ПОВОРОТНОЕ ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКОЕ АНТЕННО-ФИДЕРНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2017 года по МПК H01Q11/10 

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.

Известно поворотное логопериодическое антенно-фидерное устройство [1], содержащее установленное на мачте с возможностью вращения, антенное полотно, образованное совокупностью симметричных вибраторов выполненных из прямолинейных проводников размещенных в одной плоскости и закрепленных на жесткой продольной несущей балке, перпендикулярно к ней; проводники подключены к двухпроводной симметричной линии питания, установленной вдоль балки причем каждый последующий симметричный вибратор запитан противофазно предшествующему симметричному вибратору, а конец линии питания, расположенный вблизи самого короткого вибратора является входом антенны.

Недостатками антенны-аналога являются сравнительно крупные размеры антенного полотна: ширина 30 м, длина 19 м и узкий диапазон частот при работе на передачу - от 4 МГц до 30 МГц. Указанные недостатки затрудняют использование антенны в местах, площадь которых мала, например на судах морского флота, крышах зданий и сооружений; не позволяют выполнять операции по монтажу-демонтажу устройств в подвижных системах связи, работа которых осуществляется на коротких остановках. Не обеспечивается нормальная работа при проведении ближних связей, осуществляемых в низкочастотной части декаметрового диапазона, ниже 5 МГц.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является поворотное логопериодическое антенно-фидерное устройство [2], содержащее 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 внешний контур 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.

Это устройство (прототип) имеет существенно меньшие массогабаритные характеристики - высота 3 м, ширина 16 м и длина 15 м. Уменьшение размеров достигнуто за счет размещения проводников вибраторов в вертикальных плоскостях и конструктивного выполнения формы проводников симметричных вибраторов в виде кривой, близкой к затухающей синусоиде, амплитуда которой убывает по мере удаления от точек подключения к двухпроводной симметричной линии питания. Однако нижняя рабочая частота при работе на передачу при таких габаритных размерах составляет всего 5 МГц.

Задача настоящего изобретения - уменьшение размеров антенно-фидерного устройства при сохранении эффективности его работы, а также расширение частот рабочего диапазона в сторону нижних частот при работе на передачу.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в поворотном логопериодическом антенно-фидерном устройстве, содержащем 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 внешний контур 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 0,2-0,4 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, определенному из соотношений построения оптимальной логопериодической антенны

где и - осевая длина i-го и (i+1)-го вибраторов,

(i=1 соответствует наиболее длинному вибратору),

причем проводники симметричных вибраторов на участках непосредственно подключенных к симметричной линии питания выполняют с большим, а на участках наиболее удаленных от линии питания с меньшим количеством итераций.

Решение поставленной задачи достигается и в устройстве, в котором хотя бы одна из частей проводника каждого симметричного вибратора выполнена с формой, близкой к фрактальной кривой Минковского.

Решение поставленной задачи достигается и в устройстве, в котором хотя бы одна из частей проводника каждого симметричного вибратора выполнена с формой, близкой к фрактальной кривой Коха.

Решение поставленной задачи достигается и в устройстве, в котором хотя бы одна из частей проводника каждого симметричного вибратора выполнена с формой, близкой к спадающей прямоугольной последовательности.

В предлагаемом поворотном логопериодическом антенно-фидерном устройстве проводники каждого симметричного вибратора с формой, близкой к фрактальной закреплены за диэлектрические направляющие, образованные двумя тросами, размещенными в плоскостях перпендикулярных двухпроводной симметричной линии питания под острым углом друг к другу и дополнительно введенными вертикальными диэлектрическими перемычками, соединяющими эти тросы.

В предлагаемом поворотном логопериодическом антенно-фидерном устройстве каждый симметричный вибратор может быть выполнен в виде сетки, образованной ячейками, стороны которых частично выполнены из проводящего электрический ток материала и соединены между собой так, что образуют проводник симметричного вибратора с формой, близкой к фрактальной кривой, а ячейки закреплены за диэлектрические направляющие, образованные двумя тросами, размещенными в плоскостях перпендикулярных двухпроводной симметричной линии питания под острым углом друг к другу.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими графическими материалами:

Фиг. 1 - общий вид поворотной логопериодической антенны.

