Логопериодическая антенна ( LP ), также известная как лог-периодический массив или логопериодическая антенны , является многоэлементной, направленной антенной предназначена для работы в широкую полосе частот . Его изобрел Джон Данлави в 1952 году.
Наиболее распространенной формой логопериодической антенны является логопериодическая дипольная решетка или LPDA . LPDA состоит из ряда полуволновых дипольных управляемых элементов постепенно увеличивающейся длины, каждый из которых состоит из пары металлических стержней. Диполи установлены близко друг к другу в линию, подключенную параллельно к линии питания с чередующейся фазой . Электрически он имитирует серию из двух или трехэлементных антенн Яги, соединенных вместе, каждая из которых настроена на разную частоту.
Антенны LPDA несколько похожи на антенны Yagi, поскольку обе они состоят из стержневых дипольных элементов, установленных в линию вдоль опорной стойки, но работают они по-разному. Добавление элементов в Yagi увеличивает его направленность или усиление , а добавление элементов в LPDA увеличивает его частотную характеристику или полосу пропускания .
Одно из крупных применений LPDA - это наземные телевизионные антенны на крыше , поскольку они должны иметь большую полосу пропускания, чтобы покрывать широкие телевизионные диапазоны примерно 54–88 и 174–216 МГц в ОВЧ и 470–890 МГц в УВЧ, а также с высоким коэффициентом усиления. для адекватного внешнего приема. Одна широко используемая конструкция для приема телевидения объединила Yagi для приема UHF перед большим LPDA для VHF.
Основная концепция
LPDA обычно состоит из серии полуволновых дипольных «элементов», каждый из которых состоит из пары металлических стержней, расположенных вдоль опорной балки, расположенной вдоль оси антенны. Элементы расположены с интервалами в соответствии с логарифмической функцией частоты , известной как d или сигма . Последовательные элементы постепенно уменьшаются в длине вдоль стрелы. Связь между длинами - это функция, известная как тау . Сигма и тау - ключевые элементы дизайна LPDA. [1] [2] диаграмма направленности антенны является однонаправленной, с главным лепестком вдоль оси стрелы, от конца с самыми короткими элементами. Каждый дипольный элемент резонирует на длине волны, примерно равной удвоенной длине волны . Полоса пропускания антенны, диапазон частот, в котором она имеет максимальное усиление , примерно находится между резонансными частотами самого длинного и самого короткого элемента.
Каждый элемент в антенне LPDA является ведомым элементом , то есть электрически подключенным к фидерной линии . Параллельно провод линии передачи , как правило , проходит вдоль центральной штанги, а каждый последующий элемент соединен в противоположной фазе к нему. Линию подачи можно часто увидеть зигзагообразно пересекающей опорную стрелу, удерживающую элементы. [2] Другой распространенный метод строительства - использование двух параллельных центральных опорных стрел, которые также действуют как линия передачи, устанавливая диполи на альтернативных стрелах. Другие формы логопериодической конструкции заменяют диполи самой линией передачи, образуя логопериодическую зигзагообразную антенну. [3] Также существует множество других форм, использующих провод передачи в качестве активного элемента. [4]
Конструкции Yagi и LPDA на первый взгляд выглядят очень похожими, поскольку оба они состоят из ряда дипольных элементов, установленных вдоль опорной стойки. Однако Yagi имеет только один ведомый элемент, подключенный к линии передачи, обычно второй с задней стороны массива, остальные элементы являются паразитными . Антенна Yagi отличается от LPDA очень узкой полосой пропускания.
В общих чертах, на любой заданной частоте логопериодическая конструкция работает примерно так же, как трехэлементная антенна Яги; дипольный элемент, наиболее близкий к резонансному на рабочей частоте, действует как ведомый элемент, причем два соседних элемента с каждой стороны в качестве директора и отражателя для увеличения усиления, более короткий элемент спереди действует как директор, а более длинный элемент позади - как отражатель. . Однако система несколько сложнее, и все элементы в той или иной степени вносят свой вклад, поэтому усиление для любой заданной частоты выше, чем у Яги той же размерности, что и у любой одной секции логопериодической системы. Однако Yagi с тем же количеством элементов, что и логопериодический, будет иметь гораздо более высокий коэффициент усиления, поскольку все эти элементы улучшают коэффициент усиления одного управляемого элемента. При использовании в качестве телевизионной антенны было принято комбинировать логопериодическую конструкцию для УКВ с Яги для УВЧ, причем обе половины были примерно одинакового размера. Это привело к гораздо большему усилению для УВЧ, обычно порядка 10–14 дБ на стороне Яги и 6,5 дБ для логопериодической. [5] Но это дополнительное усиление в любом случае было необходимо для того, чтобы компенсировать ряд проблем с сигналами УВЧ .
