Самое больное место обычных антенн, это узкая полоса частот. Попытки расширить полосу простыми способами, конечно же были. Например, увеличением диаметра вибратора как в случае с диполем Надененко. Но они не принесли желаемого результата?.. По данным из различных источников диполь Надененко перекрывает частоты всего лишь в 2,5-3,0 раза. Причём условие широкополосности должно выполняться с постоянным входным сопротивлением и ДН (диаграммы направленности). А, вот тут-то и началось... Короче на все 100% пятилетку в три года не получилось. Если радиолюбители как-то выкручиваются, охватывая только участки диапазона, то служебных станций меняющих свои частоты, такое положение явно не устраивает!
1957 г. Некто Р. Г. Дюамель и Д. Э. Избелл из университета штата Иллинойс представили широкой радиотехнической общественности совершенно новый тип антенны! Так называемую ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКУЮ АНТЕННУ (ЛПА). Наибольшее распространение получила ЛПА на основе вибраторов и получившую погоняло ЛПВА (логопериодическая вибраторная антенна). О такой вот антенне мы и поговорим. Вот такие антенны (если есть ещё какие-то?) называют ЧАСТОТНО-НЕЗАВИСИМЫМИ
Чем же такая антенна отличается от других широкополосных? Отличается тем, что может быть изготовлена и рассчитана на сколь угодно широкую полосу частот. И главное, на рабочей области частот не изменяет свои электрические параметры при перекрытии частот 20:1 и более... Что же такого хитрого таит в себе наша ЛПВА? На рис.1 Вы и видите схему такой вот ЛПВА. Внешне антенна напоминает директорную антенну с той лишь разницей, что питание подключено не только к основному вибратору, но и ко всем остальным. Во-первых, за счёт пространственной связи ток в вибраторе 6 опережает ток в вибраторе 5, а в 4 отстаёт. Во-вторых, все они с точки зрения фазовых соотношений кроме пространсвенных связей добавляется сдвиг через фидер. Кроме того подключение вибраторов к противоположным проводам создаётся дополнительный сдвиг на 180°. Итак, каждый вибратор железно настроен на свою резонансную частоту. В СССР существовал радиоприёмник 1-го класса «МИР» большой сундук, легко переносимый двумя военнослужащими! :-)) У него была, естественно и большая вертикальная шкала. И такая же большая и широкая стрелка-указатель которая и указывала на какой частоте (волне) Вы сейчас и находитесь?. А, теперь, посмотрите на рис.1 вдоль вибраторов широкая (как в «МИРЕ») полоса-указатель на какой частоте (волне) мы и находимся. В том смысле, что по линии питания приходит ток частоты равной резонансной вибратора 5 (ламбда 0). А почему полоса захватывает ещё два вибратора 4 и 6? Ну в «МИРЕ» мы как бы тоже захватываем частоты с двух сторон, но это только зрительно. На самом деле лишь небольшую полосу самого сигнала. А широкая стрелка лишь для солидности! И ширина не имеет никакого значения в выборе частот.
А, Вам три вибратора захваченных жёлтой полосой ничего не напоминает рис.2? Совершенно верно! Это трёхэлементная антенна «волновой канал». И если в ней фазовые сдвиги в рефлекторе и директоре регулируются расстоянием от вибратора, то в нашей антенне они забиты намертво скрещивающимися линиями. И вибратор 6 работает как рефлектор, а 4 — директор. Да и остальные как-то участвуют. Но чем дальше от вибратора, тем слабее... Так, что жёлтую полосу назовём АКТИВНОЙ областью. Меняя скажем в генераторе частоту мы как бы двигаем и жёлтую «стрелочку-указатель». А наша антенна не особо напрягаясь спокойно работает на частотах задаваемых генератором. И в каждый момент у нас работают, передавая эстафету три вибратора. Роли конечно с изменением частоты меняются. А, какой же диапазон частот у такой антенны? Во-первых это зависит от числа вибраторов и их резонансных частот. Во-вторых, учитывая работу трёх вибраторов, для их нормальной работы должны быть выполнены условия рис.6e.
