Логопериодическая антенна

Значительно более широкую полосу пропускания имеет логопериодическая антенна (ЛПА), которая представляет собой антенную решетку, где длина вибраторов и расстояние между ними подчиняются принципу подобия (рис. 14.10).

К двухпроводной линии, выполненной из перекрещенных про-водов, подключаются симметричные вибраторы, длина которых и расстояние между ними по мере удаления от начала антенны возрастают так, что все вибраторы являются подобными:

, (14.39)

где t – коэффициент подобия, называемый периодом структуры.

В рабочей полосе частот один из вибраторов становится резонансным, и его входное сопротивление оказывается чисто активным. Все остальные вибраторы будут иметь реактивную составляющую входного сопротивления тем большей величины, чем дальше они будут находиться от резонансного вибратора.

Так как увеличение входного сопротивления вибратора сопровождается уменьшением в нем величины тока, то сильнее всего излучает резонансный вибратор и несколько ближайших к нему. Все они составляют так называемую активную область. При изменении рабочей частоты резонансным вибратором становится другой вибратор, а активная область смещается вдоль оси антенны. С ростом частоты активная область смещается в сторону более коротких вибраторов, а с уменьшением частоты – в сторону более длинных вибраторов. Таким образом, последовательность резонансных частот антенны будет иметь следующий вид:

, (14.40)

где n – номер вибратора; f ₁ – частота первого резонанса; f_n – резонансная частота n -го вибратора. На основании (14.40) можно записать:

. (14.41)

Из (14.41) следует, что в логарифмическом масштабе резонансные частоты повторяются через равные интервалы, равные , – это определило название антенны. На основании сказанного можно сделать вывод о том, что электрические параметры антенны на резонансных частотах остаются неизменными. Поэтому такая антенна относится к классу частотно-независимых антенн. Практически ЛПА имеют 10-кратный диапазон рабочих частот.

Рассмотрим более подробно структуру активной области. В упрощенной форме работа активной области выглядит следующим образом. На рис. 14.11 показана активная область, состоящая из трех вибраторов, из которых средний вибратор 2 – резонансный. Более короткий вибратор 1 имеет емкостный характер входного сопротивления, поэтому ток в нем по фазе опережает ток в резонансном вибраторе (см. параграф 13.1) на 90°. При перекрестном питании, как показано на рис. 14.11, резонансный вибратор возбуждается током с опережением на 180°. Таким образом, ток в коротком вибраторе отстает от тока в резонансном вибраторе на 90°, что придает короткому вибратору роль директора. Нетрудно убедиться в том, что более длинный вибратор выполняет роль рефлектора. Таким образом, активная область ЛПА напоминает директорную антенну, в которой директорами служат более короткие, чем резонансный, вибраторы, а более длинные вибраторы выполняют роль рефлекторов. Практически в активную область входят 1...3 директора и один рефлектор. Остальные вибраторы на резонансной частоте имеют большое реактивное сопротивление и, следовательно, малый ток и поэтому заметного участия в активной области не принимают.

В связи с небольшим числом элементов активной области ЛПА не обладает значительным КНД. Ее главное достоинство в широкополосности.

При заданной рабочей полосе частот длина самого короткого вибратора выбирается , а длина самого длинного вибратора .

Изменяя угол a или период структуры t, можно управлять направленными свойствами антенны. Уменьшение a при постоянной t приводит к увеличению расстояния между вибраторами, т.е. к увеличению размера активной области, что сопровождается сужением главного лепестка ДН. Однако при этом уменьшается число вибраторов в активной области, что расширяет главный лепесток. Компромиссом является выбор a» 10°.

Увеличение t при постоянном a приводит к сужению ДН, так как увеличивается число вибраторов в активной области. Обычно t» 0,95.

Логопериодические антенны активно применяются в качестве
широкополосных облучателей апертурных антенн, приемных ТВ-ан-тенн и др.