Расчет логопериодической антенны онлайн – Онлайн расчет логопериодической антенны — 3G-aerial

3g-aerial.biz

Логопериодическая антенна для цифрового ТВ

Логопериодическая антенна (ЛПА) представляет собой специализированный тип высокочастотных приёмников. В отличие от всенаправленных волновых улавливателей, логопериодическая антенна принимает только в одном направлении, а в отличие от стандартных приёмников телесигнала направленного типа, часто видимых на крышах, эта антенна улавливает широкий диапазон частот. Эта модификация волновых приёмников чаще всего применяется для специализированных приборов, в частности её облюбовали радиолюбители, желающие принимать широкий спектр частот, однако это не исключает её применения в качестве УВЧ и УКВ телеантенн. Также этот тип антенн находился в центре исследований по экспериментальной передаче и приёму электроэнергии.

Их достижимая пропускная способность теоретически бесконечна, а фактическая ширина полосы пропускания зависит от габаритов наибольшего вибратора (отвечает за нижний частотный предел) и миниатюрности крайнего, наименьшего (отвечает за верхний предел частоты).

Конструкция логопериодической антенны

Как правило, эти улавливатели сконструированы из серии параллельных металлических трубок – вибраторов, более длинных у основания, и постепенно сужающихся к краю конструкции, образуя своего рода равнобедренный треугольник.

Поскольку частоты, которые может принимать антенна, базируются на физических размерах вибратора, большинство дециметровых антенн способны принимать сигналы в узком диапазоне. Логопериодические антенны преодолевают этот недостаток, используя набор дипольных элементов такого размерного ряда, в котором они различаются по длине и возможностям приёма, согласно логарифму.

Логарифмическая функция, в соответствии с которой ведётся расчёт логопериодической антенны, начинается с величины длины вибратора, необходимого для приёма волн наибольшей частоты. Одновременно она является длиной наименьших поперечных элементов ЛПА. Повторное логарифмирование определяет размер второго набора элементов, так чтобы их наименьшая принимаемая частота немного перекрывала максимальную принимаемую частоту первой пары. Эта процедура повторяется, и каждая последующая пара дипольных элементов увеличивается с каждой итерацией, пока антенна не сможет принимать все частоты, необходимые тому или иному оборудованию. Частотная периодичность характеристик и логарифмическая зависимость в расчёте этого приёмника волн и легли в основу его названия.

Ln+1/ Ln = dn+1/ dn = k,

где k – постоянная величина, а n и n+1 – порядковые номера дипольных пар.

Пары элементов ориентируются на одну ось параллельно друг другу по возрастанию, с наибольшим низкочастотным диполем в задней части антенны и самым коротким, с более высокой частотой приёма, расположенным спереди. Антенный кабель (коаксиал) с волновым сопротивлением 75 Ом проходит внутри одного из направляющих стержней ЛПА, причём их концы в месте входа фидера накоротко соединяются перемычкой из металла. Согласующее устройство в данном случае не требуется.

На практике с целью получения высокого коэффициента усиления на фоне умеренных габаритов ЛПА, значения периода принимают в пределах 0,7-0,9.

Поскольку фазы принимаемых сигналов на одной паре могут мешать другим диполям, то в конструкции применяют последовательную переполюсовку точек питания вибраторов. Благодаря ей диполи, в итоге, достигают разницы в 360 градусов, и приходят в соответствие друг с другом, что сказывается на повышении суммарного коэффициента ЛПА.

Логопериодические улавливатели также имеют некоторые проблемы с сопротивлением – суммарным электрическим сопротивлением между двумя элементами одной пары. Эти сложности отчасти решаются увеличением диаметров металлических трубок, из которых составлены поперечные элементы по мере нарастания их длины, что приводит к изменению сопротивления диполя. Другой метод, который используется для согласования сопротивления – это установка небольших согласующих трансформаторов разных значений для каждой пары поперечин, чтобы выровнять сопротивление всех активных элементов антенны.

В результате имеем принимающее устройство, способное «видеть» сигналы только в одном направлении, как антенна «волновой канал», имеющее мощность приёма, сравнимую с мощностью всенаправленной антенны, и которое принимает гораздо более широкий диапазон частот, чем любая из них.

Исходя из этой информации, можно сделать вывод, что конструкция ЛПА носит «самоподобный» характер, что присуще такому математическому явлению как фрактал. Конструктивные особенности ЛПА накладывают отпечаток на её стоимость (она выше цены на иные волновые приёмники), и также выражаются в уязвимости к повреждениям, что является недостатками этого типа устройств. Ещё одним минусом логопериодических приёмников является то, что на фоне их хороших электродинамических показателей в заданном частотном диапазоне, конструкция такой ЛПА для метрового диапазона получается громоздкой.

Виды логопериодических антенн

В большинстве волновых улавливателей, в соответствии с длиной волны, выраженно варьируются свойства усиления. ЛПА относятся к той разновидности антенн, которым присуща диаграмма направленности с неизменной формой в широком частотном диапазоне.

Виды логопериодических антенн

На сегодня можно встретить разнообразие вариантов конструктивного исполнения ЛПА, от плоских до пространственных моделей:

• щелевая;
• V-образная;
• зигзагообразная;
• трапециевидная;
• дипольная матрица.

