ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКАЯ АНТЕННА (2 ВАРИАНТА)
LOG-PERIODIC ANTENNA (2 VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Заявляемое изобретение относится к области антенной техники и касается конструкции логопериодической антенны, предназначенной для направленного излучения и приема сигналов в метровом и дециметровом диапазонах длин волн.
Уровень техники
Известна логопериодическая антенна (см. патент на изобретение RU №2058056, МПК: H01Q 11/10, опубл. 10.04.1996), содержащая ряд вибраторов, подключенных к двухпроводной линии питания, выполненной из двух металлических уголков, обращенных один к другому гранями одной из полок. Вибраторы связаны с другой полкой этих уголков, причем крепление каждого вибратора осуществлено посредством двух выполненных с просечками и устанавливаемых одна в другую пластин, из которых одна скреплена с полкой, другая с вибратором. Конструкция характеризуется упрощенной сборкой антенны, что позволяет транспортировать ее в разобранном виде. Однако такая антенна в собранном виде за счет малой механической прочности узлов сопряжения вибраторов и двухпроводной линии питания подвержена деформациям даже при незначительном механическом воздействии, то есть недостатком данного устройства является малая механическая прочность конструкции.
Известна логопериодическая антенна (см. патент на полезную модель RU №18805, МПК: H01Q 11/10, опубл. 10.07.2001), в которой двухпроводная линия питания выполнена из полых трубок прямоугольного сечения, скрепленных изоляторами. В одной из этих трубок пропущен коаксиальный кабель питания, а перпендикулярно их продольным осям смонтированы вибраторы, линейные размеры и расположение которых изменяются по логопериодическому закону. Выполнение распределительной линии на основе трубок прямоугольного сечения увеличивает механическую прочность и жесткость конструкции антенны по сравнению с антенной по патенту RU №2058056, но недостаточным образом. Поскольку логопериодические антенны характеризуются существенными размерами антенного полотна, для надежной эксплуатации антенны требуется более прочная конструкция, чем в решении RU №18805.
Известна конструкция логопериодической антенны (см. патент на полезную модель RU №35176, МПК: H01Q 11/10, опубл. 27.12.2003), содержащей двухпроводную линию питания из двух труб прямоугольного сечения, внутри одной из которых расположен кабель питания, и прикрепленные к двухпроводной линии перпендикулярно продольной оси труб вибраторы. Отличительной особенностью антенны по патенту RU №35176 является то, что кабель питания образован одной из упомянутых труб и размещенной внутри нее латунной трубкой, диаметр которой подобран таким образом, что вместе с трубой собирательной линии латунная трубка образует коаксиальный кабель с волновым сопротивлением, равным входному импедансу антенны. Трубы линии питания и вибраторы выполнены из алюминия. Установка в одну из труб дополнительной латунной трубки решает задачу по усовершенствованию подачи питания на антенну и при этом появляется дополнительный эффект в виде увеличения жесткости трубы, внутри которой смонтирована латунная трубка. Однако такая доработка конструкции не обеспечивает достаточной механической прочности антенны в целом.
В качестве прототипа заявляемых вариантов логопериодической антенны принято решение по патенту RU № 68785 на полезную модель «Логопериодическая антенна», МПК H01Q 11/10, опубл. 27.11.2007. Конструкция антенны, принятой за прототип, содержит двухпроводную линию из двух параллельных труб-проводников, установленных относительно друг друга со смещением в плоскости, ортогонально которой размещены вибраторы, подключенные к упомянутым трубам, через одну из которых пропущен кабель питания, при этом, по меньшей мере, один проводник двухпроводной линии и/или вибраторы выполнены составными и включают токопроводящую оболочку и охватываемый этой оболочкой продольный элемент, выполненный из материала, прочность которого выше прочности материала оболочки. Конструкция антенны-прототипа характеризуется повышенной прочностью по сравнению с охарактеризованными выше аналогами, однако при изготовлении такой антенны возникают проблемы по соединению токопроводящей оболочки и внутреннего элемента, обеспечивающего повышенную прочность конструкции.
Раскрытие изобретения
Заявляемым изобретением решается задача достижения технологичности изготовления логопериодической антенны, характеризующейся повышенной механической прочностью при сохранении электрических параметров.
Поставленная задача решена тем, что в логопериодической антенне, содержащей двухпроводную линию питания из полых проводников, внутри одного из которых размещен кабель питания, при этом проводники установлены относительно друг друга со смещением в плоскости, ортогонально которой расположены скрепленные с проводниками вибраторы, причем, по меньшей мере, один из полых проводников выполнен составным, включающим токопроводящую оболочку и охватываемый этой оболочкой продольный элемент, выполненный из материала, прочность которого выше прочности материала оболочки, согласно первому варианту заявляемого изобретения, составной проводник двухпроводной линии, а преимущественно, оба составных проводника двухпроводной линии выполнены в форме швеллеров и получены гибкой или прокаткой заготовки, состоящей из двух сочлененных плоскостями пластин, из которых пластина, образующая наружную поверхность швеллера, выполнена из токопроводящего материала, а пластина, образующая внутреннюю поверхность швеллера, - из материала, прочность которого выше прочности упомянутого токопроводящего материала.
