RU2571607C1 - Microstrip log-periodic antenna - Google Patents
Microstrip log-periodic antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2571607C1 RU2571607C1 RU2014129990/08A RU2014129990A RU2571607C1 RU 2571607 C1 RU2571607 C1 RU 2571607C1 RU 2014129990/08 A RU2014129990/08 A RU 2014129990/08A RU 2014129990 A RU2014129990 A RU 2014129990A RU 2571607 C1 RU2571607 C1 RU 2571607C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- feeder
- vibrator
- distribution feeder
- antenna
- vibrators
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве широкополосного облучателя зеркальных антенн при организации спутниковой связи и радиомониторинга С диапазона.The invention relates to antenna technology and can be used as a broadband irradiator of mirror antennas in the organization of satellite communications and C-band radio monitoring.
Уровень техники.The level of technology.
Известные логопериодические вибраторные антенны (ЛПВА) состоят из системы параллельных вибраторов, расположенных в одной плоскости, противофазно возбуждаемых симметричным распределительным фидером, начиная с самого короткого вибратора. Длины вибраторов и расстояния между ними изменяются в геометрической прогрессии со знаменателем τ - периодом структуры. Междурядный коэффициент σ представляет собой относительное расстояние между соседними вибраторами [1]. Каждому периоду структуры τ соответствует определенный междурядный коэффициент σ, при котором достигается максимальное усиление. Оптимальные значения а лежат в пределах от 0,12 до 0,19 [2].Known log-periodic vibrator antennas (LHLA) consist of a system of parallel vibrators located in the same plane, antiphase excited by a symmetrical distribution feeder, starting with the shortest vibrator. The lengths of the vibrators and the distances between them vary exponentially with the denominator τ, the period of the structure. The row-spacing coefficient σ represents the relative distance between adjacent vibrators [1]. Each period of the structure τ corresponds to a certain inter-row coefficient σ, at which maximum gain is achieved. The optimal values of a lie in the range from 0.12 to 0.19 [2].
К недостаткам данных антенн относится то, что выбор оптимального междурядного коэффициента при периоде структуры близком к единице приводит, с одной стороны, к росту коэффициента направленного действия (КНД), а с другой стороны, к увеличению значений коэффициента стоячей волны (КСВ) в возбуждающем коаксиальном фидере.The disadvantages of these antennas include the fact that the choice of the optimal inter-row coefficient with a period of structure close to unity leads, on the one hand, to an increase in the coefficient of directional action (KND), and on the other hand, to an increase in the coefficient of the standing wave (SWR) in the exciting coaxial feeder.
В существующих вариантах исполнения логопериодических антенн приемлемых значений КСВ (менее 1,8) добиваются одним из следующих способов. Так в работе [2, с. 344] для согласования логопериодической вибраторной антенны с коаксиальным кабелем в диапазонах ультракоротких (УКВ) и дециметровых (ДМВ) волн используют короткозамкнутый шлейф длиной менее, λmax/8, присоединяемый к точкам питания самого длинного вибратора, а в коротковолновом (KB) диапазоне - перемычку.In existing versions of log-periodic antennas, acceptable SWR values (less than 1.8) are achieved using one of the following methods. So in [2, p. 344] to match the log-periodic vibrating antenna with a coaxial cable in the ultra-short (VHF) and decimeter (UHF) wavelength ranges, use a short-circuited loop less than, λ max / 8, connected to the power points of the longest vibrator, and in the short-wave (KB) range - a jumper .
Недостаток таких вариантов антенн заключается в том, что при дальнейшем увеличении частоты и переходе к сантиметровому диапазону (СМВ) длин волн этого становится недостаточно, поскольку перемычка начинает играть роль неоднородности, которая может оказать существенное влияние на характеристики антенны. Поэтому в работе [3] предложено дополнительно продлить распределительный фидер за самый короткий вибратор на расстояние 0,06λmin. Эта мера позволяет несколько снизить значение КСВ до 1,5-1,7 в узком диапазоне частот. Авторы статьи [4] предлагают иной способ согласования, заключающийся в использовании симметричной полосковой линии, являющейся одновременно и линией питания, и трансформатором сопротивления.The disadvantage of such antenna options is that with a further increase in the frequency and transition to the centimeter range (SMW) wavelengths this becomes insufficient, since the jumper begins to play the role of heterogeneity, which can have a significant impact on the characteristics of the antenna. Therefore, in [3], it was proposed to additionally extend the distribution feeder for the shortest vibrator by a distance of 0.06λ min . This measure allows you to slightly reduce the value of the SWR to 1.5-1.7 in a narrow frequency range. The authors of [4] propose a different matching method, which consists in using a symmetrical strip line, which is both a power line and a resistance transformer.
