диапазона волн, выполненного в виде симметричного вибратора, и второго модуля приема сигналов дециметрового диапазона волн, содержащего ряд симметричных вибраторов, запитанных от двухпроводной распределительной линии из трубчатых проводников, возбуждаемой коаксиальным фидером, размещенным внутри одного из проводников двухпроводной распределительной линии, при этом каждый последующий симметричный вибратор в ряду запитан противофазно предшествующему симметричному вибратору, а размеры вибраторов и расстояния между ними выбраны в соответствии с принципом логарифмической периодичности, при этом модули приема сигналов метровых и дециметровых волн ЛКА электрически и механически соединены между собой с помощью узла крепления, а вибраторы модуля приема сигналов дециметрового диапазона волн ЛКА жестко закреплены на двухпроводной распределительной линии, дополнительно введено широкополосное симметрирующе-согласующее устройство и третий модуль, обеспечивающий прием сигналов сантиметрового диапазона волн. Третий модуль ЛКА содержит ряд симметричных вибраторов, запитываемых от общей со вторым модулем двухпроводной распределительной линии, ориентированных параллельно и в соответствующих плоскостях с вибраторами второго модуля ЛКА. Причем размеры вибраторов третьего модуля и расстояния между ними соответствуют принципу логарифмической периодичности. При этом распределительные линии второго и третьего модулей ЛКА выполняют прямолинейно и под углом α=6-8 градусов друг относительно друга в плоскости, ортогональной обеим плоскостям, в качестве образующих которых выступают плечи симметричных вибраторов второго и третьего модулей ЛКА. Широкополосное симметрирующе-согласующее устройство электрически и механически соединено с первым модулем ЛКА и помещено в металлический корпус в форме стакана и совместно с узлом крепления обеспечивают механическое и электрическое соединение ЛКА с внешним коаксиальным фидером.

При этом симметричный вибратор первого модуля ЛКА выполнен с использованием плоскостного вибратора в форме равнобедренного треугольника, или окружности и т.д., плечи которого подключены к проводникам двухпроводной распределительной линии.

В третьем модуле ЛКА симметричные вибраторы и двухпроводная распределительная линия выполнены в виде полосковых проводников на двух диэлектрических пластинах с односторонним монтажом, расположенных под углом α друг к другу, а два крайних наибольших размеров симметричных вибратора имеют Т-образные плечи.

Кроме того, симметричные вибраторы и двухпроводная распределительная линия третьего модуля приема сигналов сантиметрового диапазона волн могут быть выполнены в виде полосковых проводников на двух сторонах диэлектрической пластины.

Широкополосное симметрирующее устройство выполнено в форме короткозамкнутого шлейфа, дополненного ферритовым кольцом, на который намотаны коаксиальный фидер и дополнительный проводник. Следует отметить, что в широкополосном симметрирующем устройстве вместо ферритового кольца могут быть использованы трансфлюкторы, одеваемые совместно на коаксиальный фидер и дополнительный проводник.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков за счет того, что видоизменяются плечи симметричного вибратора первого модуля ЛКА, вводятся третий модуль приема сигналов сантиметрового диапазона волн в микрополосковом исполнении (два варианта) и широкополосное симметрирующе-согласующее устройство, дополненное ферритовым кольцом или трансфлюкторами, позволяет достичь цели изобретения: существенно расширить диапазон рабочих частот при сохранении массогабаритных характеристик логопериодической комбинированной антенны.

Технический результат в нижней части заявляемого диапазона частот достигается за счет изменения формы вибратора первого модуля ЛКА (применение плоскостного вибратора) и согласования его с размерами крайних большего размера вибраторов второго модуля антенны.

В верхней части заявляемого диапазона рабочих частот положительный результат достигнут использованием третьего модуля, реализованного в микрополосковом исполнении на диэлектрической (диэлектрических) пластине. В результате совместного согласования всех трех модулей удалось получить оптимальное распределение электромагнитного поля по полотну антенны. Уменьшение габаритных размеров ЛКА за пределами первого модуля ЛКА (со стороны внешнего коаксиального фидера) достигнуто в результате использования в широкополосном симметрирующе-согласующем устройстве ферритового кольца (трансфлюкторов). Предлагаемые варианты конструкции антенны позволили существенно увеличить ширину рабочего диапазона частот (с 814 МГц у прототипа до 4,97 ГГц), что соответствует выигрышу заявляемой антенны по широкополосности более чем в шесть раз.

