RU2427946C1 - Log-periodic combined antenna - Google Patents
Log-periodic combined antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2427946C1 RU2427946C1 RU2010109166/07A RU2010109166A RU2427946C1 RU 2427946 C1 RU2427946 C1 RU 2427946C1 RU 2010109166/07 A RU2010109166/07 A RU 2010109166/07A RU 2010109166 A RU2010109166 A RU 2010109166A RU 2427946 C1 RU2427946 C1 RU 2427946C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lca
- module
- vibrators
- symmetric
- log
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
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.The invention relates to antenna technology and can be used in stationary and mobile systems in the meter, decimeter and centimeter wave bands, in particular in wide-band radio complexes for various purposes as a directional antenna.
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:Log-periodic vibrator antennas are known that contain a number of symmetrical vibrators powered from a two-wire distribution line, the shoulders of which are connected in opposite phases (see Petrov B.M., Kostromitin G.I., Goremykin E.V. Log-periodic vibrator antennas: Textbook for universities . - M .: Hot line - Telecom, 2005. - 239 p .; Pat. Of the Russian Federation No. 2189676, IPC
- по диапазону рабочих частот;- in the range of operating frequencies;
- по максимальному коэффициенту направленного действия;- by the maximum coefficient of directional action;
- уровню согласования антенны с коаксиальным фидером;- the level of matching the antenna with the coaxial feeder;
- массогабаритных характеристик и др.- weight and size characteristics, etc.
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).The necessary results are achieved by selecting the parameters τ and σ (see Yatskevich V.A., Aleksandrov V.S. Design of log-periodic vibrator antennas // Antennas, 2005, issue 7-8, pp. 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.Among the known solutions, the closest in technical essence to the claimed devices is a log-periodic combined antenna according to Pat. RF №2157582, IPC7
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.The prototype device contains a first module for receiving signals of a meter wavelength range and made in the form of a symmetric vibrator with linear elements in the form of pipes made of steel, bent at an angle of 120 ° to the main part, a second module for receiving signals of a decimeter wave range containing a number of symmetric vibrators powered from two-wire distribution line of tubular conductors excited by a coaxial feeder located inside one of the conductors of the two-wire distribution line, with each subsequent The symmetric vibrator in the row is powered opposite to the previous symmetric vibrator, and the sizes of the vibrators and the distances between them are selected in accordance with the principle of logarithmic periodicity, and on the opposite side of the short-circuit jumper on the two-wire distribution line there is an amplifier of signals of the decimeter wave range connected to the two-wire distribution line and to the coaxial feeder of the second module of the log-periodic combined antenna (LCA), while the first and second LCA modules are electrically and mechanically interconnected by means of a mounting unit, an interface unit providing power to the amplifier and combining the signals of the first and second modules and supplying it to the output of the LCA.
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.The prototype device provides the reception of radiation in the range of 48.5-862 MHz and is designed to receive television signals from the 1st to the 69th television channels. The antenna has a higher efficiency compared to analogues, increased design resistance to mechanical stress.
Антенна-прототип также обладает недостатком: относительно малая диапазонность, что исключает ее применение для работы со значительным классом современных видов широкополосных сигналов.The prototype antenna also has a disadvantage: a relatively small range, which excludes its use for working with a significant class of modern types of broadband signals.
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.Currently, the urgent task of creating compact directional antennas for receiving and transmitting signals in communication networks with a macro- and micro-cell structure using wide frequency bands in the range 400 MHz - 5 GHz (see Ratinsky M.V. Fundamentals of Cellular Communication / Under. Edited by D.V. Zimin. - M.: Radio and Communications, 1998). There is a steady tendency to increase the nominal values of the operating frequencies used. In addition, due to the fact that the microwave frequency range is currently overloaded, consumers have significantly increased interest in the lower part of the meter wavelength range of 30-300 MHz. In light of this, the task of developing a broadband directional antenna having small dimensions is relevant.
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.A classic log-periodic antenna with such broadband can generally be implemented, but it will have large dimensions (the length of the two-wire distribution line will be 3.5-4.5 meters), large weight (about 100-150 kg), high production cost and operation.
