14.3.3. Частотно-независимые антенны

Показано [395], что если геометрическая форма антенны определяется лишь угловыми величинами, то ее характеристики не должны зависеть от частоты. Практические конструкции, разумеется, имеют конечные размеры и таким образом необходимо производить оценку, насколько близки характеристики данной антенны к характеристикам бесконечной системы. Входное сопротивление и диаграмма направленности не должны изменяться в полосе частот, например, порядка

К таким широкополосным антеннам относятся диско-конусная антенна [225] и коническая спираль [26, 74, 450, 561]. Однако прежде всего следует указать на антенну с практическими размерами, у которой характеристики приближаются к характеристикам бесконечной структуры. Такой антенной является равноугольная спираль [105, 630, 668, 735]; в качестве примера отметим, что указанная антенна [124] имела хорошие характеристики излучения в диапазоне частот от до Для получения однолепестковой диаграммы направленности в направлении вершины спираль можно намотать на поверхность конуса [125], при этом сохраняются присущие плоской спирали круговая поляризация и независимость от частоты. Пара противоположно навитых спиралей, которые одинаково возбуждаются, будет создавать поле с линейной

поляризацией [224], Диаграмма направленности конической формы [610, 664] получается с помощью антенны, имеющей более двух спиральных плеч, которые для подавления осевого излучения соединяются симметрично.

В другом методе [118] построения антенн с очень широкой полосой конструируется система, у которой характеристики являются периодической функцией логарифма частоты. Если при этом характеристики антенны мало меняются за один период, то получается антенна с характеристиками, фактически не зависящими от частоты. Если антенна состоит из резонансных элементов, то резонансы надо разносить таким образом, чтобы при изменении частоты резонансная кривая одного элемента плавно переходила в кривую следующего. В случае решетки из одинаковых дискретных элементов их физические размеры должны быть последовательно подобраны таким образом, чтобы весь заданный частотный диапазон перекрывался суммой частотных диапазонов элементов.

Такие структуры могут быть использованы как в качестве основных излучателей, так и в качестве облучателей [119, 563] для антенн апертурного типа. Одна логарифмически-периодическая антенна [118] сконструирована из металлических листов с неоднородно стями в виде зубцов, соединенных с треугольными проводящими полосами; в других конструкциях [117] используются как плоские, так и неплоские проводники трапецоидальной формы. В плоских решетках из расположенных рядом диполей длина и расстояние между элементами изменяются по логарифмическому закону [214]. Поскольку волна в питающем фидере быстро затухает, то решетка ограниченной длины может иметь характеристики, близкие к характеристикам бесконечной решетки. Решетка из 15 элементов имела усиление свыше 9 дб и отношение уровней переднего и заднего излучения лучше 17 дб в полосе частот 43% с центром на частоте 1,4 Ггц. Другим вариантом является зигзагообразная структура [689]. Движение энергии в частотно-независимых антеннах в направлении точки возбуждения объясняется [615] с помощью пространственных гармоник; существование таких волн было продемонстрировано экспериментально [710].