Среди известных решений наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является логопериодическая вибраторная антенна по патенту Российской Федерации №2356140 C1, МПК H01Q 11/10, опубликованному 20.05.2009, бюллетень №14 [5]. Данный патент был выбран авторами в качестве прототипа.Among the known solutions, the closest in technical essence to the claimed device is a log-periodic vibrator antenna according to the patent of the Russian Federation No. 2356140 C1, IPC
Антенна содержит ряд симметричных вибраторов, запитываемых от симметричного распределительного фидера, являющегося нагрузкой для возбуждающего коаксиального фидера, при этом каждый последующий симметричный вибратор в антенне запитан противофазно предшествующему, а отношение длин плеч соседних вибраторов и отношение расстояний между ними выбраны по соотношениям образования оптимальной логопериодической вибраторной структуры. Симметричные вибраторы и симметричный распределительный фидер выполнены в виде полосковых проводников, расположенных с двух сторон диэлектрического основания, причем отношение волнового сопротивления симметричного распределительного фидера Wл к волновому сопротивлению возбуждающего коаксиального фидера Wф выбрано из соотношений при условии, что Wф=50 Ом, или при условии, что Wф=75 Ом, а отношение длины ln плеча n-го симметричного вибратора логопериодической структуры к эквивалентному радиусу полоскового проводника вибратора an выбрано удовлетворяющим условию , где n=1…N.The antenna contains a number of symmetric vibrators, powered by a symmetrical distribution feeder, which is the load for the exciting coaxial feeder, with each subsequent symmetric vibrator in the antenna powered opposite to the previous one, and the ratio of the shoulder lengths of adjacent vibrators and the ratio of the distances between them are selected according to the formation ratios of the optimal log-periodic vibrator . Symmetric vibrators and a symmetrical distribution feeder are made in the form of strip conductors located on both sides of the dielectric base, and the ratio of the wave resistance of the symmetric distribution feeder W l to the wave resistance of the exciting coaxial feeder W f is selected from the relations provided that W f = 50 Ohms, or provided that W f = 75 Ohms, and the ratio of the length l n of the shoulder of the n-th symmetric vibrator of log-periodic structure to the equivalent radius of the strip conductor of the vibrator a n is chosen to satisfy the condition where n = 1 ... N.
Данное техническое решение имеет ограничение, заключающееся в том, что авторами патента для обеспечения значений КСВ возбуждающем коаксиальном фидере 1,3-1,7 в диапазоне рабочих частот с коэффициентом перекрытия больше 2 при достижении значений КНД в нижнем и верхнем пределах 6-7,5 дБ и 10-11,5 дБ соответственно предлагается выбирать строго определенные значения пары параметров τ и σ, оптимизированные под два из возможных стандартных значений волнового сопротивления возбуждающего коаксиального фидера Wф=50 Ом Wф=75 Ом. Кроме того, значения активной и реактивной составляющих входного сопротивления антенны не являются постоянными, а колеблются с достаточно большой амплитудой в пределах рабочего диапазона частот [5]. В качестве недостатка данного технического результата следует отметить то, что оптимизационная процедура направлена лишь на снижение КСВ без существенного увеличения КНД антенны.This technical solution has a limitation in that the authors of the patent provide the SWR values of the excitation coaxial feeder of 1.3-1.7 in the operating frequency range with an overlap coefficient of more than 2 when reaching the LPC values in the lower and upper limits of 6-7.5 dB and 10-11.5 dB, respectively, it is proposed to choose strictly defined values of the parameter pair τ and σ, optimized for two of the possible standard values of the wave impedance of the exciting coaxial feeder W f = 50 Ohms W f = 75 Ohms. In addition, the values of the active and reactive components of the input resistance of the antenna are not constant, but oscillate with a sufficiently large amplitude within the operating frequency range [5]. As a disadvantage of this technical result, it should be noted that the optimization procedure is aimed only at reducing the SWR without a significant increase in the antenna gain.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Целью заявляемого технического решения является повышение качества приема и передачи радиосигналов в сантиметровом диапазоне длин волн (в С диапазоне) за счет улучшения согласования антенны с возбуждающим коаксиальным фидером и существенного увеличения КНД антенны.The purpose of the proposed technical solution is to improve the quality of reception and transmission of radio signals in the centimeter wavelength range (in the C range) by improving the matching of the antenna with the exciting coaxial feeder and a significant increase in the antenna gain.
