Синфазная антенная решетка

 

Использование: приемная или передающая антенна для радиосвязи, радиовещания или телевидения. Сущность изобретения: синфазная антенная решетка содержит четыре идентичные логопериодические вибраторные антенны (ЛПВА), расположенные в параллельных плоскостях по углам квадрата перпендикулярно его плоскости. Длина стороны квадрата находится в пределах 0,64-0,68 максимальной рабочей длины волны. Вибраторы ЛПВА образуют геометрическую структуру с отношением длин соседних вибраторов 0,84-0,86 и отношением расстояния между ними 0,084-0,097 к удвоенной длине большего вибратора. Вибраторы возбуждаются двухпроводной линией, закороченной на расстоянии 0,04 максимальной рабочей длины волны от вибратора наибольшей длины, составляющей 0,53 максимальной длины волны. Внутри первых проводников двухпроводных линий располагаются питающие коаксиальные кабели, входы которых соединены с низкоомным выходом трансформатора сопротивлений 1:4, вход которого является входом синфазной антенной решетки. 3 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 Q 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4726670/09 (22) 04.08.89 (46) 07.05.92. Бюл. ЬЬ 17 (71) Ростовский научно-исследовательский институт радиосвязи (72) В . А. В о л о ш и н, В, Г. М о ш и ч е н к о и В.И.Щербинин (53) 621.396.677(088.8) (56) Дюамель, Берри. Решетки логопериодических антенн// Сверхширокополосные антенны. — M.: Мир, 1984, с, 269, фиг.15. (54) СИНФАЗНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА (57) Использование: приемная или передающая антенна для радиосвязи, радиовещания или телевидения. Сущность изобретения: синфазная антенная решетка содержит четыре идентичные логопериодические вибраторные антенны (ЛПВА), расположенные в параллельных плоскостях

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве приемной или передающей антенны для радиосвязи, радиовещания или телевидения, Известны четырехэлементные синфазные антенные решетки с излучателями, расположенными по углам квадрата, в которых в качестве излучателей используются директорные антенны, печатные вибраторы с плечами трехугольной формы или спиральные антенны.

Основной недостаток этих антенн состоит в их относительной узкополосности (10 — 30 0).

Известна также синфазная антенная решетка иэ четырех логопериодических вибраторных антенн, в которой четыре оди» ЫХ, 1732387 А1 по углам квадрата перпендикулярно его плоскости, Длина стороны квадрата находится в пределах 0,64-0,68 максимальной рабочей длины волны. Вибраторы ЛПВА образуют. геометрическую структуру с отношением длин соседних вибраторов

0,84-0,86 и отношением расстояния между ними 0,084-0,097 к удвоенной длине большего вибратора. Вибраторы возбуждаются двухпроводной линией, закороченной на расстоянии 0,04 максимальной рабочей длины волны от вибратора наибольшей длин ы, составля ю щей 0,53 максимал ьной длины волны. Внутри первых проводников . двухпроводных линий располагаются питающие коаксиальные кабели, входы которых соединены с низкоомным выходом трансформатора сопротивлений 1:4, вход которого является входом синфазной антенной решетки. 3 ил. наковых логопериодических вибраторных антенны (ЛПВА) расположены по углам квадрата и плоскости вибраторов противоположных ЛПВА образуют между собой острый угол.

Величину указанного угла выбирают так, что электрическое .расстояние между одноименными вибраторами противолежащих ЛПВА постоянное в пределах рабочего диапазона частот. Усиление такой синфазной антенной решетки теоретически мало изменяется в пределах рабочего диапазона частот, однако реально потери в соединительных коаксиальных кабелях и четырехканальном сумматоре растут пропорционально частоте так, что в целом усиление антенной решетки с ростом частоты

1732387 т. В я е и именений указанный не- (14 — 16), расположенным внутри полости я с ественным. первого проводника 17 двухпроводной лидостаток является существенным. е е ачи 12. При этом внешний и центЦелью изобретения является максими- нии передачи э и иента силения синфазной ральный 18 проводники коаксиального

5 кабеля 13 соединены соответственно с перантенной решетки из четырех логопериодических вибраторных антенн (в н (ЛПВА) в диапа- вым 17 и вторым 19 проводниками двухпрове шин 20 и 21 не частот с коэффициентом перекрытия воднойлинии передачи 12увершин и

ПВА ЛПВА. Входы коаксиальных кабелей 13 — 16, не менее 1,6 и при длине каждой Л не более 0,45 лмакс где акс м б, Ам 4» — аксимальная питающих каждую ЛПВА 1 — 4, соединены с

»