Фиг. 2 - эскиз конструкции антенного полотна логопериодической антенны при виде сверху;

Фиг. 3 - эскиз конструкции антенного полотна логопериодической антенны при виде спереди;

Фиг. 4а и 4б - эскиз конструкции симметричного вибратора, имеющего форму фрактальной (самоподобной) структуры с использованием фрактала Минковского;

Фиг. 5 - иллюстрация итерационного процесса построения проводника, форма которого описывается кривой Минковского;

Фиг. 6 - иллюстрация итерационного процесса построения проводника, форма которого описывается кривой Коха;

Фиг. 7 - эскиз компьютерной модели для расчета параметров логопериодической антенны;

Фиг. 8 - диаграммы направленности заявленной антенны;

Фиг. 9 - частотная характеристика КСВн промышленного образца логопериодической антенны;

Фиг. 10 - фотография промышленного образца поворотной логопериодической антенны.

На фиг. 1 представлен эскиз конструкции предлагаемого поворотного логопериодического антенно-фидерного устройства при виде сверху. Предлагаемое устройство, содержит установленное на мачте 1 с возможностью вращения, антенное полотно, закрепленное на каркасе 2. На этом же рисунке показаны тросы 13, 14, натянутые вдоль оси симметрии антенного полотна между двумя опорами, установленными на продольной несущей балке 3 каркаса - одна 15 вблизи от места пересечения с продольной балкой 3 плоскости размещения самого длинного, а другая 16 самого короткого симметричных вибраторов, вход 17 антенны, которым является конец линии питания, расположенный вблизи самого короткого вибратора.

На виде сверху фиг. 2 показаны элементы каркаса образованного жесткими продольными 3 и поперечными 4 несущими балками, а также механически связанные с балками гибкие элементы, образующие внешний контур каркаса 5 и упомянутое антенное полотно, образованное совокупностью симметричных вибраторов 6,

На виде спереди, фиг. 3, приведен вид на симметричный вибратор 6, который содержит два плеча 7 и 8, проводники 9 которых размещены в плоскостях перпендикулярных к двухпроводной симметричной линии питания 10, установленной вдоль продольной несущей балки 3; первые концы плеч 11 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 12 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 внешний контур каркаса 5, а вторые концы диэлектрических направляющих вблизи от двухпроводной симметричной линии питания закреплены механически за тросы, натянутые вдоль оси симметрии антенного полотна между двумя опорами, установленными на продольной несущей балке каркаса.

На фиг. 4а, б показан проводник, образующий плечо симметричного вибратора 6. Проводник выполнен в виде плоской кривой, составленной из одной или нескольких частей, причем хотя бы одна из частей выполнена с формой, близкой к фрактальной кривой. На фиг. 4а показано плечо длинного симметричного вибратора составленного из двух частей - первая часть 18, размещается вблизи точки подключения к симметричной линии питания 10 и представляет собой кривую Минковского полученную в результате выполнения итерации второго порядка, а вторая часть 19 кривую Минковского полученную в результате выполнения итерации первого порядка.

На фиг. 4б показано плечо симметричного вибратора малой длины также составленного из двух частей - первая часть 20, размещается вблизи точки подключения к симметричной линии питания представляет собой кривую Минковского полученную в результате выполнения итерации первого порядка, а вторая часть 21 кривую, имеющую форму спадающей прямоугольной последовательности.

Проводники каждого симметричного вибратора с формой, близкой к фрактальной закреплены за диэлектрические направляющие 12, образованные двумя тросами, размещенными в плоскостях перпендикулярных двухпроводной симметричной линии питания под острым углом друг к другу и дополнительно введенными вертикальными диэлектрическими перемычками 22, соединяющими эти тросы.

Симметричные вибраторы могут быть выполнены в виде сетки, образованной ячейками, стороны которых частично выполнены из проводящего электрический ток материала и соединены между собой так, что образуют проводник симметричного вибратора с формой, близкой к фрактальной кривой, а ячейки закреплены за диэлектрические направляющие, образованные двумя тросами, размещенными в плоскостях перпендикулярных двухпроводной симметричной линии питания под острым углом друг к другу. Конструкция симметричного вибратора, в этом случае, не иллюстрируется рисунком, поскольку понятна по словесному описанию

На фиг. 5 приведены рисунки, поясняющие последовательность операций реализации фрактальных кривых Минковского с различным количеством итерации. При построении кривой Минковского исходный отрезок прямой длиной g (итерация нулевого порядка, g - осевая длина вибратора традиционного построения) делится на четыре равные части, как показано на рисунке 5,а. Два центральных участка заменяют двумя квадратами соединяющимися между собой и направленными в противоположные стороны. Стороны квадратов имеют длину, равную g/4. Так как в результате соединения двух сторон квадрата два отрезка сливаются в один вдвое большей длины, то образуется ломаная, состоящая из семи отрезков, шесть из которых равной длины - g/4 и один отрезок длиной g/2. Такое разбиение (итерация первого порядка) изображено на рисунке 5,б. В дальнейшем для каждого отрезка ломаной линии повторяется такая операция замены (отрезок двойной длины заменяется как два разных отрезка):

- для итерации второго порядка на отрезках длиной g/4 строятся квадраты со сторонами g/16. Получается кривая, изображенная на рисунке 4,в.

