RU94066U1 - LOGOPERIODIC VIBRATOR ANTENNA - Google Patents
LOGOPERIODIC VIBRATOR ANTENNA Download PDFInfo
- Publication number
- RU94066U1 RU94066U1 RU2009147478/22U RU2009147478U RU94066U1 RU 94066 U1 RU94066 U1 RU 94066U1 RU 2009147478/22 U RU2009147478/22 U RU 2009147478/22U RU 2009147478 U RU2009147478 U RU 2009147478U RU 94066 U1 RU94066 U1 RU 94066U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vibrator
- log
- coaxial feeder
- distribution line
- periodic
- Prior art date
Links
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
Abstract
1. Логопериодическая вибраторная антенна, содержащая ряд симметричных вибраторов, запитываемых от двухпроводной распределительной линии, возбуждаемой коаксиальным фидером, при этом каждый последующий симметричный вибратор в ряду запитан противофазно предшествующему симметричному вибратору, отношение длин плеч соседних вибраторов и отношение расстояний между симметричными вибраторами выбраны по соотношениям образования оптимальной логопериодической вибраторной структуры, а симметричные вибраторы и двухпроводная распределительная линия выполнены в виде полосковых проводников, расположенных с двух сторон диэлектрического основания, отличающаяся тем, что в диэлектрическом основании у наименьшего вибратора логопериодической вибраторной структуры выполнено отверстие, внутренний проводник коаксиального фидера, проложенного вдоль одного из полосковых проводников двухпроводной распределительной линии, выведен из отверстия и подсоединен к другому полосковому проводнику двухпроводной распределительной линии, а наружный проводник коаксиального фидера подсоединен к полосковому проводнику двухпроводной распределительной линии, вдоль которого он проложен, напротив подсоединения внутреннего проводника коаксиального фидера, при этом диаметр наружного проводника коаксиального фидера выбран меньшим или равным ширине полоскового проводника двухпроводной распределительной линии, отношение толщины h диэлектрического основания к длине волны λε двухпроводной распределительной линии выбрано удовлетворяющим условию , а отношение длины Lст логопериодической вибраторной структуры к максимальной д 1. Log-periodic vibrator antenna, containing a number of symmetrical vibrators, fed from a two-wire distribution line excited by a coaxial feeder, with each subsequent symmetric vibrator in a row powered antiphase to the previous symmetric vibrator, the ratio of the lengths of the shoulders of adjacent vibrators and the ratio of the distance between the symmetrical vibrators of the selected vibrator optimal log-periodic vibrator structure, and symmetrical vibrators and a two-wire distributor The line is made in the form of strip conductors located on both sides of the dielectric base, characterized in that a hole is made in the dielectric base of the smallest vibrator of the log-periodic vibrator structure, the inner conductor of the coaxial feeder laid along one of the strip conductors of the two-wire distribution line is led out of the hole and connected to another strip conductor of the two-wire distribution line, and the outer conductor of the coaxial feeder is connected is connected to the strip conductor of the two-wire distribution line, along which it is laid, opposite to the connection of the inner conductor of the coaxial feeder, while the diameter of the outer conductor of the coaxial feeder is chosen to be less than or equal to the width of the strip conductor of the two-wire distribution line, the ratio of the thickness h of the dielectric base to the wavelength λε of the two-wire distribution line selected satisfying the condition, and the ratio of the length Lst of the log-periodic vibrator structure to the maximum
Description
Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в стационарных и мобильных системах связи сантиметрового диапазона волн, в частности в качестве широкополосной приемопередающей антенны сотовой связи, а также в системах радиоконтроля, радиопеленгации и нелинейной радиолокации.The utility model relates to antenna technology and can be used in stationary and mobile communication systems of the centimeter wave range, in particular as a broadband transceiver antenna for cellular communications, as well as in radio monitoring systems, direction finding and non-linear radar systems.
Известны логопериодические вибраторные антенны (ЛПВА), содержащие ряд симметричных вибраторов, запитываемых от двухпроводной распределительной линии, плечи которых подключены к ней противофазно [1]. Известно также, что ЛПВА относятся к классу частотно-независимых антенн, для которых рабочая полоса частот принципиально не ограничена и определяется лишь размерами вибраторной структуры и технологическими возможностями изготовления. В классическом варианте выполнения ЛПВА [1, с.207 рис.4 - 19а] геометрию антенны определяют из условия реализации максимального коэффициента направленного действия (КНД) путем выбора параметров логопериодической структуры: масштабного множителя τ и пространственного множителя σ. При фиксированном значении τ существует оптимальное значение σ, при котором ЛПВА имеет наибольший КНД [2, с.5 рис.2]. Образовавшаяся для этой пары τ и σ логоперио-дическая вибраторная структура (ЛПВС) считается оптимальной. Увеличение τ при оптимальном значении σ приводит к росту КНД, вибраторная структура стремится к периодической и при значениях τ, близких к единице, достигается максимально возможный КНД и можно ожидать, что характеристики такой структуры будут близки к частотно-независимым [2, с.4, 5]. Граничные частоты оптимальной ЛПВА определяют размеры крайних вибраторов и при увеличении числа вибраторов структура стремится к бесконечной, а полоса частот неограниченно увеличивается. На практике длина вибраторной структуры ограничивается заданной полосой частот и минимальным значением коэффициента усиления в полосе частот. В этом случае активная область структуры, захватывающая группу наиболее интенсивно возбуждаемых и излучающих до 90% энергии вибраторов, усекается на граничных частотах заданной полосы частот до одного резонансного вибратора. Это приводит к расширению диаграммы направленности, снижению КНД на граничных частотах и недопустимому увеличению КСВн (до уровня 2,5-3,0) на входе антенны [3, 4].Known log-periodic vibrator antennas (LPVA), containing a number of symmetric vibrators, powered from a two-wire distribution line, the shoulders of which are connected to it out of phase [1]. It is also known that LPVAs belong to the class of frequency-independent antennas for which the working frequency band is not fundamentally limited and is determined only by the size of the vibrator structure and the technological capabilities of manufacturing. In the classical embodiment of the LPAA [1, p.207 Fig. 4 - 19a], the antenna geometry is determined from the conditions for the implementation of the maximum directivity coefficient (KND) by choosing the parameters of the log-periodic structure: the scale factor τ and the spatial factor σ. For a fixed value of τ, there is an optimal value of σ at which the LPVA has the highest KND [2, p.5, Fig. 2]. The logoperiodic vibrator structure (LPS) formed for this pair of τ and σ is considered optimal. An increase in τ at the optimal value of σ leads to an increase in the directivity gain, the vibrator structure tends to periodic, and for values of τ close to unity, the maximum possible directivity gain is achieved and it can be expected that the characteristics of such a structure will be close to frequency-independent [2, p.4, 5]. The boundary frequencies of the optimal LPVA determine the size of the extreme vibrators, and as the number of vibrators increases, the structure tends to infinite, and the frequency band increases unlimitedly. In practice, the length of the vibrator structure is limited to a given frequency band and the minimum gain value in the frequency band. In this case, the active region of the structure, which captures the group of the most intensely excited and emitting up to 90% of the energy of the vibrators, is truncated at the boundary frequencies of a given frequency band to one resonant vibrator. This leads to an expansion of the radiation pattern, a decrease in the directivity gain at the boundary frequencies, and an unacceptable increase in SWR (to the level of 2.5-3.0) at the antenna input [3, 4].
