Логопериодическая антенна ( ЛП ), также известная как логопериодическая решетка или логопериодическая антенна , представляет собой многоэлементную направленную антенну , предназначенную для работы в широком диапазоне частот . Его изобрел Джон Данлави в 1952 году.
Наиболее распространенной формой логопериодической антенны является логопериодическая дипольная решетка или LPDA . LPDA состоит из ряда полуволновых дипольных элементов постепенно увеличивающейся длины, каждый из которых состоит из пары металлических стержней. Диполи установлены близко друг к другу в линии, подключенной параллельно питающей линии с чередующейся фазой . Электрически он имитирует серию двух- или трехэлементных антенн Яги-Уда, соединенных вместе, каждая из которых настроена на разную частоту.
Антенны LPDA чем-то похожи на антенны Яги, поскольку обе они состоят из дипольных стержневых элементов, установленных в линию вдоль опорной стрелы, но работают по-разному. Добавление элементов в Yagi увеличивает его направленность или усиление , а добавление элементов в LPDA увеличивает его частотную характеристику или полосу пропускания .
Одним из крупных применений LPDA являются антенны наземного телевидения на крыше , поскольку они должны иметь большую полосу пропускания для покрытия широких телевизионных диапазонов примерно 54–88 и 174–216 МГц в ОВЧ и 470–890 МГц в УВЧ , а также иметь высокий коэффициент усиления. для адекватного пограничного приема. Одна широко используемая конструкция для приема телевизионных сигналов сочетала в себе Yagi для приема в диапазоне УВЧ и более крупный LPDA для приема в диапазоне УКВ.
LPDA обычно состоит из серии полуволновых дипольных «элементов», каждый из которых состоит из пары металлических стержней, расположенных вдоль опорной стрелы, лежащей вдоль оси антенны. Элементы расположены через интервалы, соответствующие логарифмической функции частоты , известной как d или сигма . Длина последовательных элементов и расстояние между ними постепенно уменьшаются по ходу стрелы. Отношения между длинами — это функция, известная как тау . Сигма и тау — ключевые элементы дизайна LPDA. [1] [2] Диаграмма направленности антенны однонаправленная, с основным лепестком вдоль оси штанги, с концами с самыми короткими элементами. Каждый дипольный элемент резонансен на длине волны , примерно равной удвоенной его длине. Полоса пропускания антенны, диапазон частот , в котором она имеет почти максимальное усиление , находится примерно между резонансными частотами самого длинного и самого короткого элементов.
Каждый элемент антенны LPDA является управляемым элементом , то есть электрически подключенным к фидерной линии . Вдоль центральной стрелы обычно проходит параллельная проводная линия передачи , и каждый последующий элемент подключается к ней в противофазе . Линию подачи часто можно увидеть зигзагообразной поперек опорной стрелы, удерживающей элементы. [2] Другой распространенный метод строительства — использование двух параллельных центральных опорных стрел, которые также действуют как линия передачи, с установкой диполей на чередующихся стрелах. Другие формы логопериодической конструкции заменяют диполи самой линией передачи, образуя логопериодическую зигзагообразную антенну. [3] Также существуют многие другие формы, использующие провод передачи в качестве активного элемента. [4]
На первый взгляд конструкции Yagi и LPDA выглядят очень похожими, поскольку они оба состоят из ряда дипольных элементов, установленных вдоль опорной стрелы. Однако Yagi имеет только один ведомый элемент , подключенный к линии передачи, обычно второй с задней стороны массива, остальные элементы являются паразитными . Антенна Яги отличается от LPDA очень узкой полосой пропускания.
В общих чертах, на любой заданной частоте логопериодическая конструкция работает примерно так же, как трехэлементная антенна Яги; дипольный элемент, наиболее близкий к резонансу на рабочей частоте, действует как возбуждаемый элемент, при этом два соседних элемента с каждой стороны служат директором и отражателем для увеличения усиления, более короткий элемент спереди действует как директор, а более длинный элемент позади - как отражатель. . Однако система несколько сложнее, и все элементы вносят свой вклад в той или иной степени, поэтому выигрыш для любой заданной частоты выше, чем у Яги тех же размеров, что и у любой отдельной секции логопериодической системы. Однако Яги с тем же количеством элементов, что и логопериодический, будет иметь гораздо более высокий коэффициент усиления, поскольку все эти элементы улучшают усиление одного управляемого элемента. При использовании в качестве телевизионной антенны обычно сочетали логопериодическую конструкцию для УКВ с Яги для УВЧ, при этом обе половины были примерно одинаковыми по размеру. Это привело к гораздо более высокому усилению для УВЧ, обычно порядка 10–14 дБ на стороне Яги и 6,5 дБ для логопериодической стороны. [5] Но это дополнительное усиление в любом случае было необходимо для того, чтобы компенсировать ряд проблем с сигналами УВЧ .
Следует строго отметить, что логопериодическая форма согласно определению IEEE [6] [7] не соответствует широкополосным свойствам антенн. [8] [9] Широкополосное свойство логопериодических антенн обусловлено их самоподобием . Плоская логопериодическая антенна также может быть сделана самодополняющей , например логарифмические спиральные антенны (которые не классифицируются как логопериодические как таковые , но относятся к частотно-независимым антеннам, которые также являются самоподобными) или логопериодическая зубчатая конструкция. . Ю. Мушиаке обнаружил для того, что он назвал «самой простой самодополняющей планарной антенной», импеданс ведущей точки η 0 /2 = 188,4 Ом на частотах, находящихся в пределах ее полосы пропускания. [10] [11] [12]
Джон Данлави изобрел логопериодическую антенну в 1952 году, когда работал в ВВС США, но ему не приписали ее изобретение из-за ее «секретности». [13] Университет Иллинойса в Урбане-Шампейне запатентовал антенны Исбелла и Мэйса-Каррела и лицензировал эту конструкцию в виде пакета исключительно для компании JFD Electronics в Нью-Йорке. Channel Master и Blonder Tongue Labs проигнорировали патенты и произвели широкий спектр антенн на основе этой конструкции. Судебные иски по поводу патента на антенну, который Фонд UI проиграл, переросли в Доктрину блондинистого языка 1971 года . Этот прецедент регулирует патентные споры. [14]
Логопериодическая антенна обычно используется в качестве передающей антенны на мощных коротковолновых радиовещательных станциях [15] , поскольку ее широкая полоса пропускания позволяет одной антенне вести передачу на частотах в нескольких диапазонах . Использована логопериодическая зигзагообразная конструкция с числом секций до 16. Эти большие антенны обычно рассчитаны на диапазон от 6 до 26 МГц, но существуют и более крупные антенны, работающие на частоте всего 2 МГц. Доступны номинальные мощности до 500 кВт. Вместо того, чтобы элементы приводились в движение параллельно и были подключены к центральной линии передачи, элементы приводятся в действие последовательно, при этом соседние элементы соединяются по внешним краям. Показанная здесь антенна будет иметь коэффициент усиления около 14 дБи . Антенная решетка , состоящая из двух таких антенн, расположенных одна над другой и возбужденных синфазно, имеет усиление до 17 дБи. Будучи логопериодическими, основные характеристики антенны ( диаграмма направленности , усиление, полное сопротивление точки возбуждения ) практически постоянны во всем диапазоне частот, при этом при согласовании с питающей линией 300 Ом достигается коэффициент стоячей волны лучше, чем 2:1. диапазон.
Эта статья включает общедоступные материалы из Федерального стандарта 1037C. Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г. (в поддержку MIL-STD-188 ).