RU2691767C1 - Сверхширокополосная комбинированная логопериодическая антенна - Google Patents
Сверхширокополосная комбинированная логопериодическая антенна Download PDFInfo
- Publication number
- RU2691767C1 RU2691767C1 RU2018117642A RU2018117642A RU2691767C1 RU 2691767 C1 RU2691767 C1 RU 2691767C1 RU 2018117642 A RU2018117642 A RU 2018117642A RU 2018117642 A RU2018117642 A RU 2018117642A RU 2691767 C1 RU2691767 C1 RU 2691767C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- log
- periodic structure
- periodic
- frequency
- ultra
- Prior art date
Links
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 8
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 3
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 3
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 9
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000004794 expanded polystyrene Substances 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q11/00—Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q11/02—Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna
- H01Q11/10—Logperiodic antennas
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к антенной технике. Сверхширокополосная комбинированная логопериодическая антенна состоит из логопериодической структуры, выполненной с применением двухпроводной микрополосковой линией на диэлектрическом материале и симметричных вибраторов, выполненных в виде микрополосков на диэлектрическом материале, а размеры симметричных вибраторов и расстояние между ними выбраны в соответствии с принципом логарифмической периодичности. При этом логопериодическая структура имеет электрическое соединение с нагруженным активным сопротивлением петлевым элементом, расположенным позади самого низкочастотного элемента логопериодической структуры, через высокочастотный (ВЧ) трансформатор. Технический результат заключается в расширении рабочего диапазона частот в верхней части рабочего диапазона, снижение коэффициента стоячей волны (улучшение согласования с фидером) в нижней части рабочего диапазона частот с одновременным сохранением однонаправленной диаграммы направленности при сокращении массогабаритных характеристик. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве сверхшироколосной измерительной антенны для измерения антенн и анализа электромагнитной совместимости устройств радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазонах волн.
В настоящее время является актуальной задача создания компактных направленных антенн для измерения плотности потока излучения и создания электромагнитного поля в широкой полосе частот в интересах исследования электромагнитной совместимости устройств РЭА и измерений параметров новых типов антенн в условиях производства. Для сокращения номенклатуры измерительных антенн есть устойчивая тенденция расширения диапазона рабочих частот у измерительных антенн и антенн для формирования электромагнитного поля в широкой полосе частот при одновременном сокращении массы и габаритов таких антенн.
Уровень техники
Известны комбинированные логопериодические вибраторные антенны, содержащие ряд симметричных вибраторов и широкополосные дипольные элементы, подключенные различными способами к двухпроводной собирательной линии. Известна логопериодическая комбинированная антенна, пат. РФ №2427946, (МПК H01Q 11/10, опубл. 27.08.2011).
Указанное устройство-прототип содержит дипольные элементы симметричного вибратора для расширения полосы рабочих частот вниз по частоте, причем, в расширяемой части рабочего диапазона диаграмма направленности прототипа в горизонтальной плоскости имеет значительный уровень задних лепестков, что затрудняет ее использование в качестве измерительной. Значение коэффициент стоячей волны (КСВ) даже при наличии широкополосного согласования подвержено значительному влиянию комплексного сопротивления симметричного вибратора, которое значительно меняется по частоте и затрудняет оптимальное согласование с собирательной линией. Устройство-прототип (Пат. РФ №2427946, МПК H01Q 11/10, опубл. 27.08.2011) обеспечивает прием излучений в диапазоне 24-5000 МГц и имеет значительные участки диапазона со значением КСВ выше 3 как раз в частотной области работы широкополосных дипольных элементов, что затрудняет использование таких антенн в качестве измерительных и также как элемента полеобразующих систем, где они являются передающими.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является расширение рабочего диапазона частот, снижение коэффициента стоячей волны (КСВ) (улучшение согласования с фидером) в нижней части рабочего диапазона частот с одновременным сохранением однонаправленной диаграммы направленности при сокращении массогабаритных характеристик.
Это достигается тем, что в отличие от известного технического решения (Пат. РФ №2427946, МПК H01Q 11/10, опубл. 27.08.2011) вместо дипольных элементов используется петлевой элемент, включенный в собирательную линию логопериодической структуры. Петлевой элемент квадратной или прямоугольной формы работает в режиме бегущей волны за счет включения в разрыв его проводника нагрузки в виде активного сопротивления. Место включения активного сопротивления в разрыв проводника петлевого элемента противоположно месту соединения петлевого элемента через ВЧ трансформатор с собирательной линией логопериодической структуры. Входной импеданс петлевого элемента трансформирован в импеданс собирательной линии ВЧ трансформатором. Физический смысл работы логопериодической структуры совместно с петлевым элементом объясняется сходными процессами, протекающими в этих элементах. Вибраторы логопериодической структуры возбуждаются противофазно с помощью собирательной линии, начиная с самого короткого вибратора, при этом наиболее интенсивно возбуждается группа вибраторов, длина которых близка к частоте возбуждения. При достижении минимальной рабочей частоты логопериодической структуры, когда частоты возбуждения становятся меньше резонансной частоты максимального по длине вибратора, высокочастотные токи начинают течь через петлевой элемент, так как он имеет меньшее сопротивление высокочастотным токам на этих частотах, чем логопериодическая структура. За счет поддержания режима бегущей волны в петлевом элементе и соотношения длин сторон петлевого элемента возникает возможность формирования кардиоидой диаграммы направленности в нижней части рабочего диапазона антенны. При этом максимум излучения логопериодической структуры и петлевого элемента совпадают по направлению и направлены вдоль оси логопериодической структуры в сторону более коротких вибраторов.