10 низкоомным выходом трансформатора 22 длина волны. тка со е жит сопротивления 1:4, вход 23 которого являетСинфазная антенная решетка содержит четыре идентичные, р

ЛПВА асположенные ся входом син азнои антенно

ЛПВА 1 4 ол ик ля но его плоскости, причем Каждая — ра и перпендикулярн р б - 15 лельно одной из диагоналей 24 квадрата, ы возб ж аемых пере- длина стороны 9 которого выбрана в предеВА со е жит решетку ви ратой лах (064 — 068) Л вибраторы 11 ЛПВА менно-фазно двухпроводной линией

ЛПВА питается коакси- 1-4 образуют геометрическую структуру с передачи, каждая питае

= 0,84-0 86, a= 0,084-0,097, б положенным внутри параметрами Т= 0,84-0,8, полости первого проводника двухпровод- 20 а двухпроводная линия пер д и е ачи 12, вози этом внешний и буждающая вибраторы 11 ЛПВА, закороче0 04 Ач от виб атора центральныи проводн одники соединены соот- на на расстоянии 0,0 А к р ветственно с первым и вторым орым проводника- 25 максимальной длины, составляющей ми двухпроводнои линии передачи у 0,53 Амакс, где »»зкс — максимальная длина вершины ЛПВА, а входы коаксиальных ка- 25 волны рабочего диапазона; г — отношение белей, питающих каждую ЛПВА, соединены длин соседних вибраторов; a — отношение с низкоомным выходом трансформатоРа со- расстояний между соседними вибраторами противлений 1:4, вход которого является flllBA к удвоенной длине большего из них. входом синфазнои анте ф тенной решетки. Синфазная антенная решетка работает

Каждая ЛПВА расположена параллель- 30 следующим образом (рассматривается рено одной из диагоналей квадрата, длинна жим передачи). стороны которого выбрана в пределах Вход 23 антенны подсоединяют к выхо(0,64 — 0,68)Ямакс вибраторы ЛПВА образую ду генератора, соответствующего ее рабочегеометрическую структу ру с параметрами му диапазону частот. Высокочастотные г = 0,84 — 0,86, о= 0,084 — 0,097, а двухпровод- 35 электромагнитные колебания с выхода генее ачи, возбуждающая вибра- ратора по коаксиальному кабелю поступают матс 22 волторы ЛПВА, закорочена на расстоянии 0,04 на вход 23 антенны. Трансформатор волб с мальной длины, новых сопротивлений уменьшает волновое составляющей 0,53 Ам к,, где Амакс макси- сопротивление в четыре раза — с () до мальная длина волны ра очего ди абочего диапазона; 40 12,5 (18.75) OM и к его выходу параллельно т — отношение длин соседних вибраторов; подключены входы четырех коаксиальных кабелей 13-16 питания с волновым сопроо — отношение расстояния между соседними ви ато ами ЛПВА к удвоенной длине тивлением 50 (75) Ом.

Поскольку электрические длины всех чеНа иг.1 показана электрическая струк- 45 тырех коаксиальных кабелей 13-16 равны, т ная схема синфазной антенной решетт - ЛПВА1 — 4 возбуждаются синфазно, формики ф, р ЛПВА руя диаграмму направленности, опредеки на фиг,2 — расположение относительно диагоналей квадрата, на ляемую известной формулой в виде произведения диаграммы направленности

50 одиночной ЛПВА на множитель четырехэлетырех излучателей в виде ЛПВА, а ной антенной ешетки. КоСинфазная антенная решетка содержит ментнои синфазной р эффициент усиления ЛПВА длиной не более

5 — 8 0,45 Амза с коэффициентом частотного пеные в параллельных плоскостях в углах 5 — 8 квадрата со сторонои пе

9 рпендикулярно . Рекрытия 1,6-1,7 составляет -5 дБ. его плоскости 10. Каждая я ЛПВА содержит 55 Четырехэлементная CAP обычно позворешетку вибраторов ра б 11 азличной длины, ляет увеличить коэффициент усиления в чевозбуждаемых переменно- азно

-фазно двухпро- тыре раза (на 6 дБ) без учета потерь в водной линией передачи . аждая

12. Каждая ЛПВА соединительных кабелях 13 — 16 и трансфор1 (2 — 4) питается коаксиальным ка ел абелем 13 маторе 22 сопротивлений. Указанные поте1732387 ри увеличиваются с ростом частоты и поэтому желательно, чтобы коэффициент направленного действия (КНД) возрастал с ростом частоты. Методами численного и натурного эксперимента получены оптимальные reo- 5 метрические соотношения, позволяющие получить дополнительный выигрыш до 2 дБ по сравнению с суммой КНД излучателей.

