Разработка логопериодической антенны для приема телевизионных сигналов с 1 по 12 канал с коэффициентом направленного действия 14,1 дБ, страница 2

          В рассмотрении механизма действия частотно-независимых антенн основным является принцип электродинамического подобия. Этот принцип устанавливает идентичность диаграммы направленности (ДН) и входных сопротивлений двух различных антенн на частотах  и , если форма этих антенн одинакова, а соответствующие размеры обратно пропорциональны относительно частот, т.е. . Такие антенны с одинаковыми размерами в длинах волн называются электродинамически подобными. Выполнить антенну так можно лишь в случае, если ее форма определяется лишь угловыми размерами. Практический пример – плоская бесконечная эквиугловая структура. Кроме того, такие структуры можно создавать располагая металлические пленки по поверхности корпуса. Замечательной особенностью эквиугловых структур является своеобразная автоматическая отсечка токов. Это явление состоит в том, что амплитуды токов, возникающие в спиральных пленках под действием генератора, резко уменьшается (до 100 раз) после прохождения витка спирали, периметр которого примерно равен длине волны. Остающаяся невозбужденной внешняя часть структуры может быть отброшена, и это почти не сказывается на характеристиках. Вследствие отсечки токов в излучении эквиугловой структуры конечных размеров участвует только центральная часть с диаметром примерно равным . Нижняя граница диапазона определяется из условия равенства длины волны периметру последнего витка структуры. Верхняя граница определяется соизмеримостью с длиной волны размеров области возбуждения антенны. Кроме того огромное значение имеет еще одно обстоятельство, связанное с принципом перестановочной двойственности. Дело в том, что плоская структура может одновременно трактоваться как электрическая и как магнитная излучающая система. При совпадении форм электрической и магнитной частей структуры входное сопротивление равно 60п Ом на любой частоте.

          Можно сформулировать несколько принципов создания частотно-независимых антенн:

          – условие автоматической отсечки токов, гарантирующее постоянство электрического размера излучающей части антенны;

          – форма антенны должна определяться в основном угловыми размерами;

          – форма щелевой части плоской антенны должна совпадать с формой вибраторной части (принцип дополнительности).

          Первостепенное значение принадлежит принципу отсечки токов. Нарушение второго принципа и третьего в реальных системах не обязательно приводит к заметному ухудшению частотных свойств.

          Принцип отсечки токов воплощен в антеннах с логарифмической периодичностью параметров в зависимости от частоты.

          Простейшей антенной такого типа является плоская логопериодическая антенна, рис.1а. Кроме того были найдены другие формы логопериодических антенн, рис.1б, в.

Было обнаружено, что разворот плеч антенны относительно оси  на  может обеспечить однонаправленное излучение в сторону вершины структуры.

          В предельном случае оба плеча совмещаются и образуется плоская логопериодическая антенна. Такую антенну удобно трактовать как переменнофазную линейную решетку симметричных вибраторов постоянно уменьшающейся длины, возбуждаемых двухпроводной линией, рис.2а.

а)

б)

в)

рис. 1. Формы логопериодических структур.

          Было обнаружено, что разворот плеч антенны относительно оси  на  может обеспечить однонаправленное излучение в сторону вершины структуры.

          В предельном случае оба плеча совмещаются и образуется плоская логопериодическая антенна. Такую антенну удобно трактовать как переменнофазную линейную решетку симметричных вибраторов постоянно уменьшающейся длины, возбуждаемых двухпроводной линией, рис.2.

          Идея состоит в следующем. Расположенные в центре структуры диполи в противофазе нейтрализуют друг друга. При увеличении  наступает момент, когда задержка фазы в предыдущей линии вместе с дополнительным сдвигом на  приводит к такому сдвигу фазы соседних диполей на . При этом поля двух диполей формируют волну, идущую по направлению к входу структуры, т.е. если такие диполи с разностью фаз  настроены в резонансе, то структура формирует луч, как бы исходящий из вершины антенны.

а)

рис. 2. Плоская логопериодическая антенна.

          Для объяснения принципа действия выделим активную область с наибольшими излучающими тонами. В первом приближении эта область включает в себя вибратор резонансной длины (размер плеча около ) и несколько вибраторов, прилегающих к нему с двух строк. Остальные вибраторы из-за сильной расстройки возбуждаются слабо, и их влияние на излучаемое поле невелико.