Поставленная задача решена также тем, что в логопериодической антенне, содержащей двухпроводную линию питания из полых проводников, внутри одного из которых размещен кабель питания, при этом проводники установлены относительно друг друга со смещением в плоскости, ортогонально которой расположены скрепленные с проводниками вибраторы, причем, по меньшей мере, один из полых проводников выполнен составным, включающим токопроводящую оболочку и охватываемый этой оболочкой продольный элемент, выполненный из материала, прочность которого выше прочности материала оболочки, согласно второму варианту заявляемого изобретения составной проводник двухпроводной линии, а преимущественно, оба составных проводника двухпроводной линии выполнены с U-образным поперечным сечением и получены гибкой или прокаткой заготовки, состоящей из двух сочлененных плоскостями пластин, из которых пластина, образующая наружную поверхность проводника, выполнена из токопроводящего материала, а пластина, образующая внутреннюю поверхность проводника, - из материала, прочность которого выше прочности упомянутого токопроводящего материала.
При конкретной реализации изобретения как по первому, так и по второму вариантам предпочтительными материалами пластин, из которых отформованы проводники, являются алюминий и сталь. При этом в качестве пластины, образующей наружную поверхность швеллера, и проводника с U-образным профилем (поперечным сечением) используется пластина из алюминиевого сплава, в качестве пластины, образующей внутреннюю поверхность этих проводников, используется пластина из стали.
Достигаемое заявляемым решением увеличение механической прочности антенны без искажения электрических характеристик обусловлено следующим. Заявляемая логопериодическая антенна предназначена для направленного излучения и приема сигналов в метровом и дециметровом диапазонах длин волн, т.е. сигналов, относящихся к высокочастотным, и в конструкции антенны в значительной степени проявляется скин-эффект, т.е. высокочастотный электрический ток течет по поверхности проводника. Поэтому необходимые характеристики антенны будут достигнуты, если токопроводящим сделать только верхний слой конструктивных элементов, создающих полотно логопериодической антенны. Наличие в проводниках антенны скин-эффекта позволяет внутреннюю часть проводников, составляющих двухпроводную линию питания антенны, выполнить из материала с невысокой электропроводностью и даже из диэлектрического материала, но с повышенной прочностью, в частности из стали. А также это могут быть и другие материалы, легко поддающиеся механической гибке или прокатке и являющиеся более прочными, чем алюминиевые сплавы АМГ или АМЦ, получившие наибольшее распространение при изготовлении такого типа антенн. При этом внешний слой проводников двухпроводной линии питания такой антенны выполнен из материала, характеризующегося высокой электропроводностью. Этот слой образует своего рода оболочку, охватывающую внутренний продольный элемент, упрочняющий эти проводники антенны, что обеспечивает повышение жесткости антенны в целом и, соответственно, повышение ее сопротивляемости ветровым и другим механическим нагрузкам, а также обледенению, что является весьма актуальным для такого рода изделий. Причем жесткость и прочность антенны возрастает не только за счет исполнения внутренних слоев проводников из более прочного материала, но также и за счет того, что эти проводники становятся составными, имеют «слоистую» конструкцию, и между сопряженными поверхностями внешнего слоя и упрочняющего внутреннего слоя существует граница раздела материалов, которая при нагрузке на изгиб снижает передачу механического воздействия в поперечном сечении проводника.
Техническим результатом, заключающимся в повышении технологичности изготовления логопериодической антенны, является значительное упрощение изготовления ее проводников. Соединение двух пластин между собой плоскостями и совместная их гибка обеспечивают плотность сопряжения внешнего токопроводящего слоя проводника и внутреннего упрочняющего слоя без каких-либо дополнительных операций по подгонке этих слоев между собой и по их соединению в целостной формы проводник, поскольку сам процесс гибки или прокатки обеспечит надежную связь между материалами.
С целью повышения технологичности изготовления антенны и сохранения ее электрических характеристик проводники двухпроводной линии питания монтируют обращенными навстречу друг к другу открытыми сторонами швеллеров или U-образные профилей. При этом зазор между проводниками/швеллерами по всей длине и с обеих сторон закрывают пластинами из изолирующего материала, которые скрепляют с полками швеллеров. Такое соединение конструктивных элементов антенны обеспечивает надежную связь между проводниками двухпроводной линии питания, исключает их соединение изоляторами, так как это принято для обычных логопериодических антенн. Вместе с тем пластины из изолирующего материала защищают внутренние объемы проводников от попадания в них пыли, грязи, посторонних предметов (например, сухих листьев, несомых ветром).
Для первого варианта заявляемого изобретения, проводники которого имеют форму швеллеров, является наиболее предпочтительным установка вибраторов креплением их на основаниях этих швеллеров, имеющих плоскую поверхность. В этом случае на плоской поверхности упомянутых оснований швеллеров закреплены подложки из токопроводящего материала, разнесенные по длине каждого швеллера в соответствии с логарифмическим законом. Вибраторы закреплены на швеллерах посредством скоб, фиксирующих концы вибраторов относительно упомянутых подложек.
