11-4. Логарифмически периодическая антенна

Логарифмически периодические антенны являются относительно новой конструкцией широкополосных направленных антенн, применяемых в диапазоне УКВ и диапазоне дециметровых волн. Большая полоса пропускания антенны в сочетании со значительным коэффициентом усиления достигается за счет довольно большого расхода конструктивных материалов, поэтому применение логарифмической антенны только для радиолюбительских диапазонов обычно непрактично; но она применяется как всеволновая антенна для приема телевидения, включая одновременно и любительские диапазоны 2 м и 70 см.

Характерным для логарифмически периодической антенны (рис. 11-9) является то, что она состоит из множества элементов, соединенных параллельно, и самый длинный элемент антенны имеет длину λ/2 относительно λмакс (максимальной длины волны рабочего диапазона антенны), а самый короткий элемент имеет длину, равную λ/3 относительно λмин.

Рис. 11-9. Логарифмически периодическая антенна.

Вибраторы соединяются между собой перекрещенными соединительными линиями, и линия передачи подключается к самому короткому вибратору. Излучение, как и в случае обычного прямого вибратора, имеет линейную поляризацию, и основное излучение направлено от самого длинного вибратора в сторону самого короткого, так что своей вершиной логарифмическая антенна должна быть направлена в сторону корреспондента.

Коэффициент усиления такой антенны зависит от величины угла α и плотности взаимного расположения вибраторов. При углах α, лежащих в пределах от 10° до 45°, и плотном расположении вибраторов получаемый коэффициент усиления равен обычно 4—8 дб. С уменьшением угла а коэффициент усиления антенны увеличивается. Входное сопротивление антенны имеет порядок 60 ом, а клеммы симметричны относительно земли.

Таблица 11-2. Размеры логарифмической антенны, приведенной на рис. 11-10 (полоса пропускания от 45 до 230 Мгц)
1 = 3 000 I = 2600
2 = 2 120 II = 1 840
3 = 1 500 III = 1 300
4 = 1 060 IV = 920
5 = 750 V = 650
6 = 580 VI = 460
7 = 375 VII = 325
8 = 265 VIII = 230
9 = 265  

На рис. 11-10 показана другая конструкция логарифмической антенны в виде суживающегося проволочного меандра. Структура расположения элементов антенны и в этом случае логарифмическая, что явно видно из рисунка, а соединительные провода, расположенные по боковым сторонам антенны, обеспечивают такие фазу и амплитуду токов в элементах антенны, чтобы результирующий основной лепесток диаграммы направленности был направлен в сторону вершины антенны. Всегда используют две логарифмические антенны, расположенные так, как показано на рис. 11-11. Обычно угол между отдельными антеннами выбирают равным 45°; меньшие углы соответствуют более компактным конструкциям, но при этом уменьшается коэффициент усиления антенны. При увеличении же угла между антеннами коэффициент усиления увеличивается, но при этом конструкция всей системы становится слишком громоздкой.

Рис. 11-10. Конструкция логопериодической антенны в виде сужающегося проволочного меандра, α=60°.

Поляризация излучения антенны линейная, а в случае, если вся система в целом расположена в горизонтальной плоскости, поляризация горизонтальная. Входное сопротивление такой системы 120— 130 ом и симметрично относительно земли. Для питания такой антенны наиболее целесообразно применять симметричную двухпроводную экранированную линию передачи. В табл. 11-2 приведены размеры элементов антенны, изображенной на рис. 11-10. Две такие антенны (рис. 11-11) образуют широкополосную антенную систему, которая работает в диапазоне от 48 до 230 Мгц.

Рис. 11-11. Схема логарифмически периодической V-образной антенны.

Элементы антенны изготовляются из легких металлических трубок диаметром 8—10 мм, а в качестве проводника, соединяющего концы элементов, используется алюминиевый провод диаметром 1,5—3 мм.В качестве несущей траверсы можно использовать или металлическую трубу, или же деревянный брусок 30×30 мм. Элементы антенны непосредственно крепятся к несущей траверсе, как показано на рис. 11-11. В случае, если несущая траверса деревянная, то вдоль нее протягивается металлическая полоса или провод, который надежно электрически соединяется с элементами антенны в точках пересечения их с несущей траверсой. Общая конструкция антенны с изолирующими распорками между составляющими ее логарифмическими антеннами показана на рис. 11-12.

Рис. 11-12. Вид сбоку логарифмически периодической V-образной антенны.

Несколько отличная конструкция логарифмической антенны с элементами в виде треугольников изображена на рис. 11-13 (ее размеры даны в табл. 11-3) и 11-14. Эта конструкция особенно удобна для экспериментирования с логарифмическими антеннами, так как ее очень просто изготовить из медного провода.

Таблица 11-3. Размеры логарифмически периодической антенны, приведенной на рис. 11-13 (полоса пропускания от 48 до 230 Мгц), мм
1 = 1 560 I = 2 370
2 = 1 280 II = 2 000
3 = 1 080 III = 1 680
4 = 900 IV = 1 400
5 = 760 V = 1 185
6 = 640 VI = 1 000
7 = 540 VII = 840
8 = 450 VIII = 707
9 = 380 IX = 600
10 = 320 Х = 500
11 = 270 XI = 420
12 = 225 XII = 353
13 = 190  
14 = 375  

Треугольные элементы антенны, так же как было описано выше, в точках пересечения с несущей траверсой надежно соединяются с ней электрически. Антенная система, как и в описанной выше конструкции, состоит из двух V-образ-но расположенных логарифмических антенн.

Антенна, показанная на рис. 11-13, дает больший коэффициент усиления, чем антенна на рис. 11-14, так как первая конструкция имеет меньший угол а и более плотное расположение элементов.

Рис. 11-13. Логарифмически периодическая антенна с треугольными элементами, α=60°. Рис. 11-14. Логарифмически периодическая антенна с треугольными элементами, α=75°.

Структура антенны может быть укорочена в соответствии с тем, в каком диапазоне частот должна работать антенна. При этом следует только не забывать, что самый длинный элемент антенны должен иметь длину ≥ λ/2 относительно λмакс. Например, если из структуры, показанной на рис. 11-13, удалить элементы 1—2 и 23, то общая длина элемента 34, равная 1 980 мм, указывает на то, что такая антенна будет работать в диапазоне от 76 до 230 Мгц (т. е. 1 980 мм — λ/2 для частоты 76 Мгц). Если же удалить те же самые элементы из структуры, показанной на рис. 11-14, то такая антенна будет работать в диапазоне от 100 до 230 Мгц, так как самый длинный элемент 3—4 имеет в этом случае длину, равную 1 500 мм.