Целью заявляемого технического решения является расширение диапазона рабочих частот при сохранении массогабаритных характеристик логопериодической комбинированной антенны.The aim of the proposed technical solution is to expand the range of operating frequencies while maintaining the overall dimensions of the log-periodic combined antenna.
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.This goal is achieved by the fact that in the known device, consisting of a first module for receiving signals of the meter wavelength range, made in the form of a symmetric vibrator, and a second module for receiving signals of the decimeter wave band, containing a number of symmetric vibrators powered from a two-wire distribution line of tubular conductors, excited a coaxial feeder located inside one of the conductors of the two-wire distribution line, with each subsequent symmetric vibrator in the row of ethane is antiphase to the preceding symmetric vibrator, and the sizes of the vibrators and the distances between them are selected in accordance with the principle of logarithmic periodicity, while the modules for receiving signals of meter and decimeter waves of the LCA are electrically and mechanically connected to each other using the mount, and the vibrators of the module for receiving signals of the decimeter wave range LCA are rigidly fixed on a two-wire distribution line, a broadband balancing-matching device and a third module are additionally introduced, providing Streaming reception of centimeter wavelength signals. The third LCA module contains a series of symmetrical vibrators, powered from a two-wire distribution line shared with the second module, oriented in parallel and in the corresponding planes with the vibrators of the second LCA module. Moreover, the dimensions of the vibrators of the third module and the distances between them correspond to the principle of logarithmic periodicity. In this case, the distribution lines of the second and third LCA modules are performed rectilinearly and at an angle α = 6-8 degrees relative to each other in a plane orthogonal to both planes, which are formed by the shoulders of the symmetric vibrators of the second and third LCA modules. The broadband balancing-matching device is electrically and mechanically connected to the first LCA module and placed in a metal case in the form of a glass and together with the attachment unit provide mechanical and electrical connection of the LCA with an external coaxial feeder.
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.In this case, the symmetric vibrator of the first LCA module is made using a planar vibrator in the form of an isosceles triangle, or circle, etc., the shoulders of which are connected to the conductors of a two-wire distribution line.
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.In the third LCA module, the symmetric vibrators and the two-wire distribution line are made in the form of strip conductors on two single-sided dielectric plates located at an angle α to each other, and the two extreme largest sizes of symmetrical vibrators have T-shaped arms.
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.In addition, symmetric vibrators and a two-wire distribution line of the third module for receiving signals of the centimeter wave range can be made in the form of strip conductors on two sides of the dielectric plate.
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.The broadband balancing device is made in the form of a short-circuited loop, supplemented by a ferrite ring, on which a coaxial feeder and an additional conductor are wound. It should be noted that in a broadband balancing device, instead of a ferrite ring, transformers can be used, worn together on a coaxial feeder and an additional conductor.
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.The above-mentioned new set of essential features due to the fact that the arms of the symmetric vibrator of the first LCA module are modified, the third module for receiving signals of the centimeter wave range in microstrip design (two options) and a broadband balancing-matching device, supplemented with a ferrite ring or transformers, are introduced to achieve the objective of the invention : significantly expand the range of operating frequencies while maintaining the weight and size characteristics of a log-periodic combined antenna.
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.The technical result in the lower part of the proposed frequency range is achieved by changing the shape of the vibrator of the first LCA module (using a planar vibrator) and matching it with the dimensions of the extreme larger vibrators of the second antenna module.
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.In the upper part of the claimed range of operating frequencies, a positive result was achieved using the third module, implemented in a microstrip design on a dielectric (dielectric) plate. As a result of the joint coordination of all three modules, it was possible to obtain the optimal distribution of the electromagnetic field over the antenna sheet. The reduction in the overall dimensions of the LCA outside the first module of the LCA (from the side of the external coaxial feeder) was achieved as a result of the use of a ferrite ring (transformer) in the broadband balancing-matching device. The proposed antenna design options allowed to significantly increase the width of the working frequency range (from 814 MHz for the prototype to 4.97 GHz), which corresponds to a gain of the claimed antenna in broadband more than six times.