Для второго варианта заявляемого изобретения, характеризующегося округлой наружной поверхностью проводников, наиболее предпочтительным методом крепления вибраторов является сварка.
Краткое описание чертежей
Заявляемое техническое решение поясняется следующими чертежами:
на фиг.1 представлен общий вид заявляемой логопериодической антенны по первому варианту, в аксонометрии, изготовленной с проводниками в форме швеллеров;
на фиг.2 - фрагмент I на фиг.1;
на фиг.3 - общий вид заявляемой логопериодической антенны по второму варианту, в аксонометрии, изготовленной с проводниками, поперечное сечение которых имеет U-образную форму;
на фиг.4 показано поперечное сечение антенны по второму варианту.
Примеры осуществления изобретения
Логопериодическая антенна как по первому, так и по второму заявляемым вариантам содержит двухпроводную линию питания, состоящую из двух полых проводников 1 и 2. В антенне, изготовленной согласно первому варианту, проводники имеют форму швеллера, т. е. их поперечное сечение имеет П-образную форму (см. фиг.2), в антенне, изготовленной по второму варианту: U-образное поперечное сечение (см. фиг.4). Внутри одного из проводников (т.е. в пространстве, охваченном его изогнутой с П-образным или U-образным профилем формой) размещен кабель питания 3. Проводники установлены параллельно относительно друг друга и со смещением в плоскости, ортогонально которой расположены скрепленные с проводниками вибраторы 4, линейные размеры и расположение которых выбраны изменяющимися по логопериодическому закону. Выполнены проводники 1 и 2 составными из двух частей: токопроводящей оболочки 5 (5' - соответственно для второго проводника 2) из алюминиевого обладающего высокой электропроводностью сплава, например из АМГ; и из продольного упрочняющего проводник элемента 6 (6'). Продольные элементы 6 и 6' выполнены из стали марки Ст10, т.е. из материала, прочность которого выше прочности материала токопроводящей оболочки. При этом проводники 1 и 2 изготовлены гибкой или прокаткой заготовки, состоящей из двух сочлененных плоскостями пластин, из которых пластина, образующая наружную поверхность проводника, т.е. токопроводящую оболочку 5 (5'), выполнена из токопроводящего материала, а пластина, образующая внутреннюю часть проводника, т.е. продольный упрочняющий элемент 6 (6'), - из материала, прочность которого выше прочности упомянутого токопроводящего материала. При изготовлении проводников 1 и 2 описанные пластины накладывают одна на другую и осуществляют их совместную гибку известным в металлообработке образом с помощью известного оборудования, например на гибочном станке. При гибке пластин внутренний упрочняющий продольный элемент 6 (6') оказывается охваченным второй пластиной, формирующей токопроводящую оболочку 5 (5'), по плотной посадке, что предопределяет целостность проводника как единого элемента, обеспечивает его высокую прочность и устойчивость по отношению к механическим нагрузкам и при этом обеспечивает необходимые электрические характеристики проводника.
Проводники 1 и 2 смонтированы обращенными навстречу друг к другу открытыми сторонами швеллеров (или объемов с U-образным сечением), при этом зазор между ними по всей длине и с обеих сторон закрыт пластинами 7 и 7' из изолирующего материала, преимущественно из стеклотекстолита. С полками проводников 1 и 2 пластины 7 и 7' из изолирующего материала скреплены крепежными элементами 8. Пластины 7 (7) из изолирующего материала выполняют две функции: во-первых, они соединяют проводники в единую конструкцию и обеспечивают их взаиморасположение относительно друг друга (то есть выполняют функцию изоляторов, которые применяются в известных конструкциях логопериодических антенн); во-вторых, эти пластины из изолирующего материала 7 (7') закрывают полые объемы проводников и исключают попадание в них снега, дождя или твердых включений, которые могут находиться в пространстве вокруг антенны.
В первом варианте заявляемого изобретения вибраторы 4 закреплены на основаниях швеллеров через подложки 9 из токопроводящего материала и посредством скоб 10, фиксирующих концы вибраторов относительно упомянутых подложек и относительно проводников.
Во втором варианте вибраторы 4 закреплены на проводниках 1 и 2 с помощью сварки.
Установленная известным образом антенна по любому из заявленных вариантов работает следующим образом. При подаче высокочастотного сигнала на кабель 3 вибраторы возбуждаются симметричной линией. При этом высокочастотный ток течет по поверхности проводников, т.е. по токопроводящим оболочкам 5 (5'). Экспериментально было установлено, что электрические характеристики антенны, выполненной согласно вариантам заявляемого решения, не претерпевают изменений по сравнению с антенной таких же геометрических параметров, но трубы и вибраторы которой выполнены полностью из алюминиевого сплава АМГ. Вместе с тем, прочность такой антенны значительно выше, а технология изготовления существенно упрощена по отношению к антенне, принятой за прототип. При транспортировке антенн, выполненных согласно заявляемому решению, процент поврежденных изделий незначителен, а в процессе эксплуатации такая антенна сохраняет установленное положение полотна при существенных ветровых нагрузках, обледенении и других неблагоприятных погодных условиях.