Логопериодическая антенна ( ЛП ) , также известная как логопериодическая решетка или логопериодическая антенна , представляет собой многоэлементную направленную антенну , предназначенную для работы в широком диапазоне частот . Она была изобретена Джоном Данлави в 1952 году.
Наиболее распространенной формой логопериодической антенны является логопериодическая дипольная решетка или LPDA . LPDA состоит из ряда полуволновых дипольных управляемых элементов постепенно увеличивающейся длины, каждый из которых состоит из пары металлических стержней. Диполи установлены близко друг к другу в линию, подключены параллельно к фидерной линии с чередующейся фазой . Электрически она имитирует ряд двух- или трехэлементных антенн Yagi–Uda, соединенных вместе, каждый набор настроен на свою частоту.
Антенны LPDA выглядят несколько похожими на антенны Yagi, поскольку обе состоят из дипольных стержневых элементов, установленных в линию вдоль опорной стрелы, но работают они совершенно по-разному. Добавление элементов к Yagi увеличивает ее направленность, или усиление , в то время как добавление элементов к LPDA увеличивает ее частотную характеристику, или полосу пропускания .
Одним из основных 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 диапазоне VHF и 470–890 МГц в диапазоне UHF, а также иметь высокий коэффициент усиления для адекватного приема полосы. Одна из широко используемых конструкций для приема телевидения сочетала Yagi для приема UHF перед более крупной LPDA для VHF.
LPDA обычно состоит из ряда полуволновых дипольных «элементов», каждый из которых состоит из пары металлических стержней, расположенных вдоль опорной стрелы, лежащей вдоль оси антенны. Элементы расположены с интервалами, следующими логарифмической функции частоты , известной как d или сигма . Длина последовательных элементов и расстояние между ними постепенно уменьшаются вдоль стрелы. Соотношение между длинами представляет собой функцию, известную как тау . Сигма и тау являются ключевыми элементами конструкции LPDA. [1] [2] Диаграмма направленности антенны однонаправленная, с главным лепестком вдоль оси стрелы, с конца с самыми короткими элементами. Каждый дипольный элемент резонирует на длине волны, приблизительно равной удвоенной его длине. Полоса пропускания антенны, частотный диапазон, в котором она имеет почти максимальный коэффициент усиления , находится приблизительно между резонансными частотами самых длинных и самых коротких элементов.
Каждый элемент в антенне LPDA является ведомым элементом , то есть электрически подключенным к фидерной линии . Параллельная проводная линия передачи обычно проходит вдоль центральной стрелы, и каждый последующий элемент подключен к ней в противофазе . Фидерную линию часто можно увидеть зигзагообразной поперек опорной стрелы, удерживающей элементы. [2] Другим распространенным методом строительства является использование двух параллельных центральных опорных стрел, которые также действуют как линия передачи, устанавливая диполи на чередующихся стрелах. Другие формы логопериодической конструкции заменяют диполи самой линией передачи, образуя логопериодическую зигзагообразную антенну. [3] Также существует много других форм, использующих провод передачи в качестве активного элемента. [4]
Конструкции Yagi и LPDA на первый взгляд выглядят очень похожими, поскольку обе 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 решетки, остальные элементы являются паразитными . Антенна Yagi отличается от LPDA очень узкой полосой пропускания.
В общих чертах, на любой заданной частоте логопериодическая конструкция работает примерно так же, как трехэлементная антенна Yagi; дипольный элемент, ближайший к резонансу на рабочей частоте, действует как ведомый элемент, а два соседних элемента по обе стороны действуют как директор и отражатель для увеличения усиления, более короткий элемент спереди действует как директор, а более длинный элемент сзади как отражатель. Однако система несколько сложнее, чем эта, и все элементы вносят свой вклад в той или иной степени, поэтому усиление для любой заданной частоты выше, чем у Yagi тех же размеров, что и у любой одной секции логопериодической. Однако Yagi с тем же количеством элементов, что и у логопериодической, будет иметь гораздо более высокий коэффициент усиления, поскольку все эти элементы улучшают усиление одного ведомого элемента. При использовании в качестве телевизионной антенны было принято объединять логопериодическую конструкцию для VHF с Yagi для UHF, при этом обе половины были примерно равны по размеру. Это привело к гораздо большему усилению для УВЧ, обычно порядка 10–14 дБ на стороне Яги и 6,5 дБ для логопериодической. [5] Но это дополнительное усиление было необходимо в любом случае для того, чтобы компенсировать ряд проблем с УВЧ-сигналами .
Следует строго отметить, что логопериодическая форма, согласно определению IEEE, [6] [7] не соответствует свойству широкополосности для антенн. [8] [9] Свойство широкополосности логопериодических антенн исходит из ее самоподобия . Плоская логопериодическая антенна также может быть сделана самодополняющей , например, логарифмические спиральные антенны (которые не классифицируются как логопериодические per se, но относятся к частотно-независимым антеннам, которые также являются самоподобными) или логопериодическая зубчатая конструкция. Y. Mushiake нашел, для того, что он назвал «простейшей самодополняющей плоской антенной», импеданс точки возбуждения η 0 /2 = 188,4 Ом на частотах, хорошо входящих в пределы ее полосы пропускания. [10] [11] [12]
Джон Данлави изобрел логопериодическую антенну в 1952 году, работая в ВВС США, но не был признан автором из-за ее классификации как «Секретной». [13] Университет Иллинойса в Урбане-Шампейне запатентовал антенны Исбелла и Мейеса-Карреля и лицензировал конструкцию как пакет исключительно для JFD Electronics в Нью-Йорке. Channel Master и Blonder Tongue Labs проигнорировали патенты и произвели широкий спектр антенн на основе этой конструкции. Судебные иски относительно патента на антенну, который UI Foundation проиграл, переросли в Доктрину Блондера-Тонга 1971 года . Этот прецедент регулирует патентные споры. [14]
Логопериодическая антенна обычно используется в качестве передающей антенны на коротковолновых вещательных станциях высокой мощности [15] , поскольку ее широкая полоса пропускания позволяет одной антенне передавать на частотах в нескольких диапазонах . Была использована логопериодическая зигзагообразная конструкция с числом секций до 16. Эти большие антенны обычно рассчитаны на покрытие от 6 до 26 МГц, но были построены даже более крупные, которые работают на низких частотах от 2 МГц. Доступны номинальные мощности до 500 кВт. Вместо того, чтобы элементы приводились в действие параллельно, присоединенные к центральной линии передачи, элементы приводились в действие последовательно, соседние элементы соединялись на внешних краях. Показанная здесь антенна будет иметь усиление около 14 дБи . Антенная решетка, состоящая из двух таких антенн, расположенных одна над другой и приводимых в действие в фазе, имеет усиление до 17 дБи. Будучи логопериодической, основные характеристики антенны ( диаграмма направленности , усиление, сопротивление возбуждающей точки ) практически постоянны во всем диапазоне частот, а при согласовании с фидерной линией сопротивлением 300 Ом достигается коэффициент стоячей волны лучше, чем 2:1 в этом диапазоне.
В этой статье использованы материалы из Федерального стандарта 1037C. Администрация общих служб . Архивировано из оригинала 2022-01-22. (в поддержку MIL-STD-188 ).