Техническим результатом является расширение рабочего диапазона частот в верхней части рабочего диапазона, снижение коэффициента стоячей волны (улучшение согласования с фидером) в нижней части рабочего диапазона частот с одновременным сохранением однонаправленной диаграммы направленности при сокращении массогабаритных характеристик.
Логопериодическая структура выполнена печатным способом на диэлектрике и представляет собой микрополосковую логопериодическую антенну (1), (фиг. 1 и 2). Полотно логопериодической антенны состоит из двухпроводной собирательной микрополосковой линии и набора симметричных вибраторов, выполненных на высокочастотном диэлектрическом материале электрохимическим способом травления. Микрополоски двухпроводной собирательной линии находятся по обе стороны диэлектрика. Симметричные вибраторы, выполненные в виде полос металла на диэлектрике, имеют электрический контакт с собирательной линией поочередно для обеспечения сдвига фазы тока в 180 градусов по отношению к предыдущему по размеру вибратору, подключенному к тому же проводнику собирательной линии. Размеры симметричных вибраторов и расстояние между ними выбраны в соответствии с принципом логарифмической периодичности. Отношение длин соседних вибраторов связано с масштабным множителем - периодом логопериодической структуры, период логопериодической структуры для удержания значения коэффициента стоячей волны менее трех выбирается в пределах 0,8-0,9. В конце собирательной линии, в точках включения максимальных по длине вибраторов, включен ВЧ трансформатор (2), (фиг. 1 и 2), который осуществляет трансформацию импеданса собирательной линии в импеданс петлевого элемента (3), (фиг. 1 и 2), который нагружен на активное сопротивление (5), (фиг. 1 и 2). При этом, для сохранения поочередной смены фазы на вибраторах в 180 градусов, необходимой для возбуждения логопериодической структуры, петлевой элемент (3), (фиг. 1 и 2), подключается к ВЧ трансформатору (2), (фиг. 1 и 2), с фазовым сдвигом в 180 градусов, относительно максимального по размерам вибратора логопериодической структуры, подключенного к собирательной линии. Фидер (6), (фиг. 1 и 2), питающий собирательную линию, проходит без электрического контакта с петлевым элементом и соединяется оплеткой с проводником собирательной микрополосковой линии в точке соединения собирательной линии и трансформатора (2), (фиг. 1 и 2), а центральная жила соединяется с проводником собирательной микрополосковой линии на противоположной стороне диэлектрика в точке включения минимального по размеру вибратора логопериодической структуры к собирательной микрополосковой линии. По всей длине проводника собирательной микрополосковой линии фидер электрически соединен электрически оплеткой фидера с микрополоском для обеспечения симметрирования антенны в верхнем участке рабочего диапазона. Для исключения влияния фидера на петлевой элемент на фидер вблизи выходного разъема и нагрузочного активного сопротивления установлен набор ферритовых трубок длиной 100 мм (4), (фиг. 1 и 2), выполняющий роль фильтра для токов, текущих по оплетке фидера.
Описание чертежей
На фиг. 1 показан эскиз схемы электрической с указанием элементов сверхширокополосной комбинированной логопериодической антенны в соответствии с заявляемым изобретением.
На фиг. 2 представлен эскиз с указанием элементов конструкции сверхширокополосной комбинированной логопериодической антенны.
На фиг. 3 и фиг. 4 приведены данные КСВ сверхширокополосной комбинированной логопериодической антенны в диапазоне работы антенны 25-1000 МГц и 25-6000МГц соответственно.
На фиг. 5 представлено фото макета сверхширокополосной комбинированной логопериодической антенны в корпусе из пенополистирола ПС-200.
В таблице на фиг. 6 и фиг. 7 приведены диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, снятые с помощью стенда при полигонных измерениях макета сверхширокополосной комбинированной логопериодической антенны.
Графики на фиг. 8 и фиг. 9 содержат информацию о коэффициенте калибровки сверхширокополосной комбинированной логопериодической антенны, измеренной методом замещения в диапазоне работы антенны 25-1000 МГц и 25-6000МГц соответственно.