Следует строго отметить, что логопериодическая форма, согласно определению IEEE, [6] [7] не согласуется с широкополосным свойством для антенн. [8] [9] Широкополосность логопериодических антенн проистекает из их самоподобия . Планарная логопериодическая антенна также может быть сделана самоподобной , например, в виде логарифмических спиральных антенн (которые не классифицируются как логопериодические сами по себе, но среди частотно-независимых антенн , которые также являются самоподобными) или логопериодической зубчатой конструкции. . Ю. Mushiake нашел, за то , что он назвал «самая простой самодополнительной плоской антенну,» движущей точка импеданс п 0 /2=188.4 Ом на частотах и в его пределах полосы пропускания. [10] [11] [12]
История
Логопериодическая антенна была изобретена Джоном Данлави в 1952 году, когда он работал на ВВС США, но ей не приписали ее из-за ее «секретной» классификации. [13] Университет штата Иллинойс в Урбана-Шампань запатентовал антенны Isbell и Мейс-кабинке и лицензию на дизайн , как пакет исключительно для JFD электроники в Нью - Йорке. Channel Master и Blonder Tongue Labs проигнорировали патенты и выпустили широкий спектр антенн на основе этой конструкции. Судебные иски по поводу патента на антенну, утраченного UI Foundation, превратились в Доктрину светловолосого языка 1971 года. [14] Этот прецедент регулирует патентные споры. [ необходима цитата ]
Антенны коротковолнового вещания
Логопериодический сигнал обычно используется в качестве передающей антенны на мощных коротковолновых радиовещательных станциях [15] , поскольку его широкая полоса пропускания позволяет одной антенне передавать на частотах в нескольких диапазонах . Использована логопериодическая зигзагообразная конструкция до 16 секций. Эти большие антенны обычно рассчитаны на покрытие от 6 до 26 МГц, но были созданы еще более крупные антенны, работающие на низких частотах до 2 МГц. Доступны номинальные мощности до 500 кВт. Вместо того, чтобы элементы приводились в движение параллельно и прикреплялись к центральной линии передачи, элементы приводились в движение последовательно, при этом смежные элементы соединялись по внешним краям. Показанная здесь антенна будет иметь усиление около 14 дБи . Антенной решетки , состоящей из двух таких антенн, расположенных один над другим и приводом в фазе имеет усиление до 17 дБ. Будучи логопериодическими, основные характеристики антенны ( диаграмма направленности , усиление, импеданс возбуждающей точки ) практически постоянны во всем диапазоне частот, при этом соответствие с фидерной линией 300 Ом обеспечивает коэффициент стоячей волны лучше, чем 2: 1 по сравнению с этим. диапазон.
Рекомендации
- ^ Лог-периодическая дипольная матрица "
- ^ a b «Логопериодическая дипольная матрица (LPDA)» . www.ewh.ieee.org .
- ^ " Логопериодическая зигзагообразная антенна" , Патент США 3355740
- ^ Фотоархив антенн , Исторический архив Иллинойса
- ^ Дэвидсон, Дэвид (2010). Вычислительная электромагнетизм для ВЧ и СВЧ техники . Издательство Кембриджского университета. п. 178. ISBN 9781139492812.
- ^ « Логопериодическая антенна. Любая антенна из класса, имеющая такую конструктивную геометрию, что ее импеданс и характеристики излучения периодически повторяются как логарифм частоты». (см . Новый Стандартный словарь терминов по электротехнике и электронике IEEE, 1993 ⓒ IEEE.)
- ^ « Логопериодическая антенна. Любая антенна из класса, имеющая такую конструктивную геометрию, что ее импеданс и характеристики излучения периодически повторяются как логарифм частоты». (см. Благодарности и сноску на стр. 1), Самодополняемые антенны ― Принцип самодополнимости для постоянного импеданса - Ю. Мусиаке, Springer-Verlag London Ltd., Лондон, 1996 г.
- ^ Ю. Mushiake, «антеннапостоянным сопротивлением», Ж. IECE Япония , 48, 4, стр. 580-584, апрель 1965 г. (на японском языке)
- ^ «Y. Mushiake, Логопериодическая структура не обеспечивает широкополосность антенн». J. IEE Japan , 69, 3, p. 88, март 1949" . Sm.rim.or.jp . Проверен 15 января 2014 .
- ^ "Y. Mushiake, Возникновение самодополняющей структуры и открытие ее свойства постоянного импеданса". J. IEE Japan , 69, 3, стр. 88, март 1949 г. (на японском языке) " . Sm.rim.or.jp . Проверено 31 января 2014 года .
- ^ «Ю. Мусиаке, Бесконечная свобода». ' " . Sm.rim.or.jp . Проверено 15 январю +2014 .
- ^ VH Рамси, Частотно-независимые антенны , Academic Press, Нью-Йорк и Лондон. 1966. [стр. 55]
- ^ https://www.stereophile.com/content/loudspeaker-designer-john-dunlavy-numbers-page-4
- ^ «Закон о доктрине светловолосого и юридическое определение | USLegal, Inc» . definitions.uslegal.com .
- ^ «Антенны для коротковолнового вещателя» . www.antenna.be .
Заметки
Эта статья включает материалы, являющиеся общественным достоянием, из документа General Services Administration : «Федеральный стандарт 1037С» .(в поддержку MIL-STD-188 )
Смотрите также
- Самокомплементарная антенна
Внешние ссылки
- Antenna-Theory.com Страница логопериодических зубных антенн
- Доктрина светловолосого
- Онлайн-расчет LPDA
- Некоторые мысли о логопериодических антеннах
- Com-Power Corporation - логопериодические антенны для испытаний на ЭМС
- Все о схемах - основы антенн Wi-Fi
- Electronics Point - Форум / Антенна
- Maker Pro
- EE Power