Среди известных решений наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному устройству является ЛПВА по патенту Российской Федерации №2356140 С1МПК H01Q 11/10, опубликованному 20.05.2009 г., Бюл. №14. Она содержит ряд симметричных вибраторов, запитывамых от двухпроводной распределительной линии, возбуждаемой коаксиальным фидером, при этом каждый последующий симметричный вибратор в ряду запитан противофазно предшествующему симметричному вибратору, отношение длин плеч соседних вибраторов и отношение расстояний между симметричными вибраторами выбраны по соотношениям образования оптимальной логопериодической вибраторной структуры, а симметричные вибраторы и двухпроводная распределительная линия выполнены в виде полосковых проводников, расположенных с двух сторон диэлектрического основания.Among the known solutions, the closest in technical essence and the achieved result to the claimed device is LPVA according to the patent of the Russian Federation No. 2356140 C1MPK H01Q 11/10, published on 05/20/2009, Bull. Number 14. It contains a number of symmetric vibrators powered from a two-wire distribution line excited by a coaxial feeder, with each subsequent symmetric vibrator in a row powered by a counter-phase to the previous symmetrical vibrator, the ratio of the shoulder lengths of adjacent vibrators and the distance between the symmetrical vibrators selected according to the ratios of the formation of the optimal logop and symmetric vibrators and a two-wire distribution line are made in the form of strip odnikov disposed on both sides of the dielectric base.
В ЛПВА по патенту RU2356140 C1 за счет выполнения симметричных вибраторов и двухпроводной распределительной линии в виде полосковых проводников, расположенных с двух сторон диэлектрического основания, выбора значений волнового сопротивления Wл двухпроводной ленточной распределилительной линии и параметра , по предложенным соотношениям реализуется на выходе коаксиального фидера антенны значения КСВн=1,3...1,7 в широкой полосе частот с коэффициентом перекрытия частот , где fв - верхняя граничная частота и fн - нижняя граничная частота рабочего диапазона частот. Таким образом, данное техническое решение имеет ограничение по ширине рабочей полосы частот, определяемой по уровню КСВн=1,7, которое не позволяет судить о потенциальной широкополосности предложенной ЛПВА, а также о стабильности характеристик излучения в рабочей полосе частот.In LPVA according to patent RU2356140 C1 due to the implementation of symmetrical vibrators and a two-wire distribution line in the form of strip conductors located on both sides of the dielectric base, the choice of values of the wave impedance W l of the two-wire tape distribution line and parameter , according to the proposed relations, the values of VSWR = 1.3 ... 1.7 are realized at the output of the coaxial antenna feeder in a wide frequency band with a frequency overlap coefficient where f in - the upper cutoff frequency and f n - the lower cutoff frequency of the operating frequency range. Thus, this technical solution has a limitation on the width of the working frequency band, determined by the level of VSWR = 1.7, which does not allow us to judge the potential broadband of the proposed LPVA, as well as the stability of the radiation characteristics in the working frequency band.
В полезной модели решается задача изыскания конструктивных решений, позволяющих реализовать потенциальные возможности оптимальной ЛПВА по техническим характеристикам.The utility model solves the problem of finding constructive solutions that allow to realize the potential possibilities of optimal LPVA according to technical characteristics.
Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой логопериодической вибраторной антенны, заключается в расширении рабочей полосы частот при минимальной длине вибраторной структуры, а также повышении эксплуатационной надежности за счет упрощения конструкции антенны.The technical result that can be obtained using the proposed log-periodic vibrator antenna is to expand the working frequency band with a minimum length of the vibrator structure, as well as to increase operational reliability by simplifying the design of the antenna.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известной логопериодической вибраторной антенне, содержащей ряд симметричных вибраторов, запитываемых от двухпроводной распределительной линии, возбуждаемой коаксиальным фидером, при этом каждый последующий симметричный вибратор в ряду запитан противофазно предшествующему симметричному вибратору, отношение длин плеч соседних вибраторов выбраны по соотношениям образования оптимальной логопериодической вибраторной структуры, а симметричные вибраторы и двухпроводная распределительная линия выполнены в виде полосковых проводников, расположенных с двух сторон диэлектрического основания, согласно полезной модели в диэлектрическом основании у наименьшего вибратора логопериодической вибраторной структуры выполнено отверстие, внутренний проводник коаксиального фидера, проложенного вдоль одного из полосковых проводников двухпроводной распределительной линии, выведен из отверстия и подсоединен к другому полосковому проводнику двухпроводной распределительной линии, а наружный проводник коаксиального фидера подсоединен к полосковому проводнику двухпроводной распределительной линии, вдоль которого он проложен, напротив подсоединения внутреннего проводника коаксиального фидера, при этом диаметр наружного проводника коаксиального фидера выбран меньшим или равным ширине полоскового проводника двухпроводной распределительной линии, отношение толщины h диэлектрического основания к длине волны λε в двухпроводной распределительной линии выбрано удовлетворяющих условию , а отношение длины Lст логопериодической вибраторной структуры к максимальной длине волны λmax на нижней частоте рабочего диапазона частот выбрано из соотношения .To solve the problem with achieving the specified technical result in a well-known log-periodic vibrator antenna containing a number of symmetric vibrators powered by a two-wire distribution line excited by a coaxial feeder, each subsequent symmetric vibrator in a row is powered by an antiphase previous symmetrical vibrator, the ratio of the lengths of the shoulders of adjacent vibrators according to the ratios of the formation of the optimal log-periodic vibrator structure, and symmetric vibrations tori and a two-wire distribution line are made in the form of strip conductors located on both sides of the dielectric base, according to a utility model, a hole is made in the smallest vibrator of the log-periodic vibrator structure, the inner conductor of the coaxial feeder laid along one of the strip conductors of the two-wire distribution line is withdrawn from holes and connected to another strip conductor of the two-wire distribution line, and the outer the coaxial feeder conductor is connected to the strip conductor of the two-wire distribution line along which it is laid, opposite to the connection of the coaxial feeder inner conductor, while the diameter of the outer conductor of the coaxial feeder is selected to be less than or equal to the width of the strip conductor of the two-wire distribution line, the ratio of the thickness h of the dielectric base to the wavelength λ ε in a two-wire distribution line selected satisfying the condition And the ratio of length L art log-periodic dipole structure to the maximum wavelength λ max at the lower frequency of the operating band is selected from the relation .
Возможен дополнительный вариант выполнения ЛПВА, в котором целесообразно, чтобы были введены корпус, на котором посредством планки было бы закреплено со стороны наибольшего вибратора диэлектрическое основание печатной платы логопериодической вибраторной структуры, причем корпус и планка были бы выполнены из конструкционного диэлектрического материала, а в торцевой части корпуса было бы выполнено отверстие, через которое был бы выведен возбуждающий вибраторную структуру коаксиальный фидер, узел крепления антенны на опорной стойке, который был бы выполнен в виде пары винт-. гайка, установленной на корпусе со стороны выхода из логопериодической вибраторной структуры коаксиального фидера, накладки, которые расположились бы на диэлектрическом основании сверху полосковых проводников двухпроводной распределительной линии, и заглушка, которая соединялась бы с накладками у вершины логопериодической вибраторной структуры, причем накладки и заглушка были бы выполнены из радиопрозрачного диэлектрика. На фиг.1 представлено конструктивное выполнение заявленной логопериодической вибраторной антенны. На фиг.2 показана печатная плата логопериодической вибраторной структуры. На фиг.3 приведены результаты измерения КСВн на выходе коаксиального фидера экспериментальной модели антенны в диапазоне частот с перекрытием .An additional embodiment of the LPVA is possible, in which it is advisable that a housing be introduced on which the dielectric base of the printed circuit board of the log-periodic vibrator structure would be fixed by means of the strap from the side of the largest vibrator, the housing and the strap would be made of structural dielectric material, and in the end part the case, a hole would be made through which the coaxial feeder, the antenna mount on the support leg, which would be in the form of a screw-pair. a nut installed on the housing from the side of the log-periodic vibrator structure of the coaxial feeder, plates that would be located on the dielectric base on top of the strip conductors of the two-wire distribution line, and a plug that would connect to the plates at the top of the log-periodic vibrator structure, and the plates and plug would be made of radiolucent dielectric. Figure 1 shows the structural embodiment of the claimed log-periodic vibrator antenna. Figure 2 shows the printed circuit board log-periodic vibrator structure. Figure 3 shows the results of measuring the VSWR at the output of the coaxial feeder of the experimental antenna model in the frequency range with overlapping .
Логопериодическая вибраторная антенна содержит ряд симметричных вибраторов 1, присоединенных к двухпроводной распределительной линии 2 вдоль ее длины, и коаксиальный фидер 3. Вибраторы 1 и двухпроводная линия 2 выполнены в виде полосковых проводников, расположенных с двух сторон диэлектрического основания 4 печатной платы ЛПВС (фиг.2). Коаксиальный фидер 3 проложен вдоль одного из полосковых проводников линии 2.Log-periodic vibrator antenna contains a number of symmetrical vibrators 1 connected to a two-wire distribution line 2 along its length, and a coaxial feeder 3. The vibrators 1 and two-wire line 2 are made in the form of strip conductors located on both sides of the dielectric base 4 of the PCB circuit board (Fig.2 ) Coaxial feeder 3 is laid along one of the strip conductors of line 2.
