Кіріспе

Көп элементті, кең жиілік диапазонында қолданылатын бағытталған антенна. Лог-периодтық антенна (LP), сондай-ақ лог-периодтық тізім немесе лог-периодтық антенна деп те аталады, кең жиілік диапазонында жұмыс істеуге арналған көп элементті бағытталған антенна. Оны 1952 жылы Джон Данлави ойлап тапты. Лог-периодтық антеннаның ең көп таралған түрі – лог-периодтық дипольдік тізім немесе LPDA. LPDA бірте-бірте ұзындығы ұзара түсетін жарты толқынды дипольдік элементтерден тұрады, олардың әрқайсысы металл таяқшалардың жұбынан құралған. Дипольдер бір-біріне жақын орналасқан, ауыспалы фазамен қоректендіру желісіне параллель қосылған. Электрлік тұрғыдан алғанда, ол әртүрлі жиіліктерге бағытталған екі немесе үш элементті Яги-Уда антенналарының тізбегін имитациялайды. LPDA антенналары Яги антенналарына ұқсас, себебі екеуі де тіреу тірегі бойымен сызықта орналасқан дипольдік таяқша элементтерінен тұрады, бірақ олардың жұмыс принциптері өте әртүрлі. Ягиге элементтер қосу оның бағытталғандығын немесе күшейтуін арттырады, ал LPDA элементтерін қосу оның жиілік жауабын немесе өткізу қабілетін арттырады. LPDA-ның кең қолданылуының бірі – шатырға орнатылатын жер үсті теледидар антенналары, себебі олар VHF диапазонында шамамен 54–88 және 174–216 МГц, ал UHF диапазонында 470–890 МГц жиіліктеріндегі кең теледидар жолақтарын қабылдау үшін кең өткізу қабілетіне ие болуы керек, сонымен қатар жеткілікті шеткі қабылдау үшін жоғары күшейтуге қол жеткізуі керек. Теледидар қабылдау үшін жиі қолданылатын бір конструкцияда VHF үшін үлкен LPDA алдында UHF қабылдау үшін Yagi антеннасы біріктірілген.

Негізгі түсінік

LPDA әдетте жарты толқынды диполь "элементтерінен" тұрады, олардың әрқайсысы металл таяқшалар жұбынан құралған және антенна осі бойында орналасқан тіреу бумының бойымен орналастырылған. Элементтер d немесе сигма деп аталатын жиіліктің логарифмдік функциясына сәйкес аралықтармен орналастырылады. Бірінен соң бірі орналасқан элементтердің ұзындығы және олардың арасындағы қашықтық бум бойымен біртіндеп азаяды. Ұзындықтар арасындағы қатынас тау деп аталатын функциямен сипатталады. Сигма және тау LPDA дизайнының негізгі элементтері болып табылады. Антеннаның сәулелену диаграммасы бір бағытты, негізгі лоббусы бум осі бойында, ең қысқа элементтерінің басында орналасқан. Әрбір диполь элементі шамамен өзінің ұзындығының екі есесіне тең толқын ұзындығында резонансқа енеді. Антеннаның өткізу қабілетінің ені, яғни максималды күшейтуге жақын жиілік диапазоны, ең ұзын және ең қысқа элементтердің резонанстық жиіліктері арасында шамамен орналасқан. LPDA антеннасындағы әрбір элемент жетектелгіш элемент болып табылады, яғни, тікелей түрде беру желісіне қосылған. Параллель сымдық беру желісі әдетте орталық бум бойымен өтеді және әрбір келесі элемент оған қарама-қарсы фазада қосылады. Беріліс желісін элементтерді ұстап тұрған тіреу бумының үстінен зигзаг тәрізді орналасқан күйде көруге болады. Сонымен қатар, активті элемент ретінде беру сымын пайдаланатын көптеген басқа да түрлері бар. Yagi және LPDA конструкциялары көз тартарлықтай ұқсас көрінеді, себебі екеуі де тіреу бумы бойымен орналасқан бірнеше диполь элементтерінен тұрады. Дегенмен, Yagi конструкциясында тек бір жетектелгіш элемент беру желісіне қосылған, әдетте массивтің артқы жағынан екінші элемент, ал қалған элементтері паразиттік болып табылады. Yagi антеннасы LPDA-дан өте тар өткізу қабілетімен ерекшеленеді. Жалпы алғанда, кез келген берілген жиілікте логарифмдік кезеңдік конструкция үш элементті Yagi антеннасы сияқты жұмыс істейді; жұмыс жиілігінде резонансқа жақын диполь элементі жетектелгіш элемент ретінде әрекет етеді, ал екі жақтағы екі іргелес элемент күшейтуді арттыру үшін жетекші және рефлектор болып табылады, алдыңғы қысқа элемент жетекші, ал артқы ұзын элемент рефлектор болып әрекет етеді. Алайда, жүйе одан әлдеқайда күрделі, және барлық элементтер белгілі бір деңгейде үлес қосады, сондықтан кез келген жиіліктегі күшейту логарифмдік кезеңнің кез келген бөлімімен бірдей өлшемдегі Yagi-ден жоғары болады. Алайда, логарифмдік кезеңмен бірдей элементтер санына ие Yagi конструкциясының күшейтуі әлдеқайда жоғары болар еді, себебі барлық элементтер бір жетектелгіш элементтің күшейтуін жақсартады. Телевизиялық антенна ретінде қолданылғанда, VHF үшін логарифмдік кезеңдік конструкцияны UHF үшін Yagi конструкциясымен біріктіру жиі кездесетін жағдай, екі бөлігі де шамамен бірдей өлшемде болады. Бұл UHF үшін күшейтудің айтарлықтай жоғарылауына әкелді, әдетте Yagi жағында 10-14 дБ, ал логарифмдік кезеңдік үшін 6,5 дБ. Бірақ бұл қосымша күшейту UHF сигналдарындағы бірқатар мәселелерді шешу үшін қажет болды. IEEE анықтамасына сәйкес, логарифмдік кезеңдік пішін антенналардың кең жолақты қасиеттерімен сәйкес келмейтінін қатаң түрде атап өту керек. Логарифмдік кезеңдік антенналардың кең жолақты қасиеттері олардың өзіне ұқсастығынан туындайды. Жазық логарифмдік кезеңдік антеннаны өздігінен толықтыратын, мысалы логарифмдік спиральды антенналар (олар логарифмдік кезеңдік деп жіктелмейді, бірақ жиілікке тәуелсіз антенналардың арасында, сондай-ақ өзіне ұқсас антенналар) немесе логарифмдік кезеңдік тісті конструкция ретінде жасауға болады. Y. Мушиаке "ең қарапайым өзін-өзі толықтыратын жазық антенна" деп атаған конструкция үшін, оның жолақтылық шектеріндегі жиіліктерде η0/2 = 188,4 Ом кедергіні тапты.