При параллельном расположении

ЛПВА электрический размер CAP увеличи- 10 вается с ростом частоты. При этом происходят два противоречивых явления — сужение луча диаграммы направленности и увеличение уровня бокового излучателя. В достаточно широком диапазоне частот 15 (коэффициент перекрытия не менее 1,6) увеличение КНД CAP (за счет сужения луча ДН) происходит быстрее, чем его снижение за счет роста уровня боковых лепестков. При заданных электрических размерах САР на- 20 ибольший прирост КНД происходит на верхней границе диапазона, что и требуется для максимизации коэффициента в диапазоне частот, Пример. Экспериментальный абра- 25 зец CAP изготовлен на основе четырех

ЛПВА, каждая из которых выполнена из двух алюминиевых полуструктур. Каждый проводник двухпроводной линии передачи имеет желоб прямоугольной формы, в од- 30 ном из желобов уложен коаксиальный кабель питания ЛПВА типа PK 75 — 2 — 11. Со стороны вибратора максимальной длины

IM = 340 мм на расстоянии 40 мм размещен закорачивающий двухпроводную ли- 35 нию фланец, содержащий отверстие для прохода через него коаксиального кабеля, Трансформатор сопротивлений выполнен на основе Чебышевского перехода от несимметричной линии с волновым сопротив- 40 лением 75 Ом к несимметричной линии с волновым сопротивлением 18,75 Ом. B качестве материала для подложки трансформатора использован лист двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщи- 45 ной 2 мм, длиной 190 мм.

Оплетки четырех коаксиальных кабелей подпаяны к подложке трансформатора сопротивлений, а центральные проводники— к проводнику несимметричной полосковой 50 линии со стороны низкоомного выхода трансформатора сопротивлений. Излучатели расположены в углах квадрата со стороной 420 мм, причем все вибраторы ЛПВА параллельны одной диагонали квадрата. 55

Антенна испытана в диапазоне частот 470—

790 МГц.

Измеренный средний коэффициент усиления в диапазоне частот составляет 10 дБ (расчетный КНД 13 дБ), Наивысший измеренный уровень боковых лепестков ДН (в верхней части рабочего диапазона) не превышает минус 16 дБ (типичное значение минус 20 дБ).

Экспериментально проверялись также варианты синфазной антенной решетки с более короткими ЛПВА и несколько отличающимися расстояниями между соседними

ЛПВА, что позволяет сделать вывод о сохранении положительного эффекта в определенном диапазоне размеров.

Таким образом, экспериментально подтверждена максимизация коэффициента усиления в диапазоне частот с перекрытием не менее 1,6 при длине каждой ЛПВА не более 0,45Яиакс. Положительные результаты испытаний позволяют сделать вывод о целесообразности серийного выпуска предлагаемой антенны, Формула изобретения

Синфазная антенная решетка, содержащая четыре идентичные логопериодические вибраторные антенны (ЛПВА), расположенные в параллельных плоскостях в углах квадрата перпендикулярно его плоскости, причем каждая ЛПВА содержит решетку вибраторов различной длины, возбуждаемых переменно-фазно двухпроводной линией передачи, каждая ЛПВА питается коаксиальным кабелем, расположенным внутри полости первого проводника двухпроводной линии передачи, при этом внешний и центральный проводники соединены соответственно с первым и вторым проводниками двухпроводной линии передачи у вершины ЛПВА, а входы коаксиальных кабелей, питающих каждую ЛПВА, соединены с низкоомным выходом трансформатора сопротивлений 1;4, вход которого является входом синфазной антенной решетки, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью максимизации коэффициента усиления в диапазоне частот с коэффициентом перекрытия не менее 1,6 и при длине каждой ЛПВА не более

0,45 Я акс, каждая ЛПВА расположена параллельно одной из диагоналей квадрата, длина стороны которого выбрана в пределах (0,64 — 0,68) Я зк, вибраторы ЛПВА образуют геометрическую структуру с параметрами г = 0,84 — 0,86, o = 0,084 — 0,097, а двухпроводная линия передачи, возбуждающая вибраторы ЛПВА, закорочена на расстоянии 0,04 А,з от вибратора максимальной длины, составляющей 0,53 ма с, где Л вЂ” максимальная длина волны рабочего диапазона; т — отношение длин соседних вибраторов; (т — отношение расстояний между соседними вибраторами ЛПВА к удвоенной длине большего из них.

1732387.

Составитель В.Мошиченко

Техред М.Уоргентал Корректор И,Муска

Редактор И.Шулла

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1586 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35. Раушская наб., 4/5