Логопериодическая антенна что это

Логопериодическая антенна

Один из простых вариантов антенны показан на рис.1. Антенна состоит из ряда параллельных вибраторов, подключенных к двухпроводной линии с последовательной переполюсовкой точек питания вибраторов. Длины вибраторов и расстояния между ними убывают в геометрической прогрессии в направлении к точкам подключения фидера. Позади самого длинного вибратора устанавливают короткозамыкающую перемычку, улучшающую согласование антенны с фидером и обеспечивающую симметрирование.

Кабель пропускают внутри одной из трубок двухпроводной линии и припаивают со стороны самого короткого вибратора, как показано на рис.1.

Характеристики антенны зависят от знаменателя геометрической прогрессии т, характеризующего скорость убывания длин вибраторов и расстояний между ними, и угла ф при вершине треугольника, в который вписаны вибраторы. Чем ближе т к единице и чем меньше ф, тем больше коэффициент усиления антенны, однако при этом возрастают ее габариты и масса. На практике принимают обычно т =0,8—0,9 и ф=30—40°, что позволяет получить достаточно высокий коэффициент усиления при относительно небольших габаритах и массе.

При выбранных т и ф размеры антенны можно определить графически исходя из Lmax и Lmin — максимальной и минимальной длин волн рабочей полосы частот. Сначала следует определить длину l1 первого (наибольшего) вибратора, которая должна составлять 0,55 Lmax, после чего начертить равнобедренный треугольник с основанием, равным длине первого вибратора в уменьшенном масштабе (например, 1 : 20 или 1 : 50), и выбранным углом ф при вершине. В дальнейшем все построения и расчеты следует выполнять с учетом этого же масштаба. Второй вибратор располагают на расстоянии d1 = (0,15—0,18) Lmax. Длина его l2 равна длине отрезка прямой, проведенной параллельно основанию на расстоянии ri,.

Третий вибратор располагают на расстоянии d2=d1т от второго, а длина его l3 равна длине отрезка прямой, проведенной на этом расстоянии от второго вибратора. Аналогично определяется длина четвертого вибратора, расположенного на расстоянии d3=d2т от третьего, и т. д. Последним является вибратор, длина которого будет меньше 0,45 Lmin.

На рис.2,а показаны размеры антенны на каналы 1—12, на рис.2,б — на каналы 1—5, на рис.2,в — на каналы 6—12. Пользуясь описанной методикой, можно рассчитать антенну на каналы 1—41, а также для другой требуемой полосы частот.

Коэффициент усиления антенны 6—7 дБ, уровень побочных лепестков—от —12 до —14 дБ, КБВ — более 0,5. Диаметр трубок двухпроводной линии 22 мм, расстояние между центрами 32 мм, диаметр вибраторов 12— 14 мм. Кабель снижения — с волновым сопротивлением 75 Ом.

Дополнение от Николая Большакова

Размеры антенны для диапазона 850-950 МГЦ (радиотелефоны)

Источник

Конструкции логопериодических ТВ антенн

Эти антенны отличаются широким диапазоном: отношение максимальной длины волны принимаемого сигнала к минимальной превосходит десять. Во всем диапазоне обеспечивается хорошее согласование антенны с фидером, а коэффициент усиления практически остается постоянным.

Рис. 1. Логопериодическая антенна.

Внешний вид ЛПА показан на рис. 1,а. Она образована собирательной линией в виде двух труб, расположенных одна над другой, к которым крепятся плечи вибраторов поочередно через один. Схематически такая антенна показана на рис.

Вибраторы вписаны в равнобедренный треугольник с углом при вершине а и основанием, равным наибольшему вибратору. Для логарифмической структуры полотна антенны должно быть выполнено определенное соотношение между длинами, соседних вибраторов, а также между расстояниями от них до вершины структуры. Это соотношение носит название периода структуры t:

Таким образом, размеры вибраторов и расстояния до них от вершины треугольника уменьшаются в геометрической прогрессии. Характеристики антенны определяются периодом структуры и углом при вершине описанного треугольника.