- для итерации третьего порядка на отрезках длиной g/16 строятся квадраты со сторонами g/64, имеющие вид, изображенный на рисунке 4,г и т.д.

С каждой новой итерацией длина кривой увеличивается в соответствии с выражением:

где G - длина результирующей кривой;

g - длина исходной кривой;

n - количество произведенных итераций.

В таблице 1 приведены результаты расчета по формуле (1) коэффициента подобия Км - увеличение физической длины провода вибратора в зависимости от количество произведенных итераций. При этом осевой размер вибратора между его крайними точками остается постоянным и равным обычному вибратору традиционного построения (итерация нулевого порядка).

На фиг. 6 показана последовательность реализация кривой Коха. При этом исходный отрезок длиной 1 (итерация нулевого порядка, осевая длина вибратора традиционного построения) делится на три равные части, как изображено на фиг. 6,а. Центральный участок заменяют равносторонним треугольником со стороной 1/3. На фиг. 6,б изображена ломаная, состоящая из четырех отрезков длина каждого из которых равна 1/3. В дальнейшем для каждого отрезка ломаной линии повторяется такая операция:

- для итерации второго порядка на отрезках длиной 1/3 строятся треугольники со сторонами 1/9. Такое разбиение изображено на рисунке 6,в.

- для итерации третьего порядка на отрезках длиной 1/9 строятся треугольники со сторонами 1/27, как изображено на рисунке 6,г и т.д.

С каждой итерацией длина кривой увеличивается в соответствии с выражением:

где L - длина результирующей кривой;

l - длина исходного отрезка;

n - количество произведенных итераций.

В таблице 2 приведены рассчитанные по формуле (2) величины коэффициента подобия Кк - который показывает степень увеличения длины провода вибратора в зависимости от количество произведенных итераций

Из материалов таблиц видно, что с увеличением порядка итераций, использованных для формирования фрактальной кривой, линейные размеры фигуры и ее габариты остаются приблизительно прежними, но длина линии, составляющей фигуру, увеличивается стремясь к бесконечности. В этом случае резонансные частоты вибраторов, проводники которых выполнены с формой, близкой к фрактальной кривой, по мере увеличения порядка итерации для их реализации, имеют более низкие резонансные частоты, чем вибраторы, построенные из прямолинейных проводников. Указанные обстоятельства позволяют реализовать симметричные вибраторы с низкими резонансными частотами и небольшими линейными размерами.

На фиг. 7 приведен эскиз компьютерной модели для расчета параметров логопериодической антенны, составленной из симметричных вибраторов каждое плечо которых выполнено из двух последовательно включенных отрезков 18, 19 или 20, 21 на каждом из которых, проводник имеет форму фрактальной кривой, образованной так как это показано на рис. 5 (для кривой Минковского) и рис. 6 (для кривой Коха из прямой с различным количеством итераций, причем для вибраторов наибольшей длины на участках непосредственно подключенных к симметричной линии питания размещены структуры с большим, а для участков наиболее удаленных от линии питания и вибраторов малой длины меньшим количеством итераций.

На фиг. 8 приведена - рассчитанные диаграммы направленности в вертикальной плоскости заявленной антенны при ее установке на мачте высотой 15 м. Величина коэффициента усиления антенны, установленной на мачте высотой 15 м составляет следующие величины: 3 МГц-3 дБи; 7 МГц-6 дБи; 10 МГц-10 дБи; 20 МГц-12 дБи и 30 МГц-12 дБи.

На фиг. 9 - показана экспериментальная частотная характеристика КСВн промышленного образца логопериодической антенны. Треугольная метка установлена на частоте 3 МГц (нижняя частота рабочего диапазона), а метка в виде ромба на частоте 30 МГц. Эксперимент показывает, что антенна имеет КСВН не более 1,9 в диапазоне частот 3-30 МГц.

На фиг. 10 - фотография промышленного образца поворотной логопериодической антенны.