Тарих

Джон Данлави 1952 жылы АҚШ Әуе күштері үшін жұмыс істеген кезде логарифмдік-мерзімдік антеннаны ойлап тапты, бірақ оның "Құпия" статусы болғандықтан оған авторлық құқық берілмеді. Иллинойс университеті Урбана-Шампейн Исбелл және Мейс-Каррел антенналарына патент алып, осы дизайнды Нью-Йорктегі JFD Electronics компаниясына эксклюзивті түрде лицензиялады. Channel Master және Blonder Tongue Labs патенттерді елемеді және осы дизайнға негізделген көптеген антенналарды өндірді. Антенна патентіне қатысты сот процесі, оны UI Негізгі қоры ұтып алмай, 1971 жылы "Blonder Tongue" доктринасына әкелді. Бұл прецедент патенттік сот істерін реттейді.

Қысқа толқынды хабар тарату антенналары

Логтектік мерзімді антенна кең жолақтығы болғандықтан, жоғау қуаты бар қысқа толқынды хабар тарату станцияларында жиі пайдаланылады, себебі ол бір антеннаны бірнеше жиілік диапазонында жұмыс істеуге мүмкіндік береді. 16 бөлімнен тұратын логтектік зигзаг тәрізді конструкция қолданылған. Бұл үлкен антенналар әдетте 6-дан 26 МГц-ге дейінгі жиіліктерді қамтиды, бірақ 2 МГц-тен төмен жиілікте жұмыс істейтін одан да үлкен антенналар да жасалған. 500 кВт-қа дейін қуатты қолдануға болады. Элементтер орталық тарату желісіне параллель жалғанбай, тізбектей қосылады, яғни жақын орналасқан элементтер сыртқы шеттерінен біріктіріледі. Бұл жерде көрсетілген антеннаның күшеюі шамамен 14 дБи-ге жетеді. Бір-бірінің үстіне орналасқан және фазада жұмыс істейтін екі мұндай антеннадан тұратын антенна массивінің күшеюі 17 дБи-ге дейін жетеді. Логтектік мерзімді болғандықтан, антеннаның негізгі сипаттамалары (сәулелену диаграммасы, күшеюі, кіріс кедергісі) оның барлық жиілік диапазонында дерлік тұрақты болады, ал 300 Омдық қоректендіру желісімен келісімдестірілгенде, осы диапазон бойынша 2:1-ден жақсы тұрақ толқын коэффициентіне қол жеткізіледі.