Заявляемая антенна поясняется чертежами, где:

на фиг.1 показана полностью собранная ЛКА в соответствии с заявляемым изобретением без радиопрозрачного защитного колпака и первым вариантом реализации третьего модуля;

на фиг.2 представлена полностью собранная ЛКА в соответствии с заявляемым изобретением без радиопрозрачного защитного колпака и вторым вариантом реализации третьего модуля;

на фиг.3 приведены размеры симметричных вибраторов ЛКА и расстояния между ними:

а) при использовании первого варианта исполнения третьего модуля;

б) при использовании второго варианта реализации третьего модуля;

на фиг.4 представлен вариант реализации элементов третьего модуля на одной из двух односторонних диэлектрических пластин в масштабе 1:2;

на фиг.5 показан вариант реализации третьего модуля ЛКА на двухсторонней диэлектрической пластине (одна сторона) в масштабе 1:2;

на фиг.6 иллюстрируется зависимость КСВ от используемой частоты в полосе рабочих частот заявляемой ЛКА при использовании первого варианта исполнения третьего модуля:

а) в полосе частот 24 МГц - 600 МГц;

б) в полосе частот 600 МГц - 5 ГГц;

на фиг.7 приведены измеренные значения входного сопротивления ЛКА при использовании первого варианта исполнения третьего модуля ЛКА:

а) в полосе частот 24 МГц - 600 МГц;

б) в полосе частот 600 МГц - 5 ГГц;

на фиг.8 иллюстрируются измеренные значения КСВ для рабочей полосы частот заявляемой ЛКА при использовании в ней второго варианта исполнения третьего модуля:

а) в полосе частот 24 МГц - 600 МГц;

б) в полосе частот 600 МГц - 6 ГГц;

на фиг.9 приведены измеренные значения входного сопротивления ЛКА для рабочей полосы частот и второго варианта реализации третьего модуля:

а) в полосе частот 24 МГц - 600 МГц;

б) в полосе частот 600 МГц - 5 ГГц.

Логопериодическая комбинированная антенна (см. фиг.1), содержащая первый модуль приема сигналов метрового диапазона волн 1, выполненный в виде симметричного вибратора, и второй модуль приема сигналов 2 дециметрового диапазона волн, содержащий ряд симметричных вибраторов 3.1-3.10, запитанных от двухпроводной распределительной линии 4.1 и 4.2 из трубчатых проводников, возбуждаемой коаксиальным фидером 5, размещенным внутри одного из проводников двухпроводной распределительной линии 4, при этом каждый последующий симметричный вибратор 3.i в ряду запитан противофазно предшествующему симметричному вибратору 3.i-1, а размеры вибраторов 3 и расстояния между ними выбраны в соответствии с принципом логарифмической периодичности, при этом модули приема сигналов метровых 1 и дециметровых 2 волн ЛКА электрически и механически соединены между собой с помощью узла крепления 11, а вибраторы модуля приема сигналов дециметрового диапазона волн ЛКА 3.1-3.10 жестко закреплены на двухпроводной распределительной линии 4.1 и 4.2.