Поворотное логопериодическое антенно-фидерное устройство работает следующим образом. Сигнал от передатчика поступает на вход антенны. На некоторой частоте рабочего диапазона f₀ симметричный вибратор, физическая длина которого близка к половине длины волны λ₀/2 (физическая длина проводника плеча близкая λ₀/4) вибратор интенсивно возбуждается, потому, что его входное сопротивление минимально. Другие вибраторы возбуждаются гораздо слабее, поскольку имеют высокое входное сопротивление из-за большой реактивной составляющей. Резонансный вибратор вместе с вибраторами, прилегающими к нему по обе стороны, образуют активную область антенны. Обычно активную область представляют 3-5 излучателей. Если частота f₀ уменьшится, то начнет резонировать следующий более длинный вибратор. Соответственно, активная область также переместится в область более длинных вибраторов. Напротив, при увеличении частоты активная область сместится ко входу антенны. Фазовые соотношения токов в вибраторах активной области определяются электрической длиной вибраторов, их взаимным влиянием и попеременным подключением их к разным проводникам двухпроводной симметричной линии питания. При этом токи в более коротких излучателях отстают, а в более длинных опережают по фазе ток резонансного излучателя. Таким образом, более короткие вибраторы работают в режиме директоров, а более длинные выполняют функцию рефлекторов. Максимум излучения при этом направлен в сторону вершины антенны. В том случае, когда 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 физическая длина плеча проводника наиболее длинного симметричного вибратора равна четверти длины волны, соответствующей нижней рабочей частоте антенны, обеспечивается резонанс этого вибратора на нижней рабочей частоте диапазона. Если осевая длина плеча этого вибратора от точки подключения проводника к двухпроводной симметричной линии питания до противоположного конца равна 0,2-0,4 от его физической длины, обеспечивается резонанс вибратора при его осевом размере меньшем, чем у вибраторов в известных технических решениях или при одинаковых осевых размерах вибратора обеспечивается более низкая рабочая частота. При этом 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 0,2-0,4 от его физической длины. При определении текущих координат проводников каждого последующего симметричного вибратора, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях, путем умножения текущей координаты предшествующего вибратора на коэффициент, равный периоду логопериодической структуры, определенному из соотношений построения оптимальной логопериодической антенны

,

где и - осевая длина i-го и (i+1)-го вибраторов, (i=1 соответствует наиболее длинному вибратору) соблюдаются принципы логарифмической периодичности, т.е обеспечивается широкополосность антенны. Это утверждение подтверждено последующими расчетами с помощью программ электромагнитного моделирования и экспериментальными измерениями изготовленного опытного образца антенны.

Поскольку размеры проводников симметричных вибратора в ДКМВ диапазоне достаточно велики, для обеспечения механической прочности целесообразно выполнение проводников на участках непосредственно подключенных к симметричной линии питания с большим, а на участках наиболее удаленных от линии питания с меньшим количеством итераций. При этом, вблизи точек подключения к двухпроводной линии проводники вибраторов имеют максимальный размер в вертикальной плоскости за счет того, что для их построения использована фрактальная кривая с большим количеством итераций.

С помощью пакета прикладных программ электродинамического моделирования был выполнен анализ симметричных вибраторов с различной геометрической формой для сравнения эффективности использования ими выделенной площади пространства, результаты анализа приведены в таблице 3.

Как показывают результаты анализа, наибольшую эффективность имеют структуры с фрактальной формой - кривой Минковского и прямоугольная последовательность, которая также может рассматриваться как первая итерация кривой Минковского. Симметричные вибраторы, выполненные с использованием спадающей к краям синусоидальной формы, а именно такую форму имеют вибраторы в логопериодическом антенном устройстве-прототипе, имеют существенно большие габариты, при одинаковой с заявленным устройством резонансной частоте.

Анализ известных решений по источникам технической и патентной литературы показал, что в них отсутствуют технические решения, содержащие совокупность существенных признаков заявленного устройства, что указывает на его соответствие условию патентоспособности "новизна".

На фиг. 9 приведены частотные характеристики КСВН полученные в результате изготовления и экспериментального исследования, которые подтвердили положительный эффект предложенного технического решения.

Изготовлен опытный образец поворотной приемопередающей логопериодической антенны на диапазон рабочих частот (3-30) МГц. для работы с передатчиками с выходной мощностью 1-5 кВт со следующими техническими характеристиками

Таким образом, сопоставительный анализ показывает, что технический результат, заключающийся в уменьшении размеров антенно-фидерного устройства при сохранении эффективности его работы, а также расширение частот рабочего диапазона при работе на передачу в сторону нижних частот достигается в случае, когда 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 0,2-0,4 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, определенному из соотношений построения оптимальной логопериодической антенны

,

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.