Заявляемая антенна поясняется чертежами, где:The inventive antenna is illustrated by drawings, where:
на фиг.1 показана полностью собранная ЛКА в соответствии с заявляемым изобретением без радиопрозрачного защитного колпака и первым вариантом реализации третьего модуля;figure 1 shows a fully assembled LCA in accordance with the claimed invention without a radio-transparent protective cap and the first embodiment of the third module;
на фиг.2 представлена полностью собранная ЛКА в соответствии с заявляемым изобретением без радиопрозрачного защитного колпака и вторым вариантом реализации третьего модуля;figure 2 presents a fully assembled LCA in accordance with the claimed invention without a radio-transparent protective cap and a second embodiment of the third module;
на фиг.3 приведены размеры симметричных вибраторов ЛКА и расстояния между ними:figure 3 shows the dimensions of the symmetric vibrators LCA and the distance between them:
а) при использовании первого варианта исполнения третьего модуля;a) when using the first embodiment of the third module;
б) при использовании второго варианта реализации третьего модуля;b) when using the second embodiment of the third module;
на фиг.4 представлен вариант реализации элементов третьего модуля на одной из двух односторонних диэлектрических пластин в масштабе 1:2;figure 4 presents an embodiment of the elements of the third module on one of two one-sided dielectric plates in a scale of 1: 2;
на фиг.5 показан вариант реализации третьего модуля ЛКА на двухсторонней диэлектрической пластине (одна сторона) в масштабе 1:2;figure 5 shows an embodiment of a third LCA module on a double-sided dielectric plate (one side) in a 1: 2 scale;
на фиг.6 иллюстрируется зависимость КСВ от используемой частоты в полосе рабочих частот заявляемой ЛКА при использовании первого варианта исполнения третьего модуля:figure 6 illustrates the dependence of the SWR from the used frequency in the operating frequency band of the claimed LCA when using the first embodiment of the third module:
а) в полосе частот 24 МГц - 600 МГц;a) in the
б) в полосе частот 600 МГц - 5 ГГц;b) in the frequency band 600 MHz - 5 GHz;
на фиг.7 приведены измеренные значения входного сопротивления ЛКА при использовании первого варианта исполнения третьего модуля ЛКА:Fig.7 shows the measured values of the input resistance of the LCA when using the first embodiment of the third module LCA:
а) в полосе частот 24 МГц - 600 МГц;a) in the
б) в полосе частот 600 МГц - 5 ГГц;b) in the frequency band 600 MHz - 5 GHz;
на фиг.8 иллюстрируются измеренные значения КСВ для рабочей полосы частот заявляемой ЛКА при использовании в ней второго варианта исполнения третьего модуля:on Fig illustrates the measured values of the SWR for the operating frequency band of the claimed LCA when using the second embodiment of the third module in it:
а) в полосе частот 24 МГц - 600 МГц;a) in the
б) в полосе частот 600 МГц - 6 ГГц;b) in the frequency band 600 MHz - 6 GHz;
на фиг.9 приведены измеренные значения входного сопротивления ЛКА для рабочей полосы частот и второго варианта реализации третьего модуля:figure 9 shows the measured values of the input impedance LCA for the working frequency band and the second embodiment of the third module:
а) в полосе частот 24 МГц - 600 МГц;a) in the
б) в полосе частот 600 МГц - 5 ГГц.b) in the frequency band 600 MHz - 5 GHz.