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемой логопериодической вибраторной антенне, содержащей ряд симметричных вибраторов, отношение длин плеч и расстояний между которыми выбраны по соотношениям оптимальной логопериодической структуры, запитываемых от симметричного распределительного фидера, ширина которого в точках присоединения вибраторов определяется выражением bn=b0·τ2,6(N-n~1), где n=0…N-1, причем n=0 соответствует самому длинному вибратору, а n=N-1 - самому короткому. Ширина симметричного распределительного фидера в месте подключения самого короткого вибратора выбиралась таким образом, чтобы волновое сопротивление данного фидера равнялось волновому сопротивлению возбуждающего коаксиального фидера. Расчет ширины симметричного распределительного фидера производился в соответствии с выражением [6]:This goal is achieved by the fact that in the proposed log-periodic vibrator antenna containing a number of symmetrical vibrators, the ratio of the shoulder lengths and the distances between them are selected by the ratios of the optimal log-periodic structure, fed from a symmetric distribution feeder, the width of which at the points of connection of the vibrators is determined by the expression b n = b 0 · Τ2.6 (Nn ~ 1) , where n = 0 ... N-1, with n = 0 corresponding to the longest vibrator, and n = N-1 to the shortest one. The width of the symmetrical distribution feeder at the connection point of the shortest vibrator was chosen so that the wave resistance of this feeder was equal to the wave resistance of the exciting coaxial feeder. The calculation of the width of the symmetric distribution feeder was carried out in accordance with the expression [6]:
где - эффективное значение диэлектрической проницаемости, а h - толщина диэлектрической пластины, ε - относительная диэлектрическая проницаемость (для выбранного в качестве диэлектрика материала подложки ФЛАН-2,8 ε=2,9, тангенс угла диэлектрических потерь tg(δ)=1,5·10-3 и h=1,95 мм). Симметричный распределительный фидер и симметричные вибраторы выполнены фотохимическим (печатным) методом в виде полосковых проводников, расположенных с двух сторон от диэлектрического основания, причем эквивалентный радиус полосковых вибраторов определяется выражением an=a0·τ2,5n. Максимальное значение эквивалентного радиуса выбиралось из условия a0=0,5b0. Антенна питается возбуждающим коаксиальным фидером с волновым сопротивлением Wф=50 Ом.Where is the effective value of the dielectric constant, and h is the thickness of the dielectric plate, ε is the relative dielectric constant (for the FLAN-2.8 substrate material chosen as the dielectric, ε = 2.9, dielectric loss tangent tg (δ) = 1.5 10 -3 and h = 1.95 mm). The symmetric distribution feeder and symmetric vibrators are made by the photochemical (printed) method in the form of strip conductors located on both sides of the dielectric base, and the equivalent radius of the strip vibrators is determined by the expression a n = a 0 · τ 2.5n . The maximum value of the equivalent radius was selected from the condition a 0 = 0.5b 0 . The antenna is powered by an exciting coaxial feeder with wave impedance W f = 50 Ohms.
На фиг. 1 изображены три проекции конструкции заявленной логопериодической вибраторной антенны.In FIG. 1 shows three projections of the design of the claimed log-periodic vibrator antenna.
На фиг. 2 изображен вид микрополосковой печатной платы логопериодической антенны.In FIG. 2 shows a view of a microstrip printed circuit board of a log periodic antenna.
На фиг. 3 приведены геометрические размеры элементов логопериодической антенны.In FIG. 3 shows the geometric dimensions of the elements of the log-periodic antenna.
Логопериодическая вибраторная антенна (см. фиг. 1) содержит ряд симметричных вибраторов 1, присоединенных к симметричному распределительному фидеру 2, которые выполнены в виде полосковых проводников с двух сторон диэлектрического основания 3. Возбуждающий коаксиальный фидер 4 проложен по одному из проводников симметричного распределительного фидера 2. Оплетка 5 возбуждающего коаксиального фидера 4 имеет контакт с одним из проводников симметричного распределительного фидера 2 в месте подключения наименьшего из вибраторов, а центральная жила 6 возбуждающего коаксиального фидера 4 имеет контакт с противоположным проводником симметричного распределительного фидера 2. Со стороны наибольшего из вибраторов проводники симметричного распределительного фидера 2 соединены между собой короткозамкнутым шлейфом 7.Log-periodic vibrator antenna (see Fig. 1) contains a number of
Принцип действия такой антенны состоит в следующем. К антенне по симметричному распределительному фидеру подводится электрический сигнал с частотой fn, n=0…Ν-1, являющейся резонансной для n-го вибратора. Вибраторы, расположенные в начале антенны и короткие в сравнении с резонирующим, а также расположенные в конце антенны и длинные в сравнении с резонирующим, практически не излучают, так как токи, ответвляющиеся в них, малы по амплитуде в силу большой величины реактивной составляющей входного сопротивления вибраторов.The principle of operation of such an antenna is as follows. An electric signal with a frequency f n , n = 0 ... Ν-1, which is resonant for the nth vibrator, is supplied to the antenna through a symmetric distribution feeder. Vibrators located at the beginning of the antenna and short in comparison with the resonating, as well as located at the end of the antenna and long in comparison with the resonating, practically do not emit, since the currents branching into them are small in amplitude due to the large value of the reactive component of the input resistance of the vibrators .
