СВЕРХШИРОКОПОЛОСНАЯ ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКАЯ АНТЕННА С КОЛЛИНЕАРНЫМИ ВИБРАТОРАМИ

Полезная модель относится к антенной технике и может найти применение в качестве передающей сверхширокополосной антенны диапазона 2-30 МГц с повышенным значением коэффициента усиления, используемой на стационарных и мобильных объектах связи с передатчиками средней и повышенной мощности.
Известны антенные системы - коллинеарные антенны, в которых эффект повышения коэффициента усиления достигается за счет последовательного соединения полуволновых проводников через реактивные двухполюсники, которые позволяют получить синфазное распределение тока на всех проводниках, образующих коллинеарную антенну [Бузов А.Л. Казанский Л.С. Романов В.А. Сподобаев Ю.М. Антенно-фидерные устройства систем сухопутной подвижной радиосвязи. - М.: Радио и связь, 1997. - 150 с.].
Известны технические решения по созданию коллинеарных структур (патенты №2385519, №2157581), но необходимо отметить, что общим свойством описанных решений является их работа в сантиметровом, метровом, дециметровом диапазонах.
Известна антенна с логарифмическим периодом излучения, описанная в патенте №2392706, работающая в декаметровом диапазоне волн, однако представленная конструкция не обеспечивает перекрытие всего коротковолнового диапазона, а максимальный коэффициент усиления на верхней частоте достигает лишь 6,2 дБ.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является плоская логопериодическая вибраторная антенна по патенту РФ №2088003 (МПК: H01Q 11/10), состоящая из множества излучателей, имеющих форму диполей, расположенных параллельно друг другу и присоединенных к двухпроводному фидеру.
Недостатком известной плоской логопериодической антенны является узкий рабочий диапазон частот в ДКМВ диапазоне (коэффициент перекрытия по частоте составляет ), а также относительно низкий коэффициент усиления на верхней частоте равный 10 дБ.
Целью заявляемой полезной модели является создание антенны, способной обеспечивать работу во всем коротковолновом диапазоне от 2 до 30 МГц (коэффициент перекрытия по частоте ) с повышенным значением абсолютного коэффициента усиления.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в основу полезной модели положена многовибраторная пирамидальная логопериодическая антенна с параметрами знаменателя геометрической прогрессии τ=0,87 и относительного расстояния между вибраторами σ=0,12, содержащая 26 вибраторов сосредоточенных по всей длине структуры, подключенных поочередно противофазно через один к двухпроводной распределительной линии, причем к обоим концам каждого вибратора структуры крепятся изолированные гальванически дополнительные, т.н. коллинеарные проводники (вибраторы), длины которых и расположение относительно основных активных вибраторов удовлетворяют соотношениям:
1
2
- для вибраторов №1-17 - l=0,93L, l=0,1L;
- для вибраторов №18-26 - , ,
1
2
где l - длина коллинеарного вибратора, l - удаление коллинеарного вибратора от активного в проекции на горизонтальную плоскость, L - длина активного вибратора.
Дополнительно в конструкции логопериодической антенны включен принцип пирамидальности - вибраторы относительно собирательной линии наклонены по отношению к земле на угол Ψ, лежащий в пределах 100°≤Ψ≤155°, что является конструктивным требованием к выполнению антенны. Сама же логопериодическая структура с целью сокращения количества опорных мачт и упрощения конструкции имеет излом, вершиной которого является место соединения вибратора №22 с распределительной линией, выбранный таким образом, чтобы обеспечить угол наклона части распределительной линии с вибраторами №1-22 с горизонтальной плоскостью в 22°, с вибраторами №22-26 с горизонтальной плоскостью в 20°.
Техническим результатом, достигаемым при реализации всей совокупности заявляемых существенных признаков, является расширение рабочего диапазона частот до всей коротковолновой области, а также повышение абсолютного коэффициента усиления на 2-3 дБ.
Возможность достижения поставленной цели подтверждается результатами аналитического расчета и математического моделирования с помощью программного пакета 4NEC2X (v.5.8.1).
Предлагаемая конструкция логопериодической антенны с коллинеарными вибраторами иллюстрируется и поясняется чертежами фиг. 1, фиг. 2.
На фиг. 1 и фиг. 2 представлены общий вид и виды в проекциях на плоскости XY, YZ, XZ заявляемой логопериодической антенны соответственно. Логопериодическая антенна содержит 26 вибраторов 1, 2, 3, конструкция которых предполагает наличие активных вибраторов 8 и расположенных на определенном расстоянии 9 от них дополнительных коллинеарных вибраторов 7. Активные вибраторы 8 коммутируются к распределительной (собирательной) линии 4 перекрестно. Высота подвеса полотна антенны обеспечивается с помощью задействования одной мачты высотой 35 метров, устанавливаемой в месте соединения 6 вибратора №22 с распределительной линии 4, при этом конец распределительной линии 10 с низкочастотными вибраторами закрепляется на подпорке высотой 9 метров таким образом, чтобы обеспечить угол α1 с осью X, а часть с высокочастотными вибраторами угол α2 с осью X с закреплением начала распределительной линии - точки питания 5 на подпорке высотой 5 метров.
Результаты расчетов и математического моделирования в виде значений коэффициента усиления на частотах диапазона, графика зависимости коэффициента стоячей волны по напряжению относительно линии питания с волновым сопротивлением 300 Ом, диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях на крайних и средней частоте рабочего диапазона представлены на фиг. 3.
Логопериодическая антенна работает следующим образом.
При подведении высокочастотной энергии к точке питания антенны ЛПА начинает излучать, причем в излучении участвует группа вибраторов, называемая активной зоной. Примерно в середине активной зоны располагается фазовый центр антенны. При изменении частоты подводимой высокочастотной энергии зона перемещается вдоль структуры, располагаясь в той части антенны, где длина активных вибраторов, примерно соответствует половине длине волны. Именно на этих вибраторах наблюдается наибольшее по амплитуде распределение тока. Кроме того, за счет сильных наведенных взаимосвязей возникают токи и на дополнительных коллинеарных вибраторах, гальванически изолированных от основных - активных, вследствие чего и наблюдается эффект увеличения коэффициента усиления.