Осуществление изобретения
Целью заявляемого технического решения является расширение рабочего диапазона частот, снижение коэффициента стоячей волны (улучшение согласования с фидером) в нижней части рабочего диапазона частот с одновременным сохранением однонаправленной диаграммы направленности при сокращении массогабаритных
Поставленная цель достигается тем, что вместо дипольных элементов симметричного вибратора, используемых для расширения полосы вниз в устройстве-прототипе (Пат. РФ №2427946, МПК H01Q 11/10, опубл. 27.08.2011), в данном решении используется нагруженный сопротивлением петлевой элемент квадратной или прямоугольной формы с соотношением сторон в пределах от 1:1 до 2:3, выполненный из медного или алюминиевого проводника диаметром в пределах от 2 до 5 мм. Сопротивление нагрузки петлевого элемента находится в пределах от 300 до 400 Ом. Периметр петлевого элемент составляет 0,1…0,15 длины волны минимальной частоты рабочего диапазона антенны. Коэффициент трансформации сопротивления ВЧ трансформатора имеет соотношение к четырем (1:4), при этом высокоомная обмотка электрически подключена к петлевому элементу, а низкоомная к собирательной микрополосковой линии. Для исключения влияния фидера на петлевой элемент, на фидер установлен набор ферритовых трубок общей длиной 100 мм со значением магнитной проницаемости в пределах 2000-4000.
Перечисленные существенные признаки: петлевой элемент, нагруженный активным сопротивлением и подключенный к собирательной линии логопериодической структуры, и ВЧ трансформатор, согласующий импеданс нагруженного активным сопротивлением петлевого элемента и собирательной линии, позволяет достичь цели изобретения - расширить диапазон рабочих частот, как при одновременном сохранении однонаправленной диаграммы направленности, так и с сохранением КСВ менее 3 во всем рабочем диапазоне 25-6000 МГц при уменьшении массогабаритных характеристик логопериодической комбинированной антенны по сравнению с прототипом.
Графики КСВН, представленные на фиг. 3 и фиг. 4 позволяют сделать вывод о хорошем уровне согласования логопериодической структуры и нагруженного активным сопротивлением петлевого элемента, а КСВ в рабочем диапазоне частот не превышает значение 3, с учетом значения погрешности измерения КСВ векторным анализатором цепей равным 0,1. Диаграммы направленности, представленные в виде таблицы на фиг. 6 и 7 свидетельствуют об однонаправленной диаграмме направленности антенны в горизонтальной плоскости. Данные графиков на фиг. 8 и 9 подтверждают возможность использования данной антенны в качестве измерительной, ввиду небольшого относительного изменения коэффициента калибровки в рабочем диапазоне частот антенны.
Claims (5)
1. Сверхширокополосная комбинированная логопериодическая антенна, состоящая из логопериодической структуры, выполненной с применением двухпроводной микрополосковой линии на диэлектрическом материале и симметричных вибраторов, выполненных в виде микрополосков на диэлектрическом материале, а размеры симметричных вибраторов и расстояние между ними выбраны в соответствии с принципом логарифмической периодичности, отличающаяся тем, что логопериодическая структура имеет электрическое соединение с нагруженным активным сопротивлением петлевым элементом, расположенным позади самого низкочастотного элемента логопериодической структуры, через высокочастотный (ВЧ) трансформатор.
2. Сверхширокополосная комбинированная логопериодическая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что петлевой элемент выполнен квадратной или прямоугольной формы с соотношением сторон от 1:1 до 2:3, нагруженный нагрузочным сопротивлением в пределах 300-400 Ом, а его периметр составляет 0,1…0,15 длины волны минимальной частоты рабочего диапазона антенны.
3. Сверхширокополосная комбинированная логопериодическая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что коэффициент трансформации сопротивления ВЧ трансформатора составляет соотношение один к четырем (1:4), при этом высокоомная обмотка ВЧ трансформатора электрически подключена в разрыв петлевого элемента, а низкоомная обмотка к собирательной микрополосковой линии логопериодической структуры.
4. Сверхширокополосная комбинированная логопериодическая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что проводники петлевого элемента для сохранения поочередной смены фазы на вибраторах в 180°, необходимой для возбуждения логопериодической структуры, подключаются к обмотке ВЧ трансформатора с фазовым сдвигом в 180°, относительно максимального по размерам вибратора логопериодической структуры, подключенного к собирательной линии.