В зависимости от длины волны принимаемого сигнала в структуре антенны возбуждаются несколько вибраторов, размеры которых наиболее близки к половине длины волны сигнала.

Поэтому ЛПА по принципу действия напоминает несколько антенн «Волновой канал», соединенных вместе, каждая из которых содержит вибратор, рефлектор и директор. На данной длине волны сигнала возбуждается только одна тройка вибраторов, а остальные настолько расстроены, что не оказывают влияния на работу антенны. Это приводит к тому, что коэффициент усиления ЛПА оказывается меньше, чем коэффициент усиления антенны «Волновой канал» с таким же числом элементов, но зато полоса пропускания получается значительно шире.

Как видно из приведенных конструкций антенн бегущей волны и логопериодических, для достижения широкополосности используется принцип взаимной расстройки элементов антенны подобно тому, как в широкополосных усилителях расширение полосы пропускания достигается взаимной расстройкой контуров. Как для усилителей, так и для антенн можно считать общим принципом постоянство для данной конструкции произведения коэффициента усиления на полосу пропускания. Чем шире полоса пропускания, тем меньше коэффициент усиления при данных габаритах антенны.

В радиолюбительской литературе проводилось много различных вариантов ЛПА. Здесь можно предложить конструкцию ЛПА, рассчитанной на работу в диапазоне 12-метровых каналов, размеры которой сведены в табл. 1.

Таблица 1. Размеры 12-канальной ЛПА, мм.

Расчет антенны проведен, исходя из значений угла при вершине описанного треугольника а = 45° и периода структуры т = 0,84. Расчетный коэффициент усиления антенны составляет 6 дБ, что соответствует увеличению напряжения сигнала на выходе этой антенны в 2 раза по сравнению с полуволновым вибратором. Коэффициент усиления практически не изменяется но диапазону.

Длина труб собирательной линий составляет 2900 мм.

Трубы немного выступают за точки установки самых коротких полу вибраторов. Для обеспечения параллельности труб собирательной линии и их стяжки используют три пары брусков из оргстекла высотой 120 мм, шириной 50 мм и толщиной 25 мм, в которых делаются полуцилиндрические проточки глубиной 14 мм на расстоянии, соответствующем расстоянию между трубами.

Каждая пара брусков стягивается винтами с гайками. Среднюю пару этих брусков устанавливают в центре тяжести антенны и крепят1 к мачте.

Но самая простая логопериодическая антенна может быть быстро выполнена из подручных материалов. Такая антенна показана на рис. 2 и рассчитана на прием телевизионных передач дециметрового диапазона с 24-го по 51-й канал.

Несущая конструкция треугольной формы собирается из деревянных брусков квадратного сечения 15×15 мм. Бруски скрепляются между собой треугольными фанерными косынками, прибитыми к брускам с одной стороны треугольника гвоздиками. С другой стороны в бруски 1 и 2 вбиваются гвоздики на расстояниях от точки А, указанных на рисунке. Полотно антенны образуют два куска медного провода 6 диаметром 1-1,5 мм.

Один кусок прямой формы прокладывается по бруску 4 до точки А, а второй, огибая гвоздики зигзагом, припаивается к прямому проводу в точке А и на пересечениях с ним. К вершине треугольника гвоздиками прибивается диск 5 из белой жести диаметром 40 мм с маленьким отверстием в центре.

Антенна крепится к мачте из дерева или металла в центре тяжести, лежит в горизонтальной плоскости и вершиной треугольника направлена на передатчик. Полотно антенны располагается да верхней поверхности треугольника.

Рис. 2. Логопериодическая антенна ДМВ.

На равнинной местности такая наружная’ антенна обеспечивает уверенный прием телепередач на расстоянии до 30 км от телецентра, хотя имеются сообщения телезрителей, принимающих этой антенной дециметровые программы Останкинского телецентра на расстоянии 80 км при хорошем качестве изображения.

