Исследование влияния особенностей исполнения шлейф-вибратора Пистолькорса на характеристики треугольно-петлевой антенны
Классические треугольные и петлевые вибраторы, являясь в отдельности резонансными элементами, при совместной параллельной коммутации в реализациях антенных устройств обеспечивают сужение полос рабочих частот и повышение коэффициентов усиления. Это оправдано при использовании таких антенн для организации каналов радиосвязи с повышеной защитой от радиопомех, но с наибольшей востребованностью, особенно для широкого применения в качестве телевизионных эфирных антенн, требуются широкополосные устройства. В предлагаемом исследовании на базе анализа работы извесного активного треугольно-петлевого элемента выработано нестандартное техническое решение расширения диапазона рабочих частот комбинацией треугольно-петлевых антенных элементов. Научная идея заключается в сохранении электрических длин составных проводников, с масштабирующим подобием антенных разночастотных вибраторных элементов, подключаемых к узлу питания.
В связи с переходом всех радиотелевизионных передающих центров на цифровое вещание, у многих пользователей появилась возможность перейти с коллективной антенны, обеспечивающей перекрытие всего телевизионного диапазона, на индивидуальную. Такой переход стал возможен благодаря тому, что в отличии от аналоговых, цифровые каналы передачи данных не сильно чувствительны к помехам и ослаблению уровня сигнала. Поэтому разработка и улучшение широкополосныхтелевизионных антенн является перспективным направлением исследований в целях разработок антенных устройств, оптимизированных к разным условиям приёма.
На данный момент, для приема телевизионных сигналов, широко используются антенны типа волновой канал, логопериодические и рамочные. У каждого вида антенн есть свои преимущества (узкая ДН, согласование в рабочей полосе частот, простота конструкции) и недостатки. Однако, на практике, не редко наиболее сбалансированными решениями являются сочетания различных конструкций и элементов.
Примером для работы в узком диапазоне частот на базе треугольно-петлевых элементов для широко используемых частот 145 МГц и 432 МГц могут служить версии антенных устройств в виде укороченной УКВ антенны [1]. Однако, являясь в отдельности резонансными шлейф-вибратор Пистолькорса и полувибратор Харченко, при совместной параллельной коммутации в реализациях версий обеспечивают сужение полос рабочих частот и повышение коэффициентов усиления с укорочением всей конструкции антенны, выгодно отличая их от антенн такой же протяжённости типа «волновой канал».
Поэтому за основу прототипа логопетлевой антенны (рис.1) был взят также активный антенный треугольно-петлевой элемент [2]. В нем содержатся расположенные симметрично относительно общей оси петлевые вибраторы, установленные перпендикулярно направлению приема электромагнитных волн и соединенные между собой, при этом петлевые вибраторы расположены в одной плоскости, один из них выполнен в форме равнобедренного треугольника с основанием 0,4λраб и боковыми сторонами 0,3λраб, другой петлевой вибратор представляет собой шлейф-вибратор Пистолькорса из двух параллельных линейных проводников, один из которыхнеразрезной, другой разрезной в средней части с размещением в ней точек питания, в которых оба вибратора соединены между собой с перекрещиванием боковых сторон равнобедренного треугольного вибратора.
Рис.1. Прототип логопетлевой антенны
Цель данной работы заключается в оптимизации конструкции треугольно петлевой антенны, а именно в уменьшении габаритов шлейф-вибратора Пистолькорса. Для этого было решено заменить прямые линии разрезного и неразрезного параллельных линейных проводников на зигзагообразные с сохранением их длинны. В программе MMANA-GAL были построены три версии антенны с различными углами излома линий.
В первой версии (рис.2) угол равен 30 градусам, а длинна одного ребра равна 1/60 λ1 нижней частоты диапазона. Таким образом ширина шлейф-вибратора Пистолькорса сокращается с 32 см до 28 см, то есть на 12,5%.
Рис.2. Версия антенны №1
Во второй версии (рис.3) угол составляет 45 градусов, а длнна одного ребра равнялась 1/50 λ1 нижней частоты диапазона. Ширина шлейф-вибратора Пистолькорса составляет 24 см, то есть 75%, уменьшилась на 25%.
Рис.3. Версия антенны №2
В третьей версии (рис.4) угол равен 60 градусам, а длина одного ребра равна 1/60 λ1 нижней частоты диапазона. Ширина шлейф-вибратора Пистолькорса составляет 18 см, то есть 57% от ширины в исходном образце.
Рис.4. Версия антенны №3
По результатам рассчетов в программе MMANA-GAL были построены графики (рис. 5-7) зависимостей коэффициента усиления, КСВ и волнового сопротивления от частоты.
Рис.5.Зависимость коэффициента усиления от частоты
Рис. 6. Зависимость КСВ от частоты
Рис. 7. Зависимость волнового сопротивления от частоты от частоты
Можно сделать вывод о том, что изменение габаритов шлейф-вибратора Пистолькорса влияет в основном на нижнюю часть рабочего диапазона антенны.
Также ширина шлейф-вибратора Пистолькорса влияет на диаграмму направленности (рис. 8) антенны.
Рис. 8. Диаграммы направленности антенн.
Версия 1: Отличие характеристик первой версии от исходного образца антенны незначительно.
Версия 2: Ухудшение показателя КСВ второго прототипа связано с резким уменьшением волнового сопротивления антенны на нижних частотах рабочего диапазона.
Версия 3: Значение коэффициента усиления на нижних частотах рабочего диапазона резко снизилось из-за уменьшения области абсорбции (захвата). Ширина шлейф-вибратора Пистолькорса меньше основания равнобедренного треугольника 0,4λ1, поэтому он теряет свои рефлекторные свойства и становится директором, при этом диаграмма направленности антенны разворачивается на 180 градусов.
- Милкин В.И., Калитёнков Н.В, Лебедев В.Н., Шульженко А.Е. Укороченная УКВ-антенна Массовый ежемесячный научно-технический журнал «Радио» 7 -2015
- Активный антенный треугольно-петлевой элемент Милкина. Милкин В.И., Калитёнков Н.В., Лебедев В.Н., Шульженко А.Е. Заявка № 2014121597 от 27.05.2014 г Патент № 2568340 от 20.11.2015 г.