В поворотном логопериодическом антенно-фидерном устройстве хотя бы одна из частей проводника каждого симметричного вибратора может быть выполнена с формой, близкой к фрактальной кривой Минковского.

В поворотном логопериодическом антенно-фидерном устройстве хотя бы одна из частей проводника каждого симметричного вибратора может быть выполнена с формой, близкой к фрактальной кривой Коха.

В поворотном логопериодическом антенно-фидерном устройстве хотя бы одна из частей проводника каждого симметричного вибратора может быть выполнена с формой, близкой к спадающей прямоугольной последовательности.

Симметричный вибратор в поворотном логопериодическом антенно-фидерном устройстве конструктивно выполнен из проводников которые имеют форму близкую к фрактальной, закреплены за диэлектрические направляющие, образованные двумя тросами, размещенными в плоскостях перпендикулярных двухпроводной симметричной линии питания под острым углом друг к другу и дополнительно введенными вертикальными диэлектрическими перемычками, соединяющими эти тросы.

Каждый симметричный вибратор в поворотном логопериодическом антенно-фидерном устройстве, может быть выполнен в виде сетки, образованной ячейками, стороны которых частично выполнены из проводящего электрический ток материала и соединены между собой так, что образуют проводник симметричного вибратора с формой, близкой к фрактальной кривой, а ячейки закреплены за диэлектрические направляющие, образованные двумя тросами, размещенными в плоскостях перпендикулярных двухпроводной симметричной линии питания под острым углом друг к другу.

Источники информации

1. Transportable Log periodic dipole Antenna / Model LP-1112MR. http://www.usantennaprodacts.com

2. Logarithmic-periodic compact antenna HL451 0733.8507. General Description. Drawings.

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.

1. Поворотное логопериодическое антенно-фидерное устройство, содержащее установленное на мачте с возможностью вращения антенное полотно, закрепленное на каркасе, включающем жесткие продольную и поперечные несущие балки, а также механически связанные с концами балок 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, в которой размещен самый длинный, а другая - в плоскости размещения самого короткого симметричных вибраторов, причем входом устройства является конец линии питания, расположенный вблизи самого короткого вибратора, отличающееся тем, что 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 0,2-0,4 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, определенному из соотношений построения оптимальной логопериодической антенны

где L^oc_i и L^oc_i+1 - осевая длина i-го и (i+1)-го вибраторов,

(i=1 соответствует наиболее длинному вибратору),

причем проводники симметричных вибраторов на участках, непосредственно подключенных к симметричной линии питания, выполняют с большим, а на участках, наиболее удаленных от линии питания с меньшим количеством итераций.

2. Поворотное логопериодическое антенно-фидерное устройство по п. 1, в котором хотя бы одна из частей проводника каждого симметричного вибратора выполнена с формой, близкой к фрактальной кривой Минковского.

3. Поворотное логопериодическое антенно-фидерное устройство по п. 1, в котором хотя бы одна из частей проводника каждого симметричного вибратора выполнена с формой, близкой к фрактальной кривой Коха.

4. Поворотное логопериодическое антенно-фидерное устройство по п. 1, в котором хотя бы одна из частей проводника каждого симметричного вибратора выполнена с формой, близкой к спадающей прямоугольной последовательности.

5. Поворотное логопериодическое антенно-фидерное устройство, по п. 1, отличающееся тем, что проводники каждого симметричного вибратора с формой, близкой к фрактальной, закреплены за диэлектрические направляющие, образованные двумя тросами, размещенными в плоскостях, перпендикулярных двухпроводной симметричной линии питания под острым углом друг к другу и дополнительно введенными вертикальными диэлектрическими перемычками, соединяющими эти тросы.

6. Поворотное логопериодическое антенно-фидерное устройство, по п. 1, отличающееся тем, что каждый симметричный вибратор выполнен в виде сетки, образованной ячейками, стороны которых частично выполнены из проводящего электрический ток материала и соединены между собой так, что образуют проводник симметричного вибратора с формой, близкой к фрактальной кривой, а ячейки закреплены за диэлектрические направляющие, образованные двумя тросами, размещенными в плоскостях, перпендикулярных двухпроводной симметричной линии питания под острым углом друг к другу.