Источник

Логопериодическая антенна своими руками

Собираемся рассказать, как сделать логопериодическую антенну. Логопериодические антенны относятся к числу частотно-независимых. Агрегаты работают в широком диапазоне, перекрывая спектр вещания. Напоминают внешним видом антенны типа волновой канал, только директоры переменной длины, подчиняющейся логарифмическому закону. Впервые идея предложена в 1957 году статьей Избелла, Дюамеля. В обыденности известно три вида устройств, читатели наверняка видели один – выложенный прилавками магазинов. Логопериодическая антенна изготавливается своими руками. Размеры вызнайте, понимайте имеющее важность, осознавайте возможности поблажку дать выдерживанию точности.

Виды логопериодических антенн

Редко встретим явление: самодельная логопериодическая антенна. Конструкция… логопериодические антенны трех типов:

Ошибочно думать, будто логопериодические антенны годятся ловить лишь телевидение. Дело в другом: конструкция изделий сложна, первые методики предлагали номограммы, руководствуясь которыми, мастерам-самоучкам много раз приходилось переделывать. Первые логопериодические антенны сложно настраивались. Вот почему интерес так и не развился до последнего времени, хотя известны свыше половины века. Конструкции для GSM, WiFi, других протоколов СВЧ имеются, давно предложены, неизвестны толком. Отказываетесь верить, попробуйте найти в интернете информацию, соотнесите результаты по биквадрату Харченко, сразу поймете ситуацию.

Решение задачи математически сталкивается напрямую с сонмом интегральных уравнений, по зубам редкостным ботаникам. Наиболее осведомленные авторы считают: разумно пользоваться просто готовыми конструкциями, самостоятельно разрабатывать, больше методом научного тыка. Понятно, первую задачу на бумаге решать утомительно, люди опытные рекомендуют попросту использовать различные языки программирования. Лучше всего подходят MathCAD и С++.

Конструкция логопериодической антенны

Конструкция логопериодической антенны поражает сложностью. Попробуем описать устройство. Начнем упрощенно, избегая запутать читателей.

Действие логопериодической антенны

Согласно теории, в логопериодической антенне постоянно имеется некая активная область, образованная вибраторами, где уровень тока выше 10 дБ. Частота начинает уменьшаться, зона перемещается в сторону вибраторов подлиннее. Повышение провоцирует обратный процесс. Немногие элементы линии работают равноценно. Некоторые отдыхают. Получается феноменальная широкополосность. Особенностью линии является то, что волна сначала доходит до вибраторов, имеющих размер, отличающийся от резонансного (меньший). По мере продвижения сигнала к «идеальному» вибратору часть мощности рассеивается. Удается укоротить самый длинный излучатель, снижая габариты логопериодической антенны.

Итак, читателям представляем простую вещь: дельной, простой методики расчета сегодня не придумано, любители покопаться в интегралах приглашаются к изданию Логопериодические вибраторные антенны 2005 года выпуска: подробно обмусоливаются тонкости. Несколько разделов посвящается программированию. Избегаем копать тонкости MathCAD, приводить расчет логопериодической антенны, предпочитаем С++, выводы покажем, чтобы читатели могли заняться проектированием:

Поясняем по поводу данных: длина самого длинного вибратора (левый + правый суммарно) должна быть равна половине длины волны самой низкой частоты (теория). Найдем параметр. Длину волны вычисляем по формуле, используемой со школьной скамьи 299792458 / 470000000 = 637,85 мм. Делим на четыре, пытаясь найти длину одного (левого, правого) вибратора, получаем 159,5 мм. Каждый последующий вибратор находите, домножая число коэффициентом из данных. Все концами лежат на линии, проведенной из некоего воображаемого центра, расположенного вдоль оси антенны, впереди. Расстояния домножаются коэффициентом. Начальное составляет 17 см.