В диэлектрическом основании 4 печатной платы ЛПВС (фиг.2) у наименьшего вибратора выполнено отверстие 11, внутренний проводник 6 коаксиального фидера 3 (фиг.1, вид I), проложенного вдоль одного из полосковых проводников двухпроводной распределительной линий 2, выведен из отверстия 11 и подсоединен, например путем пайки к другому полосковому проводнику линии 2 (фиг.1, вид II). Наружный проводник 5 коаксиального фидера 3 (фиг.1, вид I, II; сечение К-К) подсоединен (припаян) к полосковому проводнику линии 2, вдоль которого он проложен, напротив подсоединения внутреннего проводника 6 коаксиального фидера 3. Такое включение коаксиального фидера 3 в двухпроводную распределительную линию 2 обеспечивает выполнение условия отсечки токов в активной области ЛПВА, поскольку при этом не нарушается фазировка токов вибраторов активной области. Кроме того, улучшается симметрия вибраторной структуры по отношению к питающей ее двухпроводной линии 2, так как в точках возбуждения линии 2 (фиг.1, вид I) коаксиальным фидером 3 токи в проводниках линии равны по величине и противофазны.In the dielectric base 4 of the PCB circuit board (Fig. 2), the smallest vibrator has a hole 11, the inner conductor 6 of the coaxial feeder 3 (Fig. 1, view I), laid along one of the strip conductors of the two-wire distribution line 2, is withdrawn from the hole 11 and connected, for example, by soldering to another strip conductor of line 2 (figure 1, type II). The outer conductor 5 of the coaxial feeder 3 (Fig. 1, view I, II; section KK) is connected (soldered) to the strip conductor of the line 2 along which it is laid, opposite the connection of the inner conductor 6 of the coaxial feeder 3. Such inclusion of the coaxial feeder 3 into a two-wire distribution line 2 ensures that the current cutoff condition in the active region of the LPVA is satisfied, since the phasing of the currents of the vibrators of the active region is not disturbed. In addition, the symmetry of the vibrator structure is improved with respect to the two-wire line 2 supplying it, since at the excitation points of the line 2 (Fig. 1, view I) by the coaxial feeder 3, the currents in the line conductors are equal in magnitude and antiphase.
Логопериодическая вибраторная структура (фиг.2) выполнена в виде N печатных полосковых симметричных вибраторов 1 с изменяющейся по геометрической прогрессии длиной ln=l1·τn-1 и шириной Sn=S1·τn-1 (l1, S1 соответственно резонансная длина и ширина наибольшего вибратора, n=1, 2...N) и двух полосковых проводников 2 одинаковой ширины “в”, образующих ленточную линию (фиг.1). Полосковые проводники ЛПВС выполнены на едином диэлектрическом основании 4 толщиной h с двух его сторон фотохимическим методом. В качестве диэлектрического основания 4 печатной платы ЛПВС используется высокочастотный диэлектрик с малыми диэлектрическими потерями, например диэлектрик типа “Флан-5” с относительной диэлектрической постоянной εr=5 и толщиной h=2,0 мм.Log-periodic vibrator structure (figure 2) is made in the form of N printed strip symmetrical vibrators 1 with a geometric progression of length l n = l 1 · τ n-1 and width S n = S 1 · τ n-1 (l 1 , S 1, respectively, the resonant length and width of the largest vibrator, n = 1, 2 ... N) and two strip conductors 2 of the same width “b”, forming a tape line (figure 1). LPVS strip conductors are made on a single dielectric base 4 of thickness h on both sides by the photochemical method. As the dielectric base 4 of the HDPE circuit board, a high-frequency dielectric with low dielectric losses is used, for example, a Flan-5 type dielectric with a relative dielectric constant ε r = 5 and a thickness h = 2.0 mm.
В конструкцию ЛПВА дополнительно введены корпус 7, узел крепления 12 антенны на опорной стойке, накладки 9 и заглушка 10. На корпусе 7 посредством планки 8 закреплено со стороны наибольшего вибратора диэлектрическое основание 4 печатной платы ЛПВС. Корпус 7 и планка 8 выполнены из конструкционного диэлектрического материала, например листового стеклотекстолита. На корпусе 7 со стороны выхода из ЛПВС коаксиального фидера 3 установлен узел крепления 12 антенны на опорной стойке, выполненный на в виде пары винт-гайка. В торцевой части корпуса 7 выполнено отверстие через которое выведен возбуждающий вибраторную структуру коаксиальный фидер 3. Полосковые проводники линии 2, вдоль одного из которых проложен фидер 3, закрыты накладками 9, а область вывода из отверстия 11 внутреннего проводника 6 коаксиального фидера 3 и подсоединения внешнего 5 и внутреннего 6 проводников фидера 3 к полосковым проводникам двухпроводной линии 2 закрыта заглушкой 10. Накладки 9 располагаются на диэлектрическом основании 4 вдоль полосковых проводников двухпроводной распределительной линии 2, а заглушка 10 соединяется с накладками 9 у вершины ЛПВС. Накладки 9 и заглушка 10 защищают двухпроводную линию 2 по всей длине от внешних воздействий в том числе механических. Они выполнены из радиопрозрачного диэлектрика, например из плотного пенополистерола с εr=1,2-1,4. Диаметр d наружного проводника 5 фидера 3 выбран меньшим или равным ширине «в» полоскового проводника двухпроводной линии 2. При d> в коаксиальный фидер 3 частично затеняет вибраторы 1 в области максимального значения распределения тока по вибратору. Вследствие чего уменьшается КНД антенны, увеличивается доля рассеивания мощности излучения в боковые лепестки ДН антенны. Отношение толщины h диэлектрического основания 4 к длине волны двухпроводной распределительной линии 2 выбрано удовлетворяющим условию . При значениях увеличивается уровень паразитного излучения двухпроводной линии 2, ухудшающий характеристики направленности антенны. Кроме того, при обеспечивается более высокая степень коллинеарности плеч печатных с двух сторон диэлектрического основания 4 вибраторов 1, что улучшает частотные характеристики антенны.The housing 7, the attachment point 12 of the antenna on the support column, the lining 9 and the plug 10 are additionally introduced into the LPAA design. On the body 7, the dielectric base 4 of the LPAA circuit board is fixed from the side of the largest vibrator by means of a strap 8. The housing 7 and the strap 8 are made of structural dielectric material, for example sheet fiberglass. On the housing 7 from the side of the outlet from the LPA of the coaxial feeder 3, an antenna mount 12 is mounted on a support column, made in the form of a screw-nut pair. A hole is made in the end part of the housing 7 through which a coaxial feeder 3 is excited, which vibrates the vibrating structure. The strip conductors of line 2, along one of which the feeder 3 is laid, are covered by plates 9, and the output area from the hole 11 of the inner conductor 6 of the coaxial feeder 3 and the external 5 and the inner 6 conductors of the feeder 3 to the strip conductors of the two-wire line 2 is closed by a plug 10. The plates 9 are located on the dielectric base 4 along the strip conductors of the two-wire distributor ln line 2, and the plug 10 is connected to the pads 9 at the top of the LPVS. The pads 9 and the plug 10 protect the two-wire line 2 along the entire length from external influences, including mechanical ones. They are made of radiolucent dielectric, for example, of dense polystyrene foam with ε r = 1.2-1.4. The diameter d of the outer conductor 5 of the feeder 3 is selected to be less than or equal to the width “c” of the strip conductor of the two-wire line 2. When d> into the coaxial feeder 3 partially shades the vibrators 1 in the region of the maximum value of the current distribution over the vibrator. As a result, the directivity of the antenna decreases, and the fraction of the radiation power dissipation into the side lobes of the antenna is increased. The ratio of the thickness h of the dielectric base 4 to the wavelength two-wire distribution line 2 is selected satisfying the condition . At values the level of spurious radiation of the two-wire line 2 increases, worsening the directivity of the antenna. In addition, when provides a higher degree of collinearity of the shoulders of the printed on both sides of the dielectric base 4 of the vibrators 1, which improves the frequency characteristics of the antenna.