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.Log-periodic combined antenna (see figure 1), containing the first module for receiving signals of the
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.To expand the range of operating frequencies while maintaining weight and size characteristics, a broadband balancing-matching
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.In this case, the symmetric vibrator of the first module 1 (see figure 1) is performed using a planar vibrator in the form of an isosceles triangle, or circle, etc., the shoulders of which are connected to the conductors of the two-wire distribution line 4.1 and 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.In the log-periodic combined antenna (see Figs. 1 and 4), in the third module for receiving signals of
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.In the log-periodic combined antenna (see Figs. 2 and 5) in the third module for receiving signals of
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.In the inventive LCA (see FIGS. 1 and 2), the broadband balancing-matching
Следует отметить, что в широкополосном симметрирующем устройстве 10 вместо ферритового кольца можно использовать трансфлюкторы, одеваемые совместно на коаксиальный фидер 5 и дополнительный проводник.It should be noted that in the
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.Currently, the synthesis of LCA in its pure form (development of a design that optimally implements the required characteristics) is not possible (see Petrov B.M. et al. Log-periodic vibrator antennas: a manual for universities - M .: Hot line - Telecom, 2005, p. 40). The operating frequency range ΔF of the LCA is mainly determined by the parameters τ, σ and the number of vibrators N used, but there are no analytical expressions of the dependence of ΔF on these parameters. Therefore, the inventive antennas are developed by the method of successive approximations by analyzing a pre-selected option with τ≃0.9; σ≃0.18 and N≃40-45, changes in the geometric dimensions and design of the LCA based on the results of the analysis.
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.Figure 1-3 shows the optimal dimensions of the antenna variants that were obtained on the experimental layouts. The first embodiment of the antenna is shown in figure 1. The first LCA module is made in the form of a
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.The
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).The first embodiment of the
Широкополосное симметрирующе-согласующее устройство 10 представляет собой короткозамкнутый шлейф длиной λср/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) Wсл в волновое сопротивление несимметричного коаксиального фидера Wнс, 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).Broadband balancing-matching
Известно, что фидер 5 обычно закорачивается за первым наибольших размеров вибратором (вибратором первого модуля 1) на расстоянии λmax/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.It is known that the
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).The second embodiment of the inventive LCA (see figure 2) contains similar first and
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).The third module of the LCA 6 (see figure 2) is a log-periodic antenna in microstrip design on a
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.Figure 2 shows the appearance of the LCA for the case of use in a broadband balancing-matching
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 εr=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.Two-wire distribution lines 4.1, 9.1 and 4.2, 9.2 in the first embodiment of the third LCA module 6 (see Fig. 1) are at an angle α = 6-8 ° relative to each other. In the second embodiment of the implementation of
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.The physical processes that occur in both versions of the proposed LCA (see figures 1, 2) are similar, therefore, their work should be considered on the example of one of them. Structural elements (vibrators) of the LCA are excited by out-of-phase distribution lines 4.1, 9.1 and 4.2, 9.2, starting from the shortest vibrator 8.32 of the
В режиме передачи сигнал Uc от генератора со средней частотой fc 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 fc активная область перемещается в сторону более длинных вибраторов, при повышении частоты - в сторону более коротких.In the transmission mode, the signal U c from the generator with an average frequency f c through the external
Вибраторы активной области находятся в неравных условиях по отношению к сигналу Uc 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 fc ток в этом вибраторе возбуждается. Резонансная частота следующего вибратора ближе к частоте fc, 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 fс, 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.The vibrators of the active region are in unequal conditions with respect to the signal U c in the
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°.Within the operating frequency range of the LCA, the maximum radiation is directed along the axis of the antenna towards shorter vibrators. Measurements showed that the width of the radiation pattern of both antenna variants of the antenna in the E plane at a level of 3 dB at frequencies up to 150 MHz was 70-80 °, and at frequencies above 150 MHz it decreased to a value of 45-65 °. In the H plane, the radiation pattern at frequencies up to 150 MHz is approximately circular, over 150 MHz the width of the beam lies in the range 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 1,5.6 and 7 show the results of measuring the dependence of the SWR and the input impedance of the first variant of the LCA on the used frequency band. In the frequency band 24-600 MHz, the SWR is generally less than 3 (see Fig. 6a), and the input impedance (see Fig. 7a) fits into a circle equal to the