5. Сверхширокополосная комбинированная логопериодическая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что ее возбуждение осуществляется по коаксиальному фидеру, на который, вблизи выходного разъема и нагрузочного активного сопротивления, установлен набор ферритовых трубок общей длиной 100 мм со значением магнитной проницаемости в пределах 2000-4000.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018117642A RU2691767C1 (ru) | 2018-05-11 | 2018-05-11 | Сверхширокополосная комбинированная логопериодическая антенна |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018117642A RU2691767C1 (ru) | 2018-05-11 | 2018-05-11 | Сверхширокополосная комбинированная логопериодическая антенна |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2691767C1 true RU2691767C1 (ru) | 2019-06-18 |
Family
ID=66947833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018117642A RU2691767C1 (ru) | 2018-05-11 | 2018-05-11 | Сверхширокополосная комбинированная логопериодическая антенна |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2691767C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111952723A (zh) * | 2020-09-08 | 2020-11-17 | 山东华箭科工创新科技有限公司 | 一种加载金属振子的5g全频段印刷对数周期天线 |
| RU2824917C1 (ru) * | 2023-12-26 | 2024-08-15 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Логопериодическая дипольная антенна |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5945962A (en) * | 1996-08-19 | 1999-08-31 | Emc Test Systems, L.P. | Broad band shaped element dipole antenna |
| US6121937A (en) * | 1999-01-26 | 2000-09-19 | Podger; James Stanley | Log-periodic staggered-folded-dipole antenna |
| RU2427946C1 (ru) * | 2010-03-11 | 2011-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Логопериодическая комбинированная антенна |
| CN102394337A (zh) * | 2011-06-07 | 2012-03-28 | 财团法人台湾电子检验中心 | Bilog宽频天线结构 |
-
2018
- 2018-05-11 RU RU2018117642A patent/RU2691767C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5945962A (en) * | 1996-08-19 | 1999-08-31 | Emc Test Systems, L.P. | Broad band shaped element dipole antenna |
| US6121937A (en) * | 1999-01-26 | 2000-09-19 | Podger; James Stanley | Log-periodic staggered-folded-dipole antenna |
| RU2427946C1 (ru) * | 2010-03-11 | 2011-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Логопериодическая комбинированная антенна |
| CN102394337A (zh) * | 2011-06-07 | 2012-03-28 | 财团法人台湾电子检验中心 | Bilog宽频天线结构 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111952723A (zh) * | 2020-09-08 | 2020-11-17 | 山东华箭科工创新科技有限公司 | 一种加载金属振子的5g全频段印刷对数周期天线 |
| RU2824917C1 (ru) * | 2023-12-26 | 2024-08-15 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Логопериодическая дипольная антенна |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Azadegan et al. | A novel approach for miniaturization of slot antennas | |
| JP4904509B2 (ja) | 受動相互変調ひずみの測定方法および測定システム | |
| US9103864B2 (en) | Non-intrusive cable fault detection and methods | |
| Campbell et al. | Design of a stripline log-periodic dipole antenna | |
| US4270128A (en) | Radio antennae | |
| Choi et al. | Electrically small folded dipole antenna for HF and low-VHF bands | |
| Valizade et al. | Band-Notch Slot Antenna with Enhanced Bandwidth by using?-Shaped Strips Protruded inside Rectangular Slots for UWB Applications | |
| TWI404262B (zh) | 具有太陽能電池天線元件之電子裝置及相關方法 | |
| Hsu et al. | Design, fabrication, and characterization of a Dual-BandElectrically small Meander-line monopole antenna for wireless communications | |
| Cicchetti et al. | A wideband high-gain dielectric horn-lens antenna for wireless communications and UWB applications | |
| KR100962930B1 (ko) | 1／4크기의 슬롯 초광대역 안테나 및 그 제조방법 | |
| RU2691767C1 (ru) | Сверхширокополосная комбинированная логопериодическая антенна | |
| Chakravarthi et al. | A compact log periodic planar dipole UHF array sensor for partial discharge measurements | |
| Kobayashi et al. | Improvement of Broadband Folded Long-Hexagon Antenna for EMI Measurements | |
| Loizou et al. | Design and analysis of a dual-band inverted-F antenna with orthogonal frequency-controlled radiation planes | |
| Le et al. | A novel compact ultra-wideband dipole antenna | |
| Lu et al. | A further study of planar UWB monopole antennas | |
| RU2356140C1 (ru) | Логопериодическая вибраторная антенна | |
| Jangam et al. | Design of J Pole Antenna for GPS-based Radiosonde Receiver Station | |
| RU2655724C2 (ru) | Логопериодическая вибраторная антенна | |
| Ling et al. | A Wideband High Gain Dumbbells-shaped Magnetoelectric Dipole Antenna | |
| Kobayashi et al. | Development of Folded Rhombic Antenna without Balun for Microwave Frequency Range | |
| Virushabadoss et al. | Quality Factor of an Electrically Small Planar Slot Antenna with Different Matching Networks | |
| Wang et al. | Design and implementation of X-band waveguide slot antenna | |
| Mansour et al. | Design and fabrication of a dual band low profile antenna for smart tracking in oil fields |