Предлагаемая полезная модель имеет компактную конструкцию, в которой в отличие от известных выполнений ЛПВА [2. с.5; 5. с.35] несущими элементами конструкции являются диэлектрическое основание 4 и корпус 7, а узел крепления 12 антенны на опоре вынесен из области двухпроводной линии 2. Это существенно упрощает конструкцию антенны и повышает ее эксплуатационную надежность. Отсутствие традиционного защитного диэлектрического кожуха также упрощает конструкцию и уменьшает стоимость антенны.The proposed utility model has a compact design, in which, in contrast to the known implementations of LPVA [2. p.5; 5. p.35] the structural elements are the dielectric base 4 and the housing 7, and the antenna mount 12 on the support is removed from the area of the two-wire line 2. This greatly simplifies the antenna design and increases its operational reliability. The absence of a traditional protective dielectric casing also simplifies the design and reduces the cost of the antenna.
Ранее [3, 4] было установлено, что вблизи граничных частот fн и fв рабочего диапазона, которые определяют размеры крайних вибраторов, происходит плавное ухудшение электрических характеристик ЛПВА, которое резко возрастает за пределами граничных частот. Это объясняется отсечкой токов в активных областях антенны, которые на граничных частотах рабочего диапазона определяются током одного резонансного вибратора. Поэтому для расширения рабочего диапазона частот ЛПВА необходимо активные области антенны продлить за крайние резонансные вибраторы как в сторону больших на fн, так и в сторону меньших на fв вибраторов структуры. Для этого целесообразно на fн добавить в структуре к резонансному вибратору один вибратор, длина которого больше длины резонансного вибратора, а на fв добавить три вибратора, длины которых меньше длины резонансного вибратора и изменяются по геометрической прогрессии в соответствии со значением параметра τ.Earlier [3, 4] it was found that near the boundary frequencies f n and f in the operating range, which determine the size of the extreme vibrators, there is a smooth deterioration of the electrical characteristics of the LPVA, which increases sharply outside the boundary frequencies. This is explained by current cutoff in the active regions of the antenna, which at the boundary frequencies of the working range are determined by the current of one resonant vibrator. Therefore, in order to expand the working range of the LPAA frequencies, it is necessary to extend the active regions of the antenna beyond the extreme resonant vibrators, both toward large by f n and smaller by f into vibrators of the structure. To do this, it is advisable to add one vibrator to the structure of the resonant vibrator on f n , the length of which is longer than the length of the resonant vibrator, and on f to add three vibrators whose lengths are less than the length of the resonant vibrator and vary geometrically in accordance with the value of the parameter τ.
Рассмотрим в качестве исходной модели антенны ЛПВА с оптимальной для КНД=10-11 дБ геометрией (τ=0,92; σ=0,2; α=11,40), рассчитанной для работы в диапазоне частот fн=1700 МГц и fв=5100 МГц с коэффициентом перекрытия частот .Let us consider as the initial model of the LPVA antenna with the geometry optimal for KND = 10-11 dB (τ = 0.92; σ = 0.2; α = 11.4 0 ), calculated for operation in the frequency range f n = 1700 MHz and f in = 5100 MHz with a frequency overlap factor .
