Логопериодические вибраторные антенны: Учебное пособие, страница 4

Необходимо отметить, что направленная антенна далеко не всегда предполагает работу только в одном направлении. Направленные антенны телецентров обеспечивают приём телевидения во всех направлениях вокруг телецентра, но они мало излучают в верхнюю полусферу (в космос) и в нижнюю полусферу (в землю). Основная мощность излучается в направлении горизонта или чуть ниже, что и обеспечивает значительное увеличение радиуса действия телецентра без увеличения мощности передатчика.

Следует отметить, что в современной технике существуют целые направления, которые вообще не могут существовать без направленных антенн – это радиолокация, радиоастрономия, космическая связь и т.д.

Применение направленных антенн позволяет значительно увеличить дальность и качество связи, часто без существенных затрат, и в какой-то степени решить задачу ЭМ совместимости одновременно работающих радиосредств. Особенно это заметно в тех случаях, когда связь требуется обеспечить не во всех направлениях, а в каком-то секторе углов. В этих случаях необходимы, по возможности, простые, лёгкие, прочные и технологичные направленные антенны со стандартным входным сопротивлением 50 Ом и хорошим согласованием с фидером в рабочей полосе частот.

Из антенн небольшой направленности (с коэффициентом направленного действия КНД = 1011дБ), на наш взгляд, наиболее удобными представляются логопериодические вибраторные антенны (ЛПВА). Основное достоинство этих антенн в том, что они позволяют обеспечить хорошие электрические характеристики практически в любой заданной полосе частот, а их габариты и весовые характеристики заметно меньше, чем у антенн других известных типов, в частности, широко распространённой антенны Уда-Яги (“волновой канал”). Уменьшение габаритов особенно ощутимо для антенн со сравнительно небольшим рабочим диапазоном частот. К достоинствам ЛПВА можно отнести и отсутствие элементов настройки, хотя этот вопрос может оказаться и спорным.

ЛПВА известна достаточно давно, но до сих пор существует отношение к ней как к некоторой экзотике. Общепринятое мнение таково, что логопериодические антенны представляют интерес в тех редких случаях, когда необходимо работать в очень широкой полосе частот, габариты у них большие, а усиление около 7дБ. Кроме того, ЛПВА обычно конструктивно сложнее антенны Уда-Яги и часто возникают проблемы с креплением их на опорах. Однако конструктивные недостатки ЛПВА существенно уменьшаются, если антенны выполняются полностью или частично-печатными, а габариты этих антенн, как уже упоминалось, получаются заметно меньше. При этом электродинамические характеристики печатных антенн изменяются незначительно.

В.2.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

ЛПВА была предложена и разработана в 1958 г. Избеллом [1] на основе более ранней работы Дюамеля и Избелла [2] по логарифмическим структурам. Эта антенна впервые была подробно исследована Кэррелом, результаты исследований опубликованы ещё в 1961 году [3] и с тех пор эта работа многократно цитировалась [4]. В нашей стране в 1964 году вышел сборник статей [5], в котором опубликован перевод этой работы. В ней приведено много экспериментальных результатов и большое количество номограмм, позволяющих быстро рассчитать конкретную антенну. К сожалению, результаты расчётов этим методом оказываются приближёнными, поэтому антенну приходится много дорабатывать экспериментально.

В последующих работах авторы на основе экспериментов описывают недостатки метода Кэррела и предлагают собственные, более точные и учитывающие особенности ЛПВА, методы расчетов.

Представленная в статье [6] методика основана на более строгом подходе к нахождению распределения тока по вибраторам, которая позволяет точнее определить распределение токов по вибраторам ЛПВА. При этом используется метод, предложенный Кингом, Чеонгом, и другими авторами ([7] – [10]) для изучения линейных решёток неравномерно расположенных диполей неравной длины. Суть метода состоит в аппроксимации реального закона распределения осевого тока тремя синусоидальными гармониками (гармоники Кинга) для случая, когда 2 h/a >> 1 (h – половина длины вибратора, а – радиус вибратора), т.е., когда можно пренебречь концевым эффектом и емкостью между входами. Результаты приведены на диаграммах, аналогичных приведенным Кэрреллом в [5], которые позволяют проектировать ЛПВА с входным сопротивлением от 50 до 500 Ом и для трех значений отношения половинной длины вибратора к радиусу более точно, чем предложил Кэррел.