Как объясняет автор идеи, в расчете по формулам выходили разные толщины вибраторов, некоторые не получали порции энергии в ходе работы (говорилось выше), по мере создания ДМВ логопериодической антенны, было решено проволоку взять толщиной 6 мм, расстояния, длины вышли следующие:

Настраивается антенна изменением расстояния меж несущими. Варьируется удаление короткого замыкания линии от самого длинного вибратора. Берите размеры табличные, автор лучше знал, наверняка учел расстояния меж несущими и прочее. Рассматриваемая логопериодическая антенна отлично подходит цифровому мультиплексу, причем захватит все, подробнее сверяйтесь с Википедией. Для работы на прием телевидения следует расположить конструкцию, чтобы вибраторы находились в горизонтальной плоскости. В большом городе луч может прийти вовсе не с направления вышки, также под углом. Боитесь поймать – пробуйте наклонить логопериодическую антенну для достижения нужного эффекта.

Про питание рассказали, пропускайте кабель в одну из несущих, в районе носика обеспечьте соединение любой из них с оплеткой, второй — с жилой. Замыкается линия позади самого длинного вибратора. Теперь каждый читатель может самостоятельно сделать логопериодическую антенну по приведенным сведениям. Отдельной строкой идут конструкторские соображения. Ранее директор приваривали к траверсе, сегодня найдете иные методики.

Желаем аудитории удачи в экспериментах. Теперь знаете, как изготавливается логопериодическая антенна собственноручно. Напоминаем, рассмотренная конструкция далеко не самая простоя и требуется посмотреть диапазон по всем используемым частотам. Нет необходимости – создавайте четвертьволновые вибраторы (для цифровых мультиплексов), избегая дебрей. Проще собирается волновой канал, отличающийся от логопериодической антенны равными размерами вибраторов.

Источник

4.7. ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКИЕ АНТЕННЫ

4.7. ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКИЕ АНТЕННЫ

Как видно из приведенных конструкций антенн бегущей волны и логопериодических, для достижения широкополосности используется принцип взаимной расстройки элементов антенны подобно тому, как в широкополосных усилителях расширение полосы пропускания достигается взаимной расстройкой контуров. Как для усилителей, так и для антенн можно считать общим принципом постоянство для данной конструкции произведения коэффициента усиления на полосу пропускания. Чем шире полоса пропускания, тем меньше коэффициент усиления при данных габаритах антенны.

В радиолюбительской литературе проводилось много различных вариантов ЛПА. Здесь можно предложить конструкцию ЛПА, рассчитанной на работу в диапазоне 12-метровых каналов, размеры которой сведены в табл. 4. 8.

Таблица 4. 8 Размеры 12-канальной ЛПА, мм

Но самая простая логопериодическая антенна может быть быстро выполнена из подручных материалов. Такая антенна показана на рис. 4. 12 и рассчитана на прием телевизионных передач дециметрового диапазона с 24-го по 51-й канал. Несущая конструкция треугольной формы собирается из деревянных брусков квадратного сечения 15х15 мм. Бруски скрепляются между собой треугольными фанерными косынками, прибитыми к брускам с одной стороны треугольника гвоздиками. С другой стороны в бруски 1 и 2 вбиваются гвоздики на расстояниях от точки А, указанных на рисунке. Полотно антенны образуют два куска медного провода 6 диаметром 1-1, 5 мм. Один кусок прямой формы прокладывается по бруску 4 до точки А, а второй, огибая гвоздики зигзагом, припаивается к прямому проводу в точке А и на пересечениях с ним. К вершине треугольника гвоздиками прибивается диск 5 из белой жести диаметром 40 мм с маленьким отверстием в центре. Антенна крепится к мачте из дерева или металла в центре тяжести, лежит в горизонтальной плоскости и вершиной треуголь-

Рис. 4. 12. Логопериодическая антенна ДМВ

Антенну можно выполнить комнатной или наружной. В комнатном варианте вместо мачты применяется вертикальная стойка на тяжелой подставке. Антенну в комнате необходимо тщательно ориентировать и подобрать место установки, так как часто, сдвигая антенну, удается значительно улучшить изображение. На равнинной местности такая наружная антенна обеспечивает уверенный прием телепередач на расстоянии до 30 км от телецентра, хотя имеются сообщения телезрителей, принимающих этой антенной дециметровые программы Останкинского телецентра на расстоянии 80 км при хорошем качестве изображения.