ЛПВС антенны выполнена печатным способом на диэлектрическом основании из высокочастотного диэлектрика флан - 5×2,0 (εr=5, h=2 мм). Для перекрытия указанного диапазона частот требуется, чтобы ЛПВС антенны содержала N=21 симметричный вибратор и имела длину структуры Lст=215,3 мм. Экспериментальная модель антенны, результаты измерения КСВн которой в диапазоне частот с перекрытием приведены на фиг.3, определяет рабочий диапазон антенны по уровню КСВн=1,85 с граничными частотами fн=1738 МГц (λmax=172,6 мм) и fв=4971,85 МГц (λmin=60,3 мм) и коэффициентом перекрытия частот . Для этих частот минимальная длина структуры в длинах волн λmax составляет . На расчетных граничных частотах fн=1700 МГц и fв=5100 МГц КСВн равен соответственно 2,3 и 2,4, а за их пределами на частотах 1516,4 МГц и 5437 МГц значение КСВн возрастает до 3,0; при этом ДН в пл. Н расширяется и по полу спаду мощности составляет ; уровень заднего излучения увеличивается до - (6,5...11) дБ, а КНД уменьшается до 6 дБ.The antenna's LPS was printed on a dielectric base from a high-frequency dielectric flan - 5 × 2.0 (ε r = 5, h = 2 mm). To overlap the specified frequency range, it is required that the antenna of the antenna contains N = 21 symmetric vibrators and has a structure length L article = 215.3 mm. An experimental model of the antenna, the measurement results of the VSWR of which in the frequency range with overlapping shown in figure 3, determines the operating range of the antenna in terms of VSWR = 1.85 with the boundary frequencies f n = 1738 MHz (λ max = 172.6 mm) and f in = 4971.85 MHz (λ min = 60.3 mm ) and frequency overlap coefficient . For these frequencies, the minimum structure length at wavelengths λ max is . On the calculated boundary frequencies f n = 1700 MHz and f = 5100 MHz in the VSWR is equal to 2.3 and 2.4, respectively, and outside on frequencies 1516.4 MHz and 5437 MHz VSWR value rises to 3.0; while the DN in the square. N expands and on the floor the decrease in power is ; the level of back radiation increases to - (6.5 ... 11) dB, and the directivity gain decreases to 6 dB.
Электрическое моделирование, выполненное с использованием принципа электродинамического подобия, показало, что увеличение числа вибраторов в ЛПВС с N=21 до N=25 (один вибратор на fн и три вибратора на fв) увеличивает длину исходной структуры на 34,1 мм и ее длина станет равной Lст=215,3 мм+34,1=249,4 мм. Граничные частоты по уровню КСВн=1,85 станут следующими: fн=1500 МГц (λmax=200 мм), fв=5757,4 МГц (λmin=52,1 мм). Для этих граничных частот минимальная длина структуры в λmax будет , т.е. такой же, как и для исходной экспериментальной модели ЛПВА. Однако ЛПВА с большим числом вибраторов (N=25) при небольшом увеличении длины ЛПВС имеет по сравнению с исходной моделью (N=21) существенно более широкую рабочую полосу частот. У нее коэффициент перекрытия равен , что по сравнению с исходной моделью в раза больше. При длине структуры Lст=1,25λmax она обеспечивает в широкой полосе рабочих частот Δf=5757,4 МГц-1500 МГц=4257,4 МГц следующие электрические характеристики: КСВн=1,3...1,85; симметричные ДН с шириной по полуспаду мощности в пл. E-, в пл. H-, уровень заднего излучения - (13...17) дБ и КНД=7,5-10 дБ. Установим предельные возможности ЛПВА по расширению рабочей полосы частот в сторону высоких частот, которые определяются возможностями технологии изготовления полосковых проводников антенны. Расчеты показывают, что оптимальная ЛПВС (τ=0,92; σ=0,2; α=11,40) при ее реализации на диэлектрическом основании из высокочастотного диэлектрика типа флан - 5×2,0 (εr=5, h=2 мм) с использованием технологии изготовления печатных плат фотохимическим методом должна иметь не более 28 вибраторов. Это условие связано с тем, что длина наименьшего (высокочастотного) вибратора l28 (N=28) получается равной l28=6 мм. Отсюда, учитывая ширину “в” полоскового проводника двухпроводной линии для Wл=71,5 Ом, равную в=4,7 мм, получаем длину плеча вибратора lпл, выступающего над полосковым проводником линии, . Такой размер вибратора является предельным для фотохимического метода изготовления полосковых проводников. К тому же дальнейшее уменьшение длины вибратора с ростом частоты приведет к слиянию вибратора с полосковым проводником двухпроводной линии.Electrical modeling, performed using the principle of electrodynamic similarity, showed that an increase in the number of vibrators in an LPS from N = 21 to N = 25 (one vibrator per f n and three vibrators per f c ) increases the length of the initial structure by 34.1 mm and its the length will be equal to L article = 215.3 mm + 34.1 = 249.4 mm. Boundary frequencies VSWR = 1.85 level will be as follows: f n = 1500 MHz (λ max = 200 mm), f in = 5757.4 MHz (λ min = 52,1 mm). For these boundary frequencies, the minimum structure length in λ max will be , i.e. the same as for the initial experimental LPVA model. However, the LPAA with a large number of vibrators (N = 25) with a small increase in the length of the LPAA has a significantly wider operating frequency band compared to the original model (N = 21). Her overlap coefficient is equal to that compared to the original model in times more. With the structure length L article = 1.25λ max, it provides the following electrical characteristics in a wide band of operating frequencies Δf = 5757.4 MHz-1500 MHz = 4257.4 MHz: VSWR = 1.3 ... 1.85; symmetrical DNs with a half-power width in the square. E- in pl. H- , the level of back radiation is (13 ... 17) dB and KND = 7.5-10 dB. We will establish the maximum capacity of the LPVA to expand the working frequency band towards high frequencies, which are determined by the capabilities of the technology for manufacturing strip antenna conductors. Calculations show that the optimal HDPE (τ = 0.92; σ = 0.2; α = 11.4 0 ) when implemented on a dielectric base from a high-frequency flan type dielectric is 5 × 2.0 (ε r = 5, h = 2 mm) using the technology of manufacturing printed circuit boards by the photochemical method should have no more than 28 vibrators. This condition is due to the fact that the length of the smallest (high-frequency) vibrator l 28 (N = 28) is equal to l 28 = 6 mm. Hence, given the width "in" of the strip conductor of the two-wire line for W l = 71.5 Ohms, equal to = 4.7 mm, we obtain the length of the vibrator arm l PL protruding above the strip conductor of the line, . This size of the vibrator is the limit for the photochemical method of manufacturing strip conductors. In addition, a further decrease in the length of the vibrator with increasing frequency will lead to the merger of the vibrator with the strip conductor of the two-wire line.