Для расширения диапазона рабочих частот при сохранении массогабаритных характеристик дополнительно введены широкополосное симметрирующе-согласующее устройство 10 и третий модуль 6, обеспечивающий прием сигналов сантиметрового диапазона волн, содержащий ряд симметричных вибраторов 8.1-8.32, запитываемых от общей со вторым модулем 2 ЛКА двухпроводной распределительной линии 9.1 и 9.2, ориентированных параллельно и в соответствующих плоскостях с вибраторами второго модуля 2 ЛКА. Размеры вибраторов 8.1-8.32 и расстояния между ними соответствуют принципу логарифмической периодичности, при этом распределительные линии 4.1 и 4.2, 9.1 и 9.2 второго 2 и третьего 6 модулей ЛКА соответственно выполняют прямолинейно и под углом α=6-8 градусов друг относительно друга в плоскости, ортогональной обеим плоскостям, в качестве образующих которых выступают плечи симметричных вибраторов 3.1-3.10, 8.1-8.32 второго 2 и третьего 6 модулей ЛКА соответственно. Широкополосное симметрирующе-согласующее устройство 10 электрически и механически соединено с первым модулем 1 ЛКА и помещено в металлический корпус в форме стакана и совместно с узлом крепления 11 обеспечивают механическое и электрическое соединение ЛКА с внешним коаксиальным фидером 12.

При этом симметричный вибратор первого модуля 1 (см. фиг.1) выполняют с использованием плоскостного вибратора в форме равнобедренного треугольника, или окружности и т.д., плечи которого подключены к проводникам двухпроводной распределительной линии 4.1 и 4.2.

В логопериодической комбинированной антенне (см. фиг.1 и 4), в третьем модуле приема сигналов сантиметровых длин волн 6 симметричные вибраторы 8.1-8.32 и двухпроводную распределительную линию 9.1 и 9.2 выполняют в виде полосковых проводников на двух диэлектрических пластинах 7.1 и 7.2 с односторонним монтажом, расположенных под углом α друг к другу, а два крайних наибольших размеров симметричных вибратора 8.1 и 8.2 имеют Т-образные плечи.

В логопериодической комбинированной антенне (см. фиг.2 и 5) в третьем модуле приема сигналов сантиметровых длин волн 6 симметричные вибраторы 8.1-8.30 и двухпроводную распределительную линию 9.1 и 9.2 выполняют в виде полосковых проводников на двух сторонах диэлектрической пластины 7.

В заявляемой ЛКА (см. фиг.1 и 2) широкополосное симметрирующе-согласующее устройство 10 выполняют в форме короткозамкнутого шлейфа, дополненного ферритовым кольцом, на который намотаны коаксиальный фидер 5 и дополнительный проводник.

Следует отметить, что в широкополосном симметрирующем устройстве 10 вместо ферритового кольца можно использовать трансфлюкторы, одеваемые совместно на коаксиальный фидер 5 и дополнительный проводник.

В настоящее время синтез ЛКА в чистом виде (разработка конструкции, которая оптимальным образом реализует требуемые характеристики) не представляется возможным (см. Петров Б.М. и др. Логопериодические вибраторные антенны: Учебное пособие для ВУЗов - М.: Горячая линия - Телеком, 2005, стр.40). Рабочий диапазон частот ΔF ЛКА в основном определяется параметрами τ, σ и количеством используемых вибраторов N, но аналитических выражений зависимости ΔF от этих параметров нет. Поэтому заявляемые антенны разработаны методом последовательных приближений путем анализа предварительно выбранного варианта с τ≃0,9; σ≃0,18 и N≃40-45, внесения изменений в геометрические размеры и конструкцию ЛКА на основе результатов анализа.

На фиг.1-3 приведены оптимальные размеры вариантов исполнения антенны, которые были получены на опытных макетах. Первый вариант исполнения антенны приведен на фиг.1. Первый модуль ЛКА выполнен в виде симметричной вибраторной антенны 1, плечи которой представляют собой плоскостные вибраторы в форме равнобедренного треугольника. Длина симметричного вибратора D₀₁ первого модуля составила 1420 мм, а ширина (длина основания равнобедренного треугольника) D₀₁ 600 мм. Названная форма плеч вибратора 1 позволила уменьшить внешние габариты ЛКА по высоте (по ширине) более чем в три раза. Оба плоскостных вибратора могут быть выполнены из алюминиевого прутка или трубки диаметром 8 мм, а электрическое соединение с двухпроводной распределительной линией 4 в этом случае осуществляется с помощью болтового соединения. Механическую прочность в точках соединения обеспечивает узел крепления 11, выполненный из капролона или фторопласта в форме цилиндра. При использовании в блоке 10 трансфлюкторов узел крепления 11 изготавливают с двумя пазами с квадратным сечением для фиксирования на нем первой и второй 4.1 и 4.2 распределительных линий 4 соответственно и выемками для совместного крепления плеч вибратора 1 на элементах 4.1 и 4.2. Применение в широкополосном симметрирующе-согласующем устройстве 10 ферритового кольца приводит к некоторому усложнению узла крепления 11 (см. фиг.2). В этом случае в блоке 11 предусматривается цилиндрическое отверстие, диаметр и глубина которого определяются размерами ферритового кольца. В результате широкополосное симметрирующе-согласующее устройство 10 совместно с металлическим корпусом размещают внутри узла крепления 11.