Резонирующий n-й вибратор антенны возбуждается волной напряжения в симметричном распределительном фидере наиболее интенсивно, так как величина реактивной составляющей его входного сопротивления минимальна, а само входное сопротивление носит практически активный характер. По обе стороны от резонирующего вибратора расположены вибраторы, выполняющие роль директоров и рефлекторов, амплитуды токов в которых соизмеримы с амплитудой тока в резонирующем вибраторе ввиду наличия небольшой по величине реактивной составляющей их входного сопротивления. Таким образом, существует так называемая активная область антенны, в составе которой, как правило, присутствует от трех до пяти вибраторов.The resonant n-th antenna vibrator is excited most intensively by the voltage wave in the symmetric distribution feeder, since the magnitude of the reactive component of its input resistance is minimal, and the input resistance itself is practically active. On both sides of the resonating vibrator there are vibrators acting as directors and reflectors, the current amplitudes in which are comparable with the current amplitude in the resonating vibrator due to the small reactive component of their input resistance. Thus, there is a so-called active region of the antenna, in the composition of which, as a rule, from three to five vibrators are present.
При изменении рабочей частоты в сторону уменьшения, начинает резонировать следующий более длинный вибратор по отношению к ранее рассмотренному случаю и активная область перемещается вдоль антенны к ее концу. Напротив, при увеличении частоты активная область смещается к вершине антенны [7]. Для согласования антенны с возбуждающим коаксиальным фидером и стабилизации КСВ в заданных пределах 1,1-1,7, а также для обеспечения заданного значения КНД проведена оптимизация геометрии полосковых вибраторов и симметричного распределительного фидера, которая осуществлялась при заданных периоде структуры τ и соответствующем ему оптимальном значении междурядного коэффициента σ.When the operating frequency changes in the direction of decreasing, the next longer vibrator begins to resonate with respect to the previously considered case and the active region moves along the antenna to its end. On the contrary, with increasing frequency, the active region shifts to the top of the antenna [7]. To coordinate the antenna with the exciting coaxial feeder and stabilize the SWR within the specified limits of 1.1-1.7, as well as to provide the specified value of the directivity gain, we optimized the geometry of the strip vibrators and the symmetric distribution feeder, which was carried out at a given period of the structure τ and the corresponding optimal value inter-row coefficient σ.
Анализ существующих электродинамических моделей ЛПВА показал, что в известных оптимальных структурах предполагается, что вибратор как элемент антенны является бесконечно тонким и идеально проводящим электрический ток; амплитудное распределение тока носит синусоидальный характер вдоль симметричного вибратора; комплексные эквивалентные входные сопротивления отдельных вибраторов представлены суммой комплексного собственного сопротивления вибратора и комплексного вносимого сопротивления со стороны других вибраторов системы, учитывающего взаимную электромагнитную связь между ними; все элементы многовибраторной антенны питаются от отдельных фидерных линий и согласованы с ними [1, с. 341], или распределительный фидер согласован с резонирующим элементом и двумя соседними с ним, а влияние остальных элементов не учитывается [1, с. 19].Analysis of existing electrodynamic models of LPVA showed that in the known optimal structures it is assumed that the vibrator as an element of the antenna is infinitely thin and ideally conducting electric current; the amplitude distribution of the current is sinusoidal along a symmetrical vibrator; the complex equivalent input impedances of individual vibrators are represented by the sum of the complex intrinsic resistance of the vibrator and the complex introduced resistance from the other vibrators of the system, taking into account the mutual electromagnetic coupling between them; all elements of a multivibrator antenna are fed from individual feeder lines and are consistent with them [1, p. 341], or the distribution feeder is matched with the resonating element and two neighboring elements, and the influence of the remaining elements is not taken into account [1, p. 19].