Многообразие модификаций ЛПА обусловлено возможностями трансформирования при дизайне конструкции для достижения нужных параметров. Все же, из множества видов конструкций логопериодических улавливателей, лидируют логопериодические устройства вибраторного типа, которые ввиду своей наглядности позволяют проще рассчитать их характеристики.

Всеволновая

Логопериодическая антенна МВ-ДМВ

Развитие техники широкополосных улавливателей стало следствием тенденции к расширению полосы частот и использованию в радиолокации широкополосных сигналов. Отсюда возникла потребность во всеволновых ЛПА. Последние успешно зарекомендовали себя в решении задач, связанных с необходимостью непрерывного перекрытия широкого частотного диапазона с неизменными характеристиками улавливателя во всем рабочем диапазоне. Такие требования предъявляются к антеннам, цель которых – индустриальное использование или применение для военных нужд.

Для всеволновых ЛПА характерны:

• широкий диапазон частот;
• умеренные габариты, относительно других ЛПА;
• высокая чувствительность.

Дециметровая

Логопериодическая антенна ДМВ

ДМВ логопериодическая антенна является достойной альтернативой антенне «волновой канал», которая хоть и демонстрирует приемлемое соотношение сигнал-шум, но нуждается в согласующем устройстве, искажающем крайние фазовые характеристики в полосе пропускания либо излишне поглощающем сигнал. В этом ракурсе ЛПА для ДМВ диапазона выигрывает благодаря относительной простоте конструкции и хорошему согласованию с кабелем по всей ширине диапазона. Относительно помехоустойчивости – ЛПА, подобно рыбацкому неводу, «вылавливает» только полезный сигнал, пропуская через себя «мелочь» – ненужные сигналы. Очень рекомендуется для «цифры» на дачах.

Похожие статьи

tvdigitally.ru

Онлайн калькуляторы расчета антенн

electric-220.ru

4.7. ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКИЕ АНТЕННЫ | Техническая библиотека lib.qrz.ru

4.7. ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКИЕ АНТЕННЫ

Направленные свойства большинства антенн изменяются при изменении длины волны принимаемого сигнала. У узкополосных антенн резко падает коэффициент усиления, а у широкополосных его изменение носит монотонный характер. Один из типов антенн с неизменной формой диаграммы направленности в широком диапазоне частот — антенны с логарифмической периодичностью структуры ЛПА. 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.

Внешний вид ЛПА показан на рис. 4.11,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. 4.11,6. Сплошными линиями изображены плечи вибраторов, соединенные с верхней трубой собирательной линии, а штриховой линией — соединенные с нижней трубой. Рабочая полоса частот антенны со стороны наибольших длин волн зависит от размеров наиболее длинного вибратора В1, а со стороны наименьших длин волн — от размера, наиболее короткого вибратора. 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 т:

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. Чем меньше угол а и чем больше период структуры т (который всегда остается меньше единицы), тем больше коэффициент усиления антенны и меньше уровень заднего и боковых лепестков диаграммы направленности. Однако при этом увеличивается число вибраторов структуры, растут габариты и масса антенны. Поэтому при выборе угла и периода структуры приходится принимать компромиссное решение. Наиболее часто угол а выбирают в пределах 30… 60°, а период структуры т -в пределах 0, 7… 0, 9.

Подключение фидера к ЛПА, показанной на рис. 4. 11, а, производится без специального симметрирующего и согласующего устройства следующим образом. Кабель с волновым сопротивлением 75 Ом вводится внутрь нижней трубы с конца А и выходит у конца Б. Здесь оплетка кабеля припаивается к концу нижней трубы, а центральная жила — концу верхней трубы. 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. 4. 8.

Таблица 4. 8 Размеры 12-канальной ЛПА, мм

В таблице приводится длина В каждого вибратора в соответствии с рис. 4. 11, 6, а также расстояние от данного вибратора до следующего — А. Собирательная линия образована двумя трубами диаметром 30 мм при расстоянии между осевыми линиями труб 45 мм. Антенна содержит 10 вибраторов (20 половинок), которые выполнены из трубок диаметром 8… 15 мм. Расчет антенны проведен, исходя из значении 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 по диапазону. Длина труб собирательной линий составляет 2900 мм. Трубы немного выступают за точки установки самых коротких полувибраторов. 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 крепят к мачте.

Антенна приведенной выше конструкции является плоской. Существуют также объемные конструкции логопериодических антенн, которые характеризуются тем, что трубы собирательной линии не параллельны, а разведены под некоторым углом. Вместо жестких вибраторов полотно антенны может быть выполнено из провода или антенного канатика. Описание конструкций двух таких антенн приводилось в журнале «Радио», 1960 г., № 8, а описание плоской упрощенной проволочной ЛПА — в журнале «Радио», 1963 г., № 5.

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

ника направлена на передатчик. Полотно антенны располагается на верхней поверхности треугольника. Телевизионный кабель поднимается по мачте, подходит к середине бруска 3, подвязывается к бруску 4 по его нижней поверхности капроновой леской. В вершине треугольника оплетка кабеля припаивается к точке А, а центральная жила — к центру диска.

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.

lib.qrz.ru