Второй модуль 2 ЛКА выполнен в виде логарифмической антенны, содержащей 10 симметричных вибраторов 3.1-3.10, запитанных от двухпроводной распределительной линии 4. Размеры вибраторов 3.1-3.10 и расстояния между ними выбраны в соответствии с принципом логарифмической периодичности и приведены на фиг.3а. Двухпроводная распределительная линия 4 может быть выполнена на алюминиевой трубе квадратного сечения 15 мм. Вибраторы 3.1-3.10 реализуют из алюминиевого прутка или трубы диаметром 8 мм. Крепление вибраторов 3.1-3.10 к двухпроводной распределительной линии 4 осуществляют, например, с помощью болтового соединения.

Первый вариант исполнения третьего модуля 6 ЛКА представляет из себя логопериодическую антенну сантиметрового диапазона волн в микрополосковом исполнении на двух диэлектрических пластинах 7.1 и 7.2 с односторонним монтажом (см. фиг.4). Модуль 6 содержит 32 симметричных вибратора 8.1-8.32, размеры и расстояния между которыми приведены на фиг.3а. Вибраторы 8.1 и 8.2 имеют Т-образную форму. Двухпроводную распределительную линию 9 в модуле 6 выполняют в виде полозков 9.1 и 9.2, запитанных от двухпроводной распределительной линии 4 второго модуля 2. Размеры крайних вибраторов модулей 1 и 3.1; 3.10 и 8.1 ЛКА и расстояния между ними (между модулями) получены в результате настройки антенны опытным путем (см. фиг.3а).

Широкополосное симметрирующе-согласующее устройство 10 представляет собой короткозамкнутый шлейф длиной λ_ср/4. Этот шлейф образуется выступающим за пределы первого модуля ЛКА коаксиальным фидером 5 и дополнительным проводником такого же сечения (см. Коротковолновые антенны / Г.З.Айзенберг и др.; Под. ред. Г.З.Айзенберга - 2-е, перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985, стр.263-264). Трансформация волнового сопротивления двухпроводной (симметричной) распределительной линии 4 (9) W_сл в волновое сопротивление несимметричного коаксиального фидера W_нс, осуществляемая четвертьволновым коаксиальным трансформатором, соответствует также выполнению операции согласования (см. Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства: Учебник для ВУЗов. - 3-е изд., доп. и перераб. - М.: Радио и связь, 1981, стр.126).

Известно, что фидер 5 обычно закорачивается за первым наибольших размеров вибратором (вибратором первого модуля 1) на расстоянии λ_max/8, что для предлагаемых антенн составляет величину 1,25 метра. Для уменьшения этого значения в широкополосном симметрирующе-согласующем устройстве 10 (см. фиг.1) использованы трансфлюкторы М200ВНП-7 16×9×7/5×2 в количестве 16-18 шт. Последние одеваются одновременно на коаксиальный фидер 5 и дополнительный проводник. В результате стало возможным уменьшение расстояния между вибратором первого модуля 1 и короткозамыкателем примерно в 14 раз. Общая длина первого варианта изготовления заявляемой ЛКА D₁ составила 1,04 метра. Для рассматриваемой цели возможно использование ферритового кольца марки М200ВНП К100×60×12. В этом случае коаксиальный фидер 5 и дополнительный проводник наматывают по шесть витков на ферритовое кольцо (см. Ротхаммель К., Кришке А. Антенны. Том 1.: Пер. с нем. - М.: ЛАЙТ Лтд., 2000, стр.123, рис.7.10). В результате общая длина антенны D₁ уменьшается до значения 0,93 м.