Вибратору длиной l28=6 мм соответствует минимальная длина волны , где Кв=0,135 - коэффициент длины крайнего высокочастотного резонансного вибратора усеченной активной области оптимальной ЛПВА. Эта длина волны является предельной для фотохимического метода изготовления полосковых проводников ЛПВА и ей соответствует предельная частота fпр=9090,9 МГц. Коэффициент перекрытия для этой частоты равен , длина структуры Lст=249,4 мм+8,6 мм=258 мм, что в длинах волн λmax равно . Таким образом, при осуществлении полезной модели используются инновационный для данного класса антенн фотохимический метод изготовления полосковых проводников антенны с двух сторон диэлектрического основания печатной платы и современные высокочастотные диэлектрики. В совокупности это позволяет реализовать широкополосные свойства ЛПВА в СВЧ диапазоне и стабилизировать характеристики излучения антенны в рабочей полосе частот.Vibrator length l 28 = 6 mm corresponds to the minimum wavelength where K in = 0,135 - the length coefficient of the extreme high-frequency resonant vibrator of the truncated active region of the optimal LPVA. This wavelength is the limit for the photochemical method of manufacturing strip conductors LPVA and corresponds to the limit frequency f ave = 9090.9 MHz. The overlap coefficient for this frequency is , the length of the structure L article = 249.4 mm + 8.6 mm = 258 mm, which at wavelengths λ max is . Thus, when implementing the utility model, the photochemical method of manufacturing strip conductors of the antenna on both sides of the dielectric base of the printed circuit board and modern high-frequency dielectrics, innovative for this class of antennas, are used. Together, this makes it possible to realize the broadband properties of LPVA in the microwave range and stabilize the radiation characteristics of the antenna in the working frequency band.
Логопериодическая вибраторная антенна в режиме передачи работает следующим образом. Волна от передатчика по коаксиальному фидеру 3 распространяется к точкам подсоединения проводников 5 и 6 коаксиального фидера 3 к проводникам двухпроводной распределительной линии 2.Log-periodic vibrator antenna in transmission mode operates as follows. The wave from the transmitter along the coaxial feeder 3 propagates to the connection points of the conductors 5 and 6 of the coaxial feeder 3 to the conductors of the two-wire distribution line 2.
Под воздействием ЭДС, приложенной к точкам подсоединения проводников 5 и 6 к проводникам линии 2, возникают токи в проводниках двухпроводной линии 2. Токи имеют встречное направление, и поэтому двухпроводная линия 2 не излучает и не принимает электромагнитные волны. Возбужденная в двухпроводной линии 2 со стороны наименьшего вибратора 1 волна распространяется в виде ТЕМ волны, бегущей в сторону больших вибраторов 1 логопериодической структуры.Under the influence of the EMF applied to the connection points of the conductors 5 and 6 to the conductors of line 2, currents occur in the conductors of the two-wire line 2. The currents are in the opposite direction, and therefore the two-wire line 2 does not emit and does not receive electromagnetic waves. Excited in a two-wire line 2 from the side of the smallest vibrator 1, the wave propagates in the form of a TEM wave running towards large vibrators 1 of a log-periodic structure.
Антенный эффект в коаксиальном фидере 3 отсутствует, так как за счет согласования антенны с коаксиальным фидером 3 в точках возбуждения двухпроводной линии 2 в двухпроводной линии, как и в коаксиальном фидере 3, обеспечивается режим бегущей волны. При распространении бегущей волны по линии 2 она наиболее интенсивно возбуждает симметричные вибраторы 1, длины которых ln близки к резонансным. Это активная область антенны, в которой симметричные вибраторы от приложенной ЭДС получают симметричный тип возбуждения, что обеспечивает осевую симметрию ДН в E и H плоскостях поляризации. При удалении от группы вибраторов активной области как в сторону больших, так и в сторону меньших длин вибраторов интенсивность возбуждения быстро спадает - происходит отсечка токов ЛПВС. Отсечка токов обеспечивается за счет переменно-фазного включения плеч симметричных вибраторов 1 в двухпроводную линию 2. Это позволяет сформировать излучение вибраторов 1 активной области с максимумом, направленным в сторону, обратную распространению бегущей в двухпроводной линии 2 волны, т.е. в сторону вершины ЛПВС. Таким образом, в ЛПВА имеет место явление автоматической отсечки токов в активной области антенны. Предложенное подсоединение коаксиального фидера 3 к проводникам двухпроводной распределительной линии 2 (фиг.1, вид I, II) не нарушает фазировку токов в плечах соседних симметричных вибраторов 1 активной области антенны и, тем самым, обеспечивается выполнение условия автоматической отсечки токов. Это позволяет расширить рабочую полосу частот при минимальной длине вибраторной структуры. Кроме того, улучшается симметрия вибраторной структуры по отношению к питающей ее двухпроводной линии, так как в точках возбуждения двухпроводной линии 2 коаксиальным фидером 3 обеспечивается в проводниках линии 2 равенство токов и их противофазность. Это исключает появление в линии 2 паразитной синфазной волны, вызывающей чрезмерное расширение ДН в пл. Н, увеличение излучения в заднее пространство, ухудшение согласования антенны с коаксиальным фидером.The antenna effect is absent in coaxial feeder 3, since due to the matching of the antenna with coaxial feeder 3 at the excitation points of the two-wire line 2 in the two-wire line, as in the coaxial feeder 3, the traveling wave mode is ensured. When a traveling wave propagates along line 2, it most intensively excites symmetric vibrators 1, whose lengths l n are close to resonant ones. This is the active region of the antenna in which symmetrical vibrators from the applied EMF receive a symmetric type of excitation, which ensures axial symmetry of the radiation paths in the E and H polarization planes. When moving away from the group of vibrators of the active region, both towards longer and shorter lengths of the vibrators, the excitation intensity decreases rapidly - the cutoffs of the PPS current are cut off. The current cutoff is ensured by the alternating-phase inclusion of the arms of the symmetrical vibrators 1 in the two-wire line 2. This makes it possible to form the radiation of the vibrators 1 of the active region with the maximum directed in the direction opposite to the propagation of the wave traveling in the two-wire line 2, i.e. towards the top of the PAP. Thus, the phenomenon of automatic current cutoff in the active region of the antenna takes place in the LPAA. The proposed connection of the coaxial feeder 3 to the conductors of the two-wire distribution line 2 (Fig. 1, view I, II) does not violate the phasing of the currents in the shoulders of adjacent symmetrical vibrators 1 of the active region of the antenna and, thus, the condition for automatic current cutoff is satisfied. This allows you to expand the working frequency band with a minimum length of the vibrator structure. In addition, the symmetry of the vibrator structure with respect to the two-wire line supplying it is improved, since at the excitation points of the two-wire line 2, coaxial feeder 3 ensures the equality of currents and their antiphase in the conductors of line 2. This eliminates the appearance in line 2 of a parasitic in-phase wave, causing an excessive expansion of the pattern in the square. H, increased radiation in the back space, deterioration in matching of the antenna with the coaxial feeder.
