СВЕРХШИРОКОПОЛОСНАЯ ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКАЯ АНТЕННА
ULTRABROADBAND LOG-PERIODIC ANTENNA

Изобретение относится к антенной технике, а именно к сверхширокополосным антеннам, работающим в непрерывном диапазоне ультравысоких (УВЧ), сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (КВЧ) частот и предназначенным для использования в радиотехнических системах различного назначения.
Логопериодические антенны (ЛПА) широко известны (Сверхширокополосные антенны. /Под ред. Л.С. Бененсона. - М.: Мир, 1964, с. 6, 250). ЛПА выполняются из двух одинаковых металлических логопериодических структур (плечей), разделенных зазором и возбуждаемых в противофазе. Структуры располагаются параллельно или под углом друг к другу и питаются либо от симметричной двухпроводной линии, либо от коаксиальной или микрополосковой линии, проходящей вдоль продольной оси антенны.
Одна из первых логопериодических антенн, использовавшаяся как облучатель для линзовых и зеркальных антенн, работала в диапазоне частот 600-6000 МГц (Сверхширокополосные антенны. /Под ред. Л.С. Бененсона. - М.: Мир, 1964, с. 371).
Большинство практически реализованных ЛПА работают в диапазоне частот ниже 10 ГГц. Например, антенна пассивная логопериодическая П6-68 имеет рабочий диапазон частот 500-3000 МГц (интернет сайт «Специального конструкторского бюро радиоизмерительной аппаратуры», г. Нижний Новгород, www.skbriap.ru).
Сверхширокополосная измерительная логопериодическая антенна П6-122М2 и малогабаритная широкополосная логопериодическая антенна АС4.31 компании «СКАРД-Электроникс» работают соответственно в диапазонах частот 0,3-6 ГГц и 1-18 ГГц (интернет сайт АО «СКАРД-Электроникс», г. Курск, www.skard.ru).
Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является выбранная в качестве прототипа логопериодическая направленная антенна HLO5O фирмы ROHDE&SCHWARZ (интернет сайт компании ROHDE&SCHWARZ, www.rohde-schwarz.ru). Антенна работает в диапазоне частот от 850 МГц до 26,5 ГГц и является наиболее высокочастотной из известных ЛПА. Конструктивно антенна представляет собой две одинаковые плоские металлические логопериодические структуры, установленные под углом друг к другу. Каждая из логопериодических структур состоит из двух частей. Нижняя часть установлена на опорном корпусе и соединена с верхней частью, являющейся высокочастотным продолжением логопериодической структуры. Вблизи верхушки антенны имеются элементы крепления, фиксирующие вершины логопериодических структур одну относительно другой. Антенна закрывается радиопрозрачным кожухом.
К недостаткам этих антенн можно отнести указанную ограниченность высокочастотной части рабочего диапазона частот.
Целью изобретения является разработка сверхширокополосной максимально высокочастотной логопериодической антенны, верхняя высокочастотная граница рабочего диапазона частот которой расположена в диапазоне КВЧ.
Указанная цель достигается тем, что в антенне, состоящей из двух одинаковых плоских металлических логопериодических структур, установленных под углом друг к другу, обе логопериодические структуры выполнены в виде печатной платы на одной стороне пластины гибкого фольгированного диэлектрика, согнутой на требуемый угол в месте зазора между вершинами структур.
На рис. 1 представлена конструкция сверхширокополосной ЛПА, где 1 - логопериодические структуры, 2 - линия питания, 3 - опорный диэлектрический корпус. На рис. 2 изображены логопериодические структуры на пластине фольгированного диэлектрика.
Сверхширокополосная логопериодическая антенна состоит из двух одинаковых плоских металлических логопериодических структур, выполненных в виде печатной платы на одной стороне пластины гибкого фольгированного диэлектрика. Структуры на печатной плате располагаются соосно вершинами друг к другу с необходимым зазором. Перед сборкой антенны логопериодические структуры вырезаются по вершинам зубцов (вибраторов), причем в месте зазора между структурами остается участок диэлектрической пластины, свободный от металла. Далее пластина, согнутая с помощью приспособления в месте зазора между вершинами структур на требуемый угол, устанавливается на опорный диэлектрический корпус. Логопериодические структуры возбуждаются в противофазе расположенной по оси антенны линией питания, выполненной в виде сверхширокополосного симметрирующего согласующего трансформатора.
Высокочастотная граница рабочего диапазона частот ЛПА теоретически не ограничена и на практике зависит от типа и размеров линии питания и достижимой точности изготовления вибраторов, расположенных вблизи вершин логопериодических структур. Указанные малые вибраторы, длина которых должна быть меньше половины длины волны, соответствующей верхней частоте рабочего диапазона частот, относительно просто реализуются при изготовлении логопериодических структур в виде печатной платы методом фотохимического травления на фольгированном диэлектрике.
В то же время при использовании в антенне двух отдельно изготовленных логопериодических структур сложно добиться повторяемости расположения вершин структур относительно друг друга и от проводников линии питания. Нарушения требуемого взаимного положения или использование каких-либо дополнительных элементов крепления в вершине антенны влияют на амплитудно-фазовое распределение токов в вибраторах активной зоны в вершине антенны и, как следствие, искажается форма диаграмм направленности и увеличивается уровень бокового излучения. Это ограничивает верхнечастотную границу рабочего диапазона частот антенны.
Выполнение обеих логопериодических структур в виде печатной платы на одной пластине гибкого фольгированного диэлектрика с последующим изгибанием пластины на требуемый угол обеспечивает точную фиксацию вершин логопериодических структур относительно друг друга и от проводников линии питания без дополнительных элементов крепления. Это при достаточно малой длине вибраторов в вершинах логопериодических структур позволяет получить удовлетворительную форму диаграммы направленности и приемлемый малый уровень бокового излучения в области верхних частот и тем самым сделать антенну максимально высокочастотной.
Печатное исполнение логопериодических структур упрощает конструкцию антенны, уменьшает ее металлоемкость и массу. Современная прогрессивная технология фотохимического травления обеспечивает хорошую повторяемость геометрических размеров логопериодических структур, высокую технологичность и стабильность радиотехнических характеристик антенны.
Таким образом, изготовление обеих логопериодических структур антенны в виде печатной платы на одной стороне пластины гибкого фольгированного диэлектрика решает поставленную задачу и обеспечивает достижение требуемого технического результата - расширение рабочего диапазона частот антенны в область верхних частот.
Сверхширокополосные ЛПА с двумя логопериодическими структурами, выполненными в виде печатной платы на одной стороне пластины гибкого фольгированного диэлектрика, изготовлены, проверены и используются в автоматизированной системе контроля (АСК) и в антенной системе станции радиотехнического контроля (СРТК).
Сверхширокополосная ЛПА работает в непрерывном диапазоне частот от 1 до 32 ГГц. Антенна имеет удовлетворительные осесимметричные диаграммы направленности с шириной, изменяющейся от 100° в нижней части рабочего диапазона частот до 35° в его верхней части. Отклонение диаграммы направленности от продольной оси антенны в основном не более 10°. Уровень бокового излучения (боковые и задние лепестки диаграммы направленности) не превышает 5%. В верхней части диапазона частот выше 26 ГГц диаграммы направленности имеют небольшие вполне допустимые искажения, глубина которых менее 1,9 дБ. В целом антенна работоспособна в УВЧ, СВЧ и КВЧ диапазонах частот с перекрытием 32:1.