Усилительные свойства вот такой, экспериментальной антенны примерно равны той самой трёхэлементной антенне рис.2! Ведь остальные только добавляют комплексные сопротивления, не влияющие на работу антенны. Так, что в любой момент работают только три вибратора. Особенность такой антенны, её постоянство входного сопротивления и главное ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ. Что в случае других широкополосных антенн такого постоянства (ДН) добиться не получается, увы! Увеличение усилительных свойств антенны можно добиться увеличением числа вибраторов. И здесь число рефлекторов и директоров увеличится. Если честно, то расчёт такой антенны весьма затруднительный... Исходя из экспериментальных данных такая антенна имеет усиление до 10dBd. Трёхэлементная только 4,5 dBd! Здесь имеется в виду усиление антенны относительно ПОЛУВОЛНОВОГО ДИПОЛЯ [d]! Если Вы встретите оценку усиления в виде dBi то это относительно СФЕРИЧЕСКОГО (ИЗОТРОПНОГО) ИСТОЧНИКА [i]! Если он, конечно у Вас есть?! :-))
Так, почему же наша антенна называется ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКОЙ? Во-первых, посмотрите на рис.1 и в сравнение рис.3. Вы не видите некоторого сходства? На рис.3 логарифмическая шкала частот... Во-вторых все эти чёртовы вибраторы собраны до кучи не от балды, а по определённому закону! А, именно? Вот на рис.6 три формулы основные, раскрывающие «тайну» ЛОГО?! Начнём с 6а. Здесь безразмерный коэффициент подобия [тау] связывает длины вибраторов l и расстояния от вершины треугольника и до каждого вибратора R. Отчего, по формуле 6b видим зависимость очередной частоты от предыдущей. Где [тау] выступает как множитель. В нашем случае, если взять самую высокую частоту из частотного диапазона антенны, то следующая частота будет ниже в [тау] раз. И стало быть длина вибратора будет длиннее предыдущего также в [тау] раз!
Из этой же формулы выведем зависимость [тау] от соотношения частот. После чего прологарифмируем и получим формулу 6c. На логарифмической шкале наши частоты будут повторяться через одинаковые интервалы. Теперь понятно почему антенне дали такое погоняло как ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКАЯ?! С большой погрешностью для нашей антенны рис.1 ln(тау) равен 0,22!
В свою очередь [тау] зависит от выбранного нами острого угла [а], формулы рис.6d. Уменьшение угла ведёт к увеличению [тау], что в свою очередь к увеличению числа вибраторов и увеличению усиления. Вот такая ЗАГАГУЛИНА получается?!
И напоследок. Такой тип ЛОГО не единственный. Вот на рис.5,7 варианты: треугольная и трапецеидальная антенны. На рис.4 две ДН для Е и Н плоскости. При а=14° и [тау] равного 0,86. Как видите, очень сильно подавлены как задний, так и боковые лепестки! Вот только основной лепесток, с точки зрения ширины ДН оставляет желать лучшего!
На рис.8 фото антенны (как бы промышленного изготовления). Такая у меня купленная где-то в начале девяностых. Сейчас она немного укороченная по ширине, убраны самые длинные вибраторы. Короче смотрю цифровое TV. халявное. Два мультиплекса с частотами: 546 мГц и 770 мГц. А, причём здесь голубая штучка? Это наследие аналогового телевидения. У нас долгое время (с 1958-го?) были каналы метрового диапазона с горизонтальной поляризацией. И из-за какого-то дебила в соседней области, канал районного ретранслятора назначен был точно такой же как и у нас! И если в городе мы это не ощущали, то в районах граничащих с соседним очень даже! Каким местом идиоты думали? Долго-долго думали, и? И построили в 30 км. от города новую вышку с высотой в 300 м. Кроме того антенны стояли уже с вертикальной поляризацией, ну, чтобы там на границе хоть как-то развязать частоты. Вот почему именно для нашей области и присобачили к ЛОГО с горизонтальной поляризацией, штыри для вертикальной. А, уже позже моча цифровая стукнула и началось...