При использовании предлагаемой логопериодической вибраторной антенны достигается существенное расширение рабочей полосы частот с коэффициентом перекрытия частот как по уровню допустимого значения КСВн, так и по стабильности ДН и КНД в рабочей полосе частот при минимальной длине вибраторной структуры, определяемой соотношением .When using the proposed log-periodic vibrator antenna, a significant expansion of the working frequency band with a frequency overlap coefficient is achieved both in terms of the permissible value of VSWR, and in the stability of the beam and low-voltage sensors in the working frequency band with the minimum length of the vibrator structure, determined by the ratio .
ЛитератураLiterature
1. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. - М. “Энергия”, 1973.1. Zhuk M.S., Molochkov Yu.B. Design of lens, scanning, wide-range antennas and feeder devices. - M. “Energy”, 1973.
2. Яцкевич В.А. Александров B.C. Проектирование логопериодических вибраторных антенн. - Антенны, 2005, вып.7-8, с.3-12.2. Yatskevich V.A. Alexandrov B.C. Design of log-periodic vibrator antennas. - Antennas, 2005, issue 7-8, p. 3-12.
3. Патент RU 2189676C1,20.09.2002.3. Patent RU 2189676C1.09.09.2002.
4. Патент RU 2356140C1, 20.05.2009.4. Patent RU 2356140C1, 05.20.2009.
5. Яцкевич В.А., Буликов Е.Н., Прахов В.Г. Широкополосная панельная антенна. - Антенны, 2006, вып.12, с.35-39.5. Yatskevich V.A., Bulikov E.N., Prakhov V.G. Broadband panel antenna. - Antennas, 2006, issue 12, p. 35-39.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009147478/22U RU94066U1 (en) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | LOGOPERIODIC VIBRATOR ANTENNA |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009147478/22U RU94066U1 (en) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | LOGOPERIODIC VIBRATOR ANTENNA |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94066U1 true RU94066U1 (en) | 2010-05-10 |
Family
ID=42674526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009147478/22U RU94066U1 (en) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | LOGOPERIODIC VIBRATOR ANTENNA |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU94066U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2505893C2 (en) * | 2012-04-27 | 2014-01-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Unidirectional cone antenna |
| RU2505892C2 (en) * | 2012-04-27 | 2014-01-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Multi-resonant unidirectional dipole antenna |
| RU2571607C1 (en) * | 2014-07-21 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет" | Microstrip log-periodic antenna |
-
2009
- 2009-12-21 RU RU2009147478/22U patent/RU94066U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2505893C2 (en) * | 2012-04-27 | 2014-01-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Unidirectional cone antenna |
| RU2505892C2 (en) * | 2012-04-27 | 2014-01-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Multi-resonant unidirectional dipole antenna |
| RU2571607C1 (en) * | 2014-07-21 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет" | Microstrip log-periodic antenna |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9793611B2 (en) | Antenna | |
| JP6370143B2 (en) | Waveguide radiator, array antenna radiator, and synthetic aperture radar system | |
| JP5189641B2 (en) | Strip array antenna | |
| JP4171008B2 (en) | Antenna device and portable radio | |
| JP2009017515A (en) | Antenna device | |
| KR20110129462A (en) | High gain metamaterial antenna device | |
| JP2002314326A (en) | Widened band antenna for mobile device | |
| JP6707269B2 (en) | Dual band antenna | |
| CA2764005A1 (en) | A compact ultra wide band antenna for transmission and reception of radio waves | |
| RU94066U1 (en) | LOGOPERIODIC VIBRATOR ANTENNA | |
| CN115775971A (en) | Dual-frequency broadband high-gain printed omnidirectional antenna based on multimode resonance | |
| WO2016101136A1 (en) | Multiband dielectric resonance mobile phone terminal antenna | |
| JP6386403B2 (en) | Antenna device | |
| RU68188U1 (en) | MICROWAVE ANTENNA | |
| CN217334403U (en) | Log-periodic antenna | |
| Khaleel et al. | Pattern reconfigurable dielectric resonator antenna using multi-feed technique for LTE and Wi-Fi applications | |
| RU2684676C1 (en) | Antenna | |
| JPH10327012A (en) | Antenna system and how to use the antenna system | |
| RU2356140C1 (en) | Log-periodic vibrator antenna | |
| RU2101810C1 (en) | Vertical coaxial dipole | |
| JP3895223B2 (en) | Antenna device | |
| US6867747B2 (en) | Helical antenna system | |
| RU2655724C2 (en) | Log-periodic dipole array | |
| KR200346226Y1 (en) | A microstrip Yagi antenna | |
| Olokede et al. | A multifunctional antenna with a small form factor: Designing a novel series-fed compact triangular microstrip ring resonator antenna array |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20111222 |