Второй вариант реализации заявляемой ЛКА (см. фиг.2) содержит аналогичные первый и второй модули 1 и 2 соответственно. Размеры симметричных вибраторов 1, 3.1-3.10 и расстояния между ними приведены в таблице на фиг.3б. Узел крепления 11 и широкополосное симметрирующе-согласующее устройство 10 аналогичны вышерассмотренным на фиг.1 блокам. Габаритные размеры двух вариантов реализации узла крепления 11 (см. фиг.1 и 2) определяются лишь особенностями выполнения устройства 10 (использованием ферритового кольца или трансфлюкторов).

Третий модуль ЛКА 6 (см. фиг.2) представляет собой логопериодическую антенну в микрополосковом исполнении на диэлектрической плате 7 с двухсторонним монтажом (см. фиг.5). Модуль 6 содержит 30 симметричных вибраторов 8.1-18.30, размеры и расстояния между которыми приведены на фиг.3б. Двухпроводная распределительная линия 9 выполнена в виде двух полозков 9.1 и 9.2, запитанных от двухпроводной распределительной линии 4 второго модуля 2. Количество вибраторов и размеры крайних из них, расстояние между вибраторами второго и третьего модуля отличны от первого варианта и получены в результате настройки антенны опытным путем (см. фиг.2, 3б).

На фиг.2 приведен внешний вид ЛКА для случая использования в широкополосном симметрирующе-согласующем устройстве 10 ферритового кольца. Общая длина антенны D₂ составила 0,86 м. В случае использования в блоке 10 трансфлюкторов длина антенны D₂ составляет 0,97 м. Следует отметить, что настройка межмодульных соединений в обоих вариантах ЛКА легче осуществляется при использовании в блоке 10 трансфлюкторов.

Модули 6 обоих вариантов легко реализуются, например, на отечественном высокочастотном диэлектрическом материале типа ФЛАН с h=1,5 мм или импортном материале типа Rodgers 4350В (h=0,7 мм и ε^r=3,2) с использованием технологии изготовления плат фотохимическим методом.

Двухпроводные распределительные линии 4.1, 9.1 и 4.2, 9.2 в первом варианте исполнения третьего модуля 6 ЛКА (см. фиг.1) находятся под углом α=6-8° друг относительно друга. Во втором варианте реализации модуля 6 в ЛКА только распределительные линии 4.1 и 4.2 второго модуля 2 расположены аналогично под углом α. Подобное их совместное пространственное размещение обусловлено необходимостью выравнивания значения коэффициента стоячей волны (КСВ) в пределах рабочей полосы частот ΔF ЛКА. Значение α получено экспериментально.

Физические процессы, протекающие в обоих вариантах исполнения предлагаемой ЛКА (см. фиг.1, 2), аналогичны, поэтому их работу целесообразно рассмотреть на примере одной из них. Элементы структуры (вибраторы) ЛКА возбуждаются противофазно распределительными линиями 4.1, 9.1 и 4.2, 9.2, начиная с самого короткого вибратора 8.32 третьего модуля 6. Питание подводится непосредственно к вершине ЛКА коаксиальным фидером 5, проложенным внутри одной из распределительных линий 4.1 или 4.2 второго модуля 2 и далее вдоль соответствующего полоскового проводника в распределительной линии, например, 9.1 третьего модуля 6. Центральная жила фидера 5 электрически соединяется с другой распределительной линией 9.2 и далее 4.2 третьего и второго модулей 6 и 2 соответственно. В результате двухпроводные линии 4 и 9 одновременно исполняют роль симметрирующего трансформатора.