Данные допущения не позволяют произвести точную оценку ширины активной области антенны, наведенной мощности излучения всеми вибраторами на рассматриваемый элемент, а также направленных свойств ЛПВА таких, как ширина диаграммы направленности (ДН), коэффициент направленного действия (КНД), коэффициент усиления (КУ) и относительный уровень боковых лепестков (УБЛ).These assumptions do not allow an accurate estimate of the width of the active region of the antenna, the induced radiation power of all vibrators on the element under consideration, as well as the directional properties of the VLBF such as the width of the radiation pattern (LW), directional coefficient (KND), gain (KU) and relative level of side lobes (UBL).
Известно, что питание ЛПВА осуществляется одним распределительным фидером, а отдельные элементы антенны являются нагрузками, включаемыми в его различные сечения. При этом комплексные эквивалентные входные сопротивления излучателей сложным образом зависят от частоты из-за наличия электромагнитной связи между ними и не являются комплексно сопряженными величинами входному сопротивлению фидера в рассматриваемых сечениях. В работе [8] предложена методика расчета амплитудно-фазовых распределений токов вдоль ЛПВА, в которой производится учет влияния распределительного фидера и величины сопротивления омических потерь элементов. В статье [9] произведен учет влияния распределительного фидера на характеристики излучения ЛПВА и представлена математическая модель поля излучения и поляризационных свойств ЛПВА в дальней зоне.It is known that the LPVA is supplied by one distribution feeder, and individual antenna elements are loads included in its various sections. Moreover, the complex equivalent input resistances of the emitters in a complex way depend on the frequency due to the presence of electromagnetic coupling between them and are not complex conjugate values of the input resistance of the feeder in the sections under consideration. In [8], a method was proposed for calculating the amplitude-phase current distributions along the LPVA, in which the influence of the distribution feeder and the resistance value of the ohmic loss of the elements are taken into account. In [9], the influence of the distribution feeder on the characteristics of the LPAA radiation is taken into account and a mathematical model of the radiation field and the polarization properties of the LPAA in the far zone is presented.
В предложенной авторами методике расчета клеммных токов вибраторов, согласно методу наведенных ЭДС, клеммный ток i-го вибратора определяется выражением:In the method proposed by the authors for calculating the terminal currents of the vibrators, according to the induced EMF method, the terminal current of the i-th vibrator is determined by the expression:
где - элементы матрицы, обратной по отношению к матрице собственных и взаимных сопротивлений вибраторов с учетом омических потерь, - комплексная амплитуда клеммного напряжения i-го вибратора.Where - elements of the matrix inverse to the matrix of intrinsic and mutual resistances of the vibrators, taking into account ohmic losses, - the complex amplitude of the terminal voltage of the i-th vibrator.
Клеммные напряжения определяются рекуррентным соотношением вида:Terminal voltages are determined by a recurrence relation of the form:
где i=0…(N-2), - комплексная амплитуда напряжения на входе симметричного распределительного фидера, Zвхi - комплексное входное сопротивление i-го вибратора с учетом влияния симметричного распределительного фидера, γ=α+jβ - комплексный коэффициент распространения волны в симметричном распределительном фидере, α - коэффициент затухания в симметричном распределительном фидере, β - коэффициент фазы в симметричном распределительном фидере, Si-1 - расстояние между i-ым и (i-1)-ым вибраторами. Входящее в данное рекуррентное соотношение комплексное входное сопротивление Zвхi определяется выражением видаwhere i = 0 ... (N-2), is the complex voltage amplitude at the input of the symmetric distribution feeder, Z Вi is the complex input resistance of the i-th vibrator taking into account the influence of the symmetrical distribution feeder, γ = α + jβ is the complex wave propagation coefficient in the symmetric distribution feeder, α is the attenuation coefficient in the symmetric distribution feeder , β is the phase coefficient in the symmetric distribution feeder, S i-1 is the distance between the i-th and (i-1) -th vibrators. Included in this recurrence relation, the complex input impedance Z Vxi is determined by an expression of the form
где - комплексное входное сопротивление i-го вибратора с учетом его электромагнитной связи с другими вибраторами антенны, а - комплексное входное сопротивление сечения симметричного распределительного фидера в месте подключения i-го вибратора.Where - the complex input resistance of the i-th vibrator, taking into account its electromagnetic coupling with other antenna vibrators, and - complex input impedance of the cross section of the symmetric distribution feeder at the connection point of the i-th vibrator.