Источник

Мини-лекции. Антенны. Логопериодические

Самое больное место обычных антенн, это узкая полоса частот. Попытки расширить полосу простыми способами, конечно же были. Например, увеличением диаметра вибратора как в случае с диполем Надененко. Но они не принесли желаемого результата. По данным из различных источников диполь Надененко перекрывает частоты всего лишь в 2,5-3,0 раза. Причём условие широкополосности должно выполняться с постоянным входным сопротивлением и ДН (диаграммы направленности). А, вот тут-то и началось. Короче на все 100% пятилетку в три года не получилось. Если радиолюбители как-то выкручиваются, охватывая только участки диапазона, то служебных станций меняющих свои частоты, такое положение явно не устраивает!

1957 г. Некто Р. Г. Дюамель и Д. Э. Избелл из университета штата Иллинойс представили широкой радиотехнической общественности совершенно новый тип антенны! Так называемую ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКУЮ АНТЕННУ (ЛПА). Наибольшее распространение получила ЛПА на основе вибраторов и получившую погоняло ЛПВА (логопериодическая вибраторная антенна). О такой вот антенне мы и поговорим. Вот такие антенны (если есть ещё какие-то?) называют ЧАСТОТНО-НЕЗАВИСИМЫМИ

Чем же такая антенна отличается от других широкополосных? Отличается тем, что может быть изготовлена и рассчитана на сколь угодно широкую полосу частот. И главное, на рабочей области частот не изменяет свои электрические параметры при перекрытии частот 20:1 и более. Что же такого хитрого таит в себе наша ЛПВА? На рис.1 Вы и видите схему такой вот ЛПВА. Внешне антенна напоминает директорную антенну с той лишь разницей, что питание подключено не только к основному вибратору, но и ко всем остальным. Во-первых, за счёт пространственной связи ток в вибраторе 6 опережает ток в вибраторе 5, а в 4 отстаёт. Во-вторых, все они с точки зрения фазовых соотношений кроме пространсвенных связей добавляется сдвиг через фидер. Кроме того подключение вибраторов к противоположным проводам создаётся дополнительный сдвиг на 180°. Итак, каждый вибратор железно настроен на свою резонансную частоту. В СССР существовал радиоприёмник 1-го класса «МИР» большой сундук, легко переносимый двумя военнослужащими! :-)) У него была, естественно и большая вертикальная шкала. И такая же большая и широкая стрелка-указатель которая и указывала на какой частоте (волне) Вы сейчас и находитесь?. А, теперь, посмотрите на рис.1 вдоль вибраторов широкая (как в «МИРЕ») полоса-указатель на какой частоте (волне) мы и находимся. В том смысле, что по линии питания приходит ток частоты равной резонансной вибратора 5 (ламбда 0). А почему полоса захватывает ещё два вибратора 4 и 6? Ну в «МИРЕ» мы как бы тоже захватываем частоты с двух сторон, но это только зрительно. На самом деле лишь небольшую полосу самого сигнала. А широкая стрелка лишь для солидности! И ширина не имеет никакого значения в выборе частот.

А, Вам три вибратора захваченных жёлтой полосой ничего не напоминает рис.2? Совершенно верно! Это трёхэлементная антенна «волновой канал». И если в ней фазовые сдвиги в рефлекторе и директоре регулируются расстоянием от вибратора, то в нашей антенне они забиты намертво скрещивающимися линиями. И вибратор 6 работает как рефлектор, а 4 — директор. Да и остальные как-то участвуют. Но чем дальше от вибратора, тем слабее. Так, что жёлтую полосу назовём АКТИВНОЙ областью. Меняя скажем в генераторе частоту мы как бы двигаем и жёлтую «стрелочку-указатель». А наша антенна не особо напрягаясь спокойно работает на частотах задаваемых генератором. И в каждый момент у нас работают, передавая эстафету три вибратора. Роли конечно с изменением частоты меняются. А, какой же диапазон частот у такой антенны? Во-первых это зависит от числа вибраторов и их резонансных частот. Во-вторых, учитывая работу трёх вибраторов, для их нормальной работы должны быть выполнены условия рис.6e.