В режиме передачи сигнал U_c от генератора со средней частотой f_c по внешнему коаксиальному фидеру 12 поступает на вход симметрирующе-согласующего устройства 10 и далее по коаксиальному фидеру 5 попадает в точку запитки ЛКА - ее вершину. На следующем этапе по двухпроводной распределительной линии 9.1, 4.1 и 9.2, 4.2 соответственно сигнал распространяется в обратном направлении в сторону наиболее длинных вибраторов. При этом наиболее интенсивно возбуждаются вибраторы, длины которых близки к резонансным (активная область структуры). При удалении от активной области в обе стороны интенсивность возбуждения вибраторов быстро падает. При уменьшении частоты излучаемого сигнала f_c активная область перемещается в сторону более длинных вибраторов, при повышении частоты - в сторону более коротких.

Вибраторы активной области находятся в неравных условиях по отношению к сигналу U_c в распределительных линиях 9 и 4. Самый большой уровень сигнала подводится к самому короткому вибратору 8.32, и несмотря на отличие его резонансной частоты от частоты сигнала f_c ток в этом вибраторе возбуждается. Резонансная частота следующего вибратора ближе к частоте f_c, но к вибратору 8.31 подводится частично ослабленный сигнал. Часть энергии была потрачена на возбуждение вибратора 8.32 и так далее. Поэтому ток в вибраторах активной области сначала возрастает за счет приближения резонансной частоты вибраторов к частоте f_с, а затем падает. Следует отметить, что энергия передается от вибратора к вибратору не только по двухпроводным распределительным линиям 9 и 4, но и по пространству через поле излучения.

В пределах рабочего диапазона частот ЛКА максимум излучения направлен вдоль оси антенны в сторону более коротких вибраторов. Измерения показали, что ширина диаграммы направленности (ДН) обеих вариантов исполнения антенны в плоскости Е по уровню 3 dB на частотах до 150 МГц составила 70-80°, а на частотах свыше 150 МГц она уменьшилась до значения 45-65°. В плоскости Н диаграмма направленности на частотах до 150 МГц примерно круговая, свыше 150 МГц ширина ДН лежит в пределах 90-120°.

На фиг.6 и 7 приведены результаты измерения зависимости КСВ и входного сопротивления первого варианта ЛКА от используемой полосы частот. В полосе частот 24-600 МГц КСВ в основном менее 3 (см. фиг.6а), а входное сопротивление (см. фиг.7а) укладывается в круг равного КБВ 3 и имеет многорезонансный характер в области 50 Ом. На фиг.6б иллюстрируется значение КСВ в полосе 600 МГц - 5000 МГц. Из его рассмотрения видно, что антенна хорошо согласована, а КСВ не превышает 1,5.

На фиг.7б приведены результаты измерений входного сопротивления ЛКА в полосе частот 600 МГц - 5000 МГц, которые свидетельствуют о том, что входное сопротивление носит многорезонансный характер в области 50 Ом и укладывается в круг равного КБВ 1,5.

На фиг.8 и 9 приведены результаты измерений зависимости КСВ и входного сопротивления второго варианта исполнения ЛКА от используемой полосы частот. Из их рассмотрения следует вывод о том, что они в основном совпадают. Кроме того, приведенные на фиг.6-9 характеристики свидетельствуют о достаточном качестве выполненных работ по межмодульному согласованию. Следует отметить, что при наружной эксплуатации предлагаемой антенны на третий модуль 6 целесообразно надеть радиопрозрачный колпак.