Комплексное входное сопротивление i-го вибратора задано выражением видаIntegrated input impedance of the i-th vibrator given by an expression of the form
где Zij - элементы матрицы собственных и взаимных сопротивлений вибраторов, а комплексное входное сопротивление сечения симметричного распределительного фидера определяется рекуррентным соотношением видаwhere Z ij are the elements of the matrix of intrinsic and mutual resistances of the vibrators, and the complex input impedance of the cross section of the symmetric distribution feeder is determined by a recurrence relation of the form
Математическая модель поля излучения ЛПВА в дальней зоне представляет собой сумму комплексных амплитуд напряженностей электрического поля от всех элементов антенны в предположении бесконечной малости радиуса элемента ЛПВА, малости зазора между клеммами и соосности плеч элемента.The mathematical model of the LPAA radiation field in the far zone is the sum of the complex amplitudes of the electric field strengths from all antenna elements under the assumption that the radius of the LPAA element is infinitesimal, the gap between the terminals is small and the element’s shoulders are aligned.
Комплексная амплитуда напряженности электрического поля отдельного элемента ЛПВА определяется выражением вида [10]:The complex amplitude of the electric field of an individual LPVA element is determined by an expression of the form [10]:
где (θ, φ) - сферические координаты, , r - расстояние от клемм самого длинного элемента до клемм i-го элемента, R - расстояние от клемм самого длинного элемента до точки наблюдения, а комплексная амплитуда напряженности электрического поля ЛПВА в дальней зоне:where (θ, φ) are the spherical coordinates, , r is the distance from the terminals of the longest element to the terminals of the i-th element, R is the distance from the terminals of the longest element to the observation point, and the complex amplitude of the LPVA electric field in the far zone:
Коэффициент усиления антенны в направлении максимального излучения может быть рассчитан в соответствии с выражением вида:The antenna gain in the direction of maximum radiation can be calculated in accordance with an expression of the form:
где Еmax - максимальное значение амплитуды напряженности электрического поля антенны.where E max - the maximum value of the amplitude of the electric field of the antenna.
Поляризационная диаграмма и коэффициент эллиптичности антенны определяются выражениями вида:The polarization diagram and the ellipticity coefficient of the antenna are determined by expressions of the form:
Данная электродинамическая модель была положена в основу модельных исследований направленных и поляризационных свойств, а также электрических характеристик патентуемой антенны в среде MathCAD, результаты которых представлены на фиг. 4-9. Анализ полученных результатов показал, что форма диаграммы направленности остается практически неизменной во всем рабочем диапазоне частот и происходит некоторое увеличение ширины ДН при увеличении рабочей частоты (см. фиг. 4-5). Поляризационная диаграмма представляет собой правильную восьмерку, а поляризационная характеристика - прямую во всем диапазоне частот, что свидетельствует о линейном характере поляризации излучаемой антенной волны (см. фиг. 6). Значения коэффициента усиления заключены в диапазоне от 9,4 до 12,7 и в среднем спадают с ростом рабочей частоты (см. фиг. 7).This electrodynamic model was the basis for model studies of directional and polarization properties, as well as the electrical characteristics of a patented antenna in a MathCAD environment, the results of which are presented in FIG. 4-9. An analysis of the results showed that the shape of the radiation pattern remains virtually unchanged in the entire operating frequency range and there is a slight increase in the width of the beam with an increase in the operating frequency (see Fig. 4-5). The polarization diagram is a regular figure eight, and the polarization characteristic is straight in the entire frequency range, which indicates the linear nature of the polarization of the radiated antenna wave (see Fig. 6). The gain values are in the range from 9.4 to 12.7 and on average decrease with increasing operating frequency (see Fig. 7).
Анализ частотной зависимости активной и реактивной составляющих входного сопротивления ЛПВА (фиг. 8) позволяет сделать вывод о том, что обе составляющие остаются практически неизменными во всем рабочем диапазоне частот, причем активная составляющая совершает незначительные колебания вокруг значения 50 Ом, соответствующего волновому сопротивлению возбуждающего коаксиального фидера, а реактивная составляющая носит емкостной характер со средним абсолютным значением 10 Ом. Наличие небольшой реактивной составляющей входного сопротивления ЛПВА говорит о небольшом рассогласовании антенны с возбуждающим коаксиальным фидером. Значения КСВ также остаются стабильными и лежат в заявленных пределах от 1,1 до 1,7 (см. фиг. 9). Таким образом, заявленная конфигурация ЛПВА позволяет достигнуть значений коэффициента усиления 9,4-12,7 дБ при значениях КСВ от 1,1 до 1,7.Analysis of the frequency dependence of the active and reactive components of the input resistance of the LPVA (Fig. 8) allows us to conclude that both components remain almost unchanged in the entire operating frequency range, and the active component makes small fluctuations around a value of 50 Ohms, corresponding to the wave resistance of the exciting coaxial feeder and the reactive component is capacitive in nature with an average absolute value of 10 ohms. The presence of a small reactive component of the input resistance of the LPVA indicates a small mismatch of the antenna with the exciting coaxial feeder. The values of the SWR also remain stable and lie in the declared range from 1.1 to 1.7 (see Fig. 9). Thus, the claimed configuration of the LPVA allows reaching gain values of 9.4-12.7 dB with SWR values from 1.1 to 1.7.