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.On figb shows the results of measurements of the input impedance of the LCA in the frequency band 600 MHz - 5000 MHz, which indicate that the input impedance is multi-resonant in the region of 50 Ohms and fits into a circle equal to KBV 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.On Fig and 9 shows the results of measurements of the dependence of the SWR and input impedance of the second embodiment of the LCA from the used frequency band. From their consideration follows the conclusion that they basically coincide. In addition, the characteristics shown in Fig.6-9 indicate sufficient quality of work performed by inter-module coordination. It should be noted that for outdoor use of the proposed antenna on the
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.All details of the proposed antenna and its variants according to the present invention have a simple shape and are made of widely used conductive materials in practice. This allows you to implement the manufacture of LCA in mass production easily and cheaply.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010109166/07A RU2427946C1 (en) | 2010-03-11 | 2010-03-11 | Log-periodic combined antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010109166/07A RU2427946C1 (en) | 2010-03-11 | 2010-03-11 | Log-periodic combined antenna |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2427946C1 true RU2427946C1 (en) | 2011-08-27 |
Family
ID=44756915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010109166/07A RU2427946C1 (en) | 2010-03-11 | 2010-03-11 | Log-periodic combined antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2427946C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2587495C2 (en) * | 2014-05-23 | 2016-06-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир) | Method of transmitting signals through omnidirectional circular log periodic vertically polarised antenna array and antenna array therefor |
| RU2680609C1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-02-25 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method of reducing influence of metal constructions on parameters of closely spaced fm band antennas |
| RU2691767C1 (en) * | 2018-05-11 | 2019-06-18 | Иван Владимирович Шор | Ultra-broadband combined log-periodic antenna |
-
2010
- 2010-03-11 RU RU2010109166/07A patent/RU2427946C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2587495C2 (en) * | 2014-05-23 | 2016-06-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир) | Method of transmitting signals through omnidirectional circular log periodic vertically polarised antenna array and antenna array therefor |
| RU2680609C1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-02-25 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method of reducing influence of metal constructions on parameters of closely spaced fm band antennas |
| RU2691767C1 (en) * | 2018-05-11 | 2019-06-18 | Иван Владимирович Шор | Ultra-broadband combined log-periodic antenna |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103843196B (en) | Unilateral multiband antenna | |
| US9917356B2 (en) | Band-notched spiral antenna | |
| CN105789902B (en) | Composite loop antenna | |
| KR20110129462A (en) | High gain metamaterial antenna device | |
| Khan et al. | Various types of antenna with respect to their applications: a review | |
| CN107611600A (en) | A kind of SIW annular slot antennas for producing bimodulus OAM vortex electromagnetic waves | |
| CA2764005A1 (en) | A compact ultra wide band antenna for transmission and reception of radio waves | |
| Guo et al. | Wide-beamwidth unilateral dielectric resonator antenna using higher-order mode | |
| CN101013772A (en) | Low-frequency ultra-wideband compact feed | |
| RU2427946C1 (en) | Log-periodic combined antenna | |
| Salimi et al. | Design of a compact Gaussian profiled corrugated horn antenna for low sidelobe-level applications | |
| RU2401492C1 (en) | Wideband turnstile cavity antenna | |
| RU2335834C1 (en) | Super wide band transceiver antenna | |
| Firdausi et al. | Microstrip antenna array for next generation WLAN 802.11 ac applications | |
| RU2205478C2 (en) | Superbroad-band transceiving antenna | |
| KR102273378B1 (en) | Electromagnetic bandgap structure | |
| RU2356140C1 (en) | Log-periodic vibrator antenna | |
| Shanmuganatham et al. | Design of multi utility multi band microstrip calculator shaped patch antenna using coaxial feed | |
| Xu et al. | Antipodal Vivaldi antenna for phased array antenna applications | |
| Ojaroudi et al. | UWB square monopole antenna with omni-directional radiation patterns for use in circular cylindrical microwave imaging systems | |
| KR101727859B1 (en) | Multi-band antenna for energy harvesting | |
| TW201616729A (en) | Dual-frequency directivity antenna device and array thereof | |
| Zhang et al. | Ultra-Wideband Vertically Polarized Omnidirectional Periodic Patch-Inspired Antenna with Low Profile | |
| Yunus et al. | Incorporation of Spiral Shaped Defected Ground Structure for Improving Radiation Characteristic of Planar Array-Antenna | |
| Rousstia et al. | 60-GHz wideband branchline coupler and patch antenna with dielectric rod for full-duplex gigabit wireless communication |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120312 |