Все детали предлагаемой антенны и ее вариантов согласно настоящему изобретению имеют простую форму и сделаны из широко используемых на практике токопроводящих материалов. Это позволяет реализовать изготовление ЛКА в массовом производстве легко и дешево.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в стационарных и мобильных системах связи в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазонах волн. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот при сохранении массогабаритных характеристик, который достигается путем изменения формы плеч симметричного вибратора в нижней части диапазона частот (первый модуль логопериодической комбинированной антенны (ЛКА)) и введением широкополосного симметрирующе-согласующего устройства, дополненного ферритовым кольцом или трансфлюкторами. В верхней части заявляемого диапазона волн результат достигнут введением дополнительного третьего модуля приема сигналов сантиметровых длин волн в микрополосковом исполнении. В результате согласования всех трех модулей ЛКА (метрового, дециметрового и сантиметрового) удалось получить оптимальное распределение электромагнитного поля по полотну антенны. ЛКА содержат последовательно соединенные широкополосное симметрирующе-согласующее устройство, первый, второй и третий модули. В основном варианте исполнения ЛКА распределительные линии второго и третьего модулей взаимно размещены под углом α=6-8°, а третий модуль выполнен в микрополосковом исполнении на двух диэлектрических пластинах с односторонним монтажом. При этом он содержит 32 симметричных вибратора, из которых два крайних больших размеров имеют Т-образные плечи. 5 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Логопериодическая комбинированная антенна (ЛКА), содержащая первый модуль приема сигналов метрового диапазона волн, выполненный в виде симметричного вибратора, и второй модуль приема сигналов дециметрового диапазона волн, содержащий ряд симметричных вибраторов, запитанных от двухпроводной распределительной линии из трубчатых проводников, возбуждаемой коаксиальным фидером, размещенным внутри одного из проводников двухпроводной распределительной линии, при этом каждый последующий симметричный вибратор в ряду запитан противофазно предшествующему симметричному вибратору, а размеры вибраторов и расстояния между ними выбраны в соответствии с принципом логарифмической периодичности, при этом модули приема сигналов метровых и дециметровых волн ЛКА электрически и механически соединены между собой с помощью узла крепления, а вибраторы модуля приема сигналов дециметрового диапазона волн ЛКА жестко закреплены на двухпроводной распределительной линии, отличающаяся тем, что дополнительно введены широкополосное симметрирующе-согласующее устройство и третий модуль, обеспечивающий прием сигналов сантиметрового диапазона волн, содержащий ряд симметричных вибраторов, запитываемых от общей со вторым модулем ЛКА двухпроводной распределительной линии и ориентированных параллельно и в соответствующих плоскостях с вибраторами второго модуля ЛКА, причем в третьем модуле размеры вибраторов и расстояния между ними соответствуют принципу логарифмической периодичности, при этом распределительные линии второго и третьего модулей ЛКА выполняют прямолинейно и под углом α=6-8° друг относительно друга в плоскости, ортогональной обеим плоскостям, в качестве образующих которых выступают плечи симметричных вибраторов второго и третьего модулей ЛКА, а широкополосное симметрирующе-согласующее устройство электрически и механически соединено с первым модулем ЛКА и помещено в металлический корпус в форме стакана и совместно с узлом крепления обеспечивают механическое и электрическое соединение ЛКА с внешним коаксиальным фидером.

2. Логопериодическая комбинированная антенна по п.1, отличающаяся тем, что симметричный вибратор первого модуля ЛКА выполнен с использованием плоскостного вибратора в форме равнобедренного треугольника или окружности и т.д., плечи которого подключены к проводникам двухпроводной распределительной линии.

3. Логопериодическая комбинированная антенна по п.1, отличающаяся тем, что в третьем модуле приема сигналов сантиметровых длин волн симметричные вибраторы и двухпроводная распределительная линия выполнены в виде полосковых проводников на двух диэлектрических пластинах с односторонним монтажом, расположенных под углом α друг к другу, а два крайних наибольших размера симметричных вибратора имеют Т-образные плечи.

4. Логопериодическая комбинированная антенна по п.1, отличающаяся тем, что в третьем модуле приема сигналов сантиметровых длин волн симметричные вибраторы и двухпроводная распределительная линия выполнены в виде полосковых проводников на двух сторонах диэлектрической пластины.

5. Логопериодическая комбинированная антенна по п.1, отличающаяся тем, что широкополосное симметрирующе-согласующее устройство выполнено в форме короткозамкнутого шлейфа, дополненного ферритовым кольцом, на который намотаны коаксиальный фидер и дополнительный проводник.

6. Логопериодическая комбинированная антенна по п.1, отличающаяся тем, что широкополосное симметрирующе-согласующее устройство выполнено в форме короткозамкнутого шлейфа, дополненного трансфлюкторами, надеваемыми совместно на коаксиальный фидер и дополнительный проводник.