Техническим результатом является снижение коэффициента стоячей волны (КСВ) в возбуждающем коаксиальном фидере до значений 1,1-1,7 во всем рабочем диапазоне частот при достижимом уровне коэффициента усиления антенны от 9,4 до 12,7 дБ.The technical result is to reduce the standing wave coefficient (SWR) in the exciting coaxial feeder to values of 1.1-1.7 in the entire operating frequency range with an achievable level of antenna gain from 9.4 to 12.7 dB.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫLIST OF USED LITERATURE
1. Петров Б.М., Костромин Г.И., Горемыкин Е.В. Логопериодические вибраторные антенны: Учебное пособие для вузов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 239 с.1. Petrov B.M., Kostromin G.I., Goremykin E.V. Log-periodic vibratory antennas: a textbook for universities. - M .: Hot line - Telecom, 2005 .-- 239 p.
2. Ротхаммель К. Энциклопедия антенн. Том 1, 2. Издание 11 исправл. - М.: ДМК Пресс, 2011. - 812 с.2. Rothammel K. Encyclopedia of antennas.
3. Яцкевич В.Α., Александров В.С. Проектирование логопериодических вибраторных антенн // Антенны, Вып. 7-8, 2005. - с. 3-12.3. Yatskevich V.Α., Alexandrov V.S. Design of log-periodic vibrator antennas // Antennas, Vol. 7-8, 2005 .-- p. 3-12.
4. Бондарев В., Каленов Р. Согласование логопериодической антенны в широком диапазоне частот // Современная электроника, №2, 2012. - с. 52-56.4. Bondarev V., Kalenov R. Coordination of a log-periodic antenna in a wide frequency range // Modern Electronics, No. 2, 2012. - p. 52-56.
5. Патент Российской Федерации №2356140 C1, МПК H01Q 11/10, опубликован 20.05.2009, бюллетень №14.5. Patent of the Russian Federation No. 2356140 C1,
6. Проектирование полосковых устройств СВЧ: учебное пособие. - Ульяновск: Ульяновский государственный технический университет, 2001. - 129 с.6. Design of microwave strip devices: a training manual. - Ulyanovsk: Ulyanovsk State Technical University, 2001. - 129 p.
7. Кочержевский Г.Н., Ерохин Г.Α., Козырев Н.Д. Антенно-фидерные устройства: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1989. - 351 с.7. Kocherzhevsky G.N., Erokhin G.Α., Kozyrev N.D. Antenna-feeder devices: Textbook for universities. - M .: Radio and communications, 1989 .-- 351 p.
8. Волхонская Е.В., Коротей Е.В., Кужекин Д.В. Расчет электрических параметров многоэлементной антенны с учетом взаимодействия элементов посредством фидерной линии. Журнал Радиотехника №2, 2013 г. Территориально-распределенные системы охраны (журнал в журнале «Радиосистемы») - с. 103-106].8. Volkhonskaya E.V., Korotey E.V., Kuzhekin D.V. Calculation of the electrical parameters of a multi-element antenna taking into account the interaction of elements through a feeder line. Journal of Radio Engineering No. 2, 2013. Geographically-distributed security systems (magazine in the journal "Radio Systems") - p. 103-106].
9. Волхонская Е.В., Коротей Е.В., Кужекин Д.В. Сравнительный анализ направленных свойств ЛПВА стандарта GSM-900 по результатам модельного и натурного экспериментов. Журнал Радиотехника №2, 2014 г. Территориально-распределенные системы охраны (журнал в журнале «Радиосистемы») - с. 95-98.9. Volkhonskaya E.V., Korotey E.V., Kuzhekin D.V. Comparative analysis of the directed properties of LPVA of the GSM-900 standard according to the results of model and full-scale experiments. Journal of Radio Engineering No. 2, 2014. Geographically distributed security systems (magazine in the journal "Radio Systems") - p. 95-98.
10. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны: Учебник для студентов радиотехнических специальностей вузов. - М.: Энергия, 1975. - 528 с.10. Markov G.T., Sazonov D.M. Antennas: A textbook for students of radio engineering majors. - M .: Energy, 1975 .-- 528 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014129990/08A RU2571607C1 (en) | 2014-07-21 | 2014-07-21 | Microstrip log-periodic antenna |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014129990/08A RU2571607C1 (en) | 2014-07-21 | 2014-07-21 | Microstrip log-periodic antenna |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2571607C1 true RU2571607C1 (en) | 2015-12-20 |
Family
ID=54871416
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014129990/08A RU2571607C1 (en) | 2014-07-21 | 2014-07-21 | Microstrip log-periodic antenna |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2571607C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2663264C2 (en) * | 2017-01-17 | 2018-08-03 | Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" | Ultrabroadband log-periodic antenna |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4492964A (en) * | 1981-10-09 | 1985-01-08 | Gte Products Corporation | Groundplane mounted log-periodic antenna |
RU2253926C1 (en) * | 2003-12-03 | 2005-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛОКУС НТЦ" | Logo-periodical antenna |
RU94066U1 (en) * | 2009-12-21 | 2010-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | LOGOPERIODIC VIBRATOR ANTENNA |
RU128789U1 (en) * | 2012-11-28 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" | LOGOPERIODIC ANTENNA |
-
2014
- 2014-07-21 RU RU2014129990/08A patent/RU2571607C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4492964A (en) * | 1981-10-09 | 1985-01-08 | Gte Products Corporation | Groundplane mounted log-periodic antenna |
RU2253926C1 (en) * | 2003-12-03 | 2005-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛОКУС НТЦ" | Logo-periodical antenna |
RU94066U1 (en) * | 2009-12-21 | 2010-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | LOGOPERIODIC VIBRATOR ANTENNA |
RU128789U1 (en) * | 2012-11-28 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" | LOGOPERIODIC ANTENNA |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2663264C2 (en) * | 2017-01-17 | 2018-08-03 | Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" | Ultrabroadband log-periodic antenna |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Investigation of using high impedance surfaces for wide-angle scanning arrays | |
US7724200B2 (en) | Antenna device, array antenna, multi-sector antenna, high-frequency wave transceiver | |
Xia et al. | Wideband wide-scanning phased array with connected backed cavities and parasitic striplines | |
Nayak et al. | Design and simulation of compact UWB Bow-tie antenna with reduced end-fire reflections for GPR applications | |
RU2571607C1 (en) | Microstrip log-periodic antenna | |
Tong et al. | 77 GHz center-fed differential microstrip antenna array | |
Khaleghi et al. | Impulse radiating log-periodic dipole array antenna using time-reversal technique | |
Patel et al. | Design and analysis of microstrip patch antenna array using different substrates for X-band applications | |
Sun et al. | A 6–18 GHz log-periodic monopole end-fire antenna based on microstrip-to-slotline transition | |
Lasser et al. | A spiral antenna for amplitude-only direction finding | |
Colak et al. | SLL suppressed monopulse microstrip antenna design | |
RU2356140C1 (en) | Log-periodic vibrator antenna | |
Tran et al. | A novel Chebyshev series fed linear array with high gain and low sidelobe level for WLAN outdoor systems | |
RU2655724C2 (en) | Log-periodic dipole array | |
Naydenko et al. | Vivaldi coplanar-antipodal antennas | |
Bilgic et al. | High gain, wideband aperture coupled microstrip antenna design based on gain-bandwidth product analysis | |
Berdnik et al. | Yagi-Uda combined radiating structures of centimeter and millimeter wave bands | |
Helander et al. | Multi-port element for grating lobe suppression in sparse VHF phased array radars | |
Bharath et al. | Design and analysis of H shaped microstrip antenna with different feed position and number of slots for multiband applications | |
RU2752288C2 (en) | Dual-band emitter for antenna array | |
Dinesh et al. | A super-directive two-element parasitic dipole antenna | |
Mustafa et al. | Design, development and testing of dielectric tapered rod feed for parabolic reflector antenna as an alternate to feed horns | |
Zhang et al. | The synthesis of a longitudinal slot array on a rectangular waveguide | |
Murali et al. | Size reduction of Yagi-Uda Antenna by altering the diameter and spacing between the elements | |
RU124516U1 (en) | Fragment of a multi-element controlled strip of a phased antenna array L RANGE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QA4A | Patent open for licensing |
Effective date: 20160526 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180722 |