Усилительные свойства вот такой, экспериментальной антенны примерно равны той самой трёхэлементной антенне рис.2! Ведь остальные только добавляют комплексные сопротивления, не влияющие на работу антенны. Так, что в любой момент работают только три вибратора. Особенность такой антенны, её постоянство входного сопротивления и главное ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ. Что в случае других широкополосных антенн такого постоянства (ДН) добиться не получается, увы! Увеличение усилительных свойств антенны можно добиться увеличением числа вибраторов. И здесь число рефлекторов и директоров увеличится. Если честно, то расчёт такой антенны весьма затруднительный. Исходя из экспериментальных данных такая антенна имеет усиление до 10dBd. Трёхэлементная только 4,5 dBd! Здесь имеется в виду усиление антенны относительно ПОЛУВОЛНОВОГО ДИПОЛЯ [d]! Если Вы встретите оценку усиления в виде dBi то это относительно СФЕРИЧЕСКОГО (ИЗОТРОПНОГО) ИСТОЧНИКА [i]! Если он, конечно у Вас есть?! :-))

Так, почему же наша антенна называется ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКОЙ? Во-первых, посмотрите на рис.1 и в сравнение рис.3. Вы не видите некоторого сходства? На рис.3 логарифмическая шкала частот. Во-вторых все эти чёртовы вибраторы собраны до кучи не от балды, а по определённому закону! А, именно? Вот на рис.6 три формулы основные, раскрывающие «тайну» ЛОГО?! Начнём с 6а. Здесь безразмерный коэффициент подобия [тау] связывает длины вибраторов l и расстояния от вершины треугольника и до каждого вибратора R. Отчего, по формуле 6b видим зависимость очередной частоты от предыдущей. Где [тау] выступает как множитель. В нашем случае, если взять самую высокую частоту из частотного диапазона антенны, то следующая частота будет ниже в [тау] раз. И стало быть длина вибратора будет длиннее предыдущего также в [тау] раз!

Из этой же формулы выведем зависимость [тау] от соотношения частот. После чего прологарифмируем и получим формулу 6c. На логарифмической шкале наши частоты будут повторяться через одинаковые интервалы. Теперь понятно почему антенне дали такое погоняло как ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКАЯ?! С большой погрешностью для нашей антенны рис.1 ln(тау) равен 0,22!

В свою очередь [тау] зависит от выбранного нами острого угла [а], формулы рис.6d. Уменьшение угла ведёт к увеличению [тау], что в свою очередь к увеличению числа вибраторов и увеличению усиления. Вот такая ЗАГАГУЛИНА получается?!

И напоследок. Такой тип ЛОГО не единственный. Вот на рис.5,7 варианты: треугольная и трапецеидальная антенны. На рис.4 две ДН для Е и Н плоскости. При а=14° и [тау] равного 0,86. Как видите, очень сильно подавлены как задний, так и боковые лепестки! Вот только основной лепесток, с точки зрения ширины ДН оставляет желать лучшего!

На рис.8 фото антенны (как бы промышленного изготовления). Такая у меня купленная где-то в начале девяностых. Сейчас она немного укороченная по ширине, убраны самые длинные вибраторы. Короче смотрю цифровое TV. халявное. Два мультиплекса с частотами: 546 мГц и 770 мГц. А, причём здесь голубая штучка? Это наследие аналогового телевидения. У нас долгое время (с 1958-го?) были каналы метрового диапазона с горизонтальной поляризацией. И из-за какого-то дебила в соседней области, канал районного ретранслятора назначен был точно такой же как и у нас! И если в городе мы это не ощущали, то в районах граничащих с соседним очень даже! Каким местом идиоты думали? Долго-долго думали, и? И построили в 30 км. от города новую вышку с высотой в 300 м. Кроме того антенны стояли уже с вертикальной поляризацией, ну, чтобы там на границе хоть как-то развязать частоты. Вот почему именно для нашей области и присобачили к ЛОГО с горизонтальной поляризацией, штыри для вертикальной. А, уже позже моча цифровая стукнула и началось.

Источник