Lineāra polarizēta Vivaldi antena, 6 dBi tipiskais pastiprinājums, 0,2–1,2 GHz frekvenču diapazons RM-VA0212-6

Vivaldi antenas darbības princips, raksturojums un pielietojums

Vivaldi antena, kas pazīstama arī kā konusveida spraugas antena, ir platjoslas virziena antena, ko plaši izmanto radiofrekvenču (RF), mikroviļņu, radaru, elektroniskās karadarbības, mērījumu un bezvadu testēšanas sistēmās. Tās īpatnējā konusveida atvere ļauj elektromagnētiskajai enerģijai pakāpeniski pāriet no vadāmas pārraides struktūras brīvā telpā, palīdzot antenai sasniegt platjoslas darbību un virziena starojumu.

Salīdzinot ar daudzām rezonanses antenām, kas ir optimizētas relatīvi šaurai frekvenču joslai, Vivaldi antenas izmanto skrejošo viļņu struktūru. Tas padara tās īpaši pievilcīgas sistēmām, kurām nepieciešams plašs frekvenču pārklājums kopā ar relatīvi vienkāršu plaknes vai metālisku mehānisku konfigurāciju.

Kā darbojas Vivaldi antena?

Vivaldi pamata antena sastāv no divām vadošām malām, kas veido konusveida spraugu. Sprauga pakāpeniski paplašinās no šaura barošanas apgabala uz platāku starojuma atveri.

Kad radiofrekvenču (RF) enerģija nonāk antenā, elektromagnētiskais vilnis pārvietojas pa konusveida spraugu. Palielinoties spraugas platumam, vadītais vilnis pakāpeniski savienojas ar brīvu telpu un izstaro galvenokārt antenas atvērtā gala virzienā.

Šī pakāpeniskā pāreja ir viens no galvenajiem iemesliem, kāpēc Vivaldi antenas var nodrošināt platjoslas raksturlielumus.

Zemāko izmantojamo frekvenci spēcīgi ietekmē atveres un konusa fiziskais izmērs, savukārt augstākas frekvences veiktspēja vairāk ir atkarīga no tādiem faktoriem kā padeves pāreja, konusa ģeometrija, vadītāja izmēri un ražošanas precizitāte.

Radiācijas raksturojums

Vivaldi antena parasti ir gala antena, kas nozīmē, ka tās galvenais starojums ir vērsts uz konusveida atveres atvērto galu.

Tās starojuma raksturlielumi ir atkarīgi no vairākiem konstrukcijas parametriem, tostarp:

Atvēruma platums
Konusa garums un profils
Barības struktūra
Darbības frekvence
Zemējuma un vadītāja ģeometrija
Mehāniskie izmēri

Mainoties frekvencei, mainās arī efektīvais izstarojošais apgabals gar konusveida struktūru. Tas ļauj antenai darboties relatīvi plašā frekvenču diapazonā, nepaļaujoties uz vienu šauru rezonansi.

Vivaldi antenas parasti ir paredzētas lineārai polarizācijai, lai gan polarizācijas veiktspēja ir atkarīga no konkrētās ģeometrijas un barošanas izvietojuma.

Galvenie Vivaldi antenu veidi

RF inženierijā parasti tiek izmantotas vairākas Vivaldi antenu konfigurācijas.

Parastā Vivaldi antena
Izmanto konusveida spraugu, kas izveidota starp diviem vadošiem apgabaliem, un tā ir viena no visizplatītākajām realizācijām.

Antipodālā Vivaldi antena
Izmanto vadošus elementus dielektriskā substrāta pretējās pusēs. Šī konfigurācija var nodrošināt ērtu pāreju no noteiktām pārraides līnijas padevēm uz izstarojošo atveri.

Balansēta antipodāla Vivaldi antena
Izmanto simetriskāku daudzslāņu struktūru, lai uzlabotu lauka līdzsvaru un polarizācijas raksturlielumus dažās platjoslas lietojumprogrammās.

Dažādas konfigurācijas var izvēlēties atkarībā no joslas platuma, polarizācijas, padeves metodes, ražošanas procesa un sistēmas integrācijas prasībām.

Galvenie parametri, izvēloties Vivaldi antenu

Izvēloties Vivaldi antenu, frekvenču diapazons ir tikai sākumpunkts.

Pastiprinājums norāda, cik efektīvi antena koncentrē starojumu virzienā uz priekšu.

VSWR atspoguļo antenas un RF sistēmas impedances atbilstību. Zemāks VSWR parasti nozīmē mazāku atstaroto jaudu.

Polarizācijai jāatbilst mērķa RF sistēmai, lai samazinātu polarizācijas neatbilstību.

3 dB Stara platums apraksta galvenā starojuma stara leņķisko platumu un ir svarīgs radara, uzraudzības un virziena mērījumu lietojumprogrammās.

Šķērspolarizācijas veiktspēja ir svarīga arī tad, ja ir svarīga polarizācijas tīrība.

Sistēmas integrācijas laikā jāņem vērā arī mehāniskie faktori, piemēram, savienotāja tips, antenas izmēri, svars, montāžas struktūra un jaudas apstrāde.

Piemēram, RF MISO lineārā polarizētā Vivaldi antena RM-VA0212-6 darbojas no 0,2 līdz 1,2 GHz, nodrošina tipisku pastiprinājumu 6 dBi, izmanto lineāru polarizāciju un N-Female saskarni, un ir paredzēta radaru, satelītu sakaru, elektroniskās kara un augstas klases bezvadu testēšanas lietojumprogrammām.

Vivaldi antenu priekšrocības

Vivaldi antenām ir vairākas praktiskas priekšrocības:

Plašs darbības joslas platums
Virziena gala uguns starojums
Relatīvi vienkārša starojoša struktūra
Laba saderība ar platjoslas RF sistēmām
Mērogojams dizains dažādos frekvenču diapazonos
Piemērots viena elementa un masīva konfigurācijām

To platjoslas raksturlielumi padara tos īpaši noderīgus, ja sistēmai ir jāaptver vairākas frekvences, bieži nepārslēdzot antenas.

Pieteikumi

Vivaldi antenas parasti izmanto:

Radaru sistēmas
Elektroniskā karadarbība
Platjoslas RF mērījums
Bezvadu testēšana
Virziena noteikšana
Signāla monitorings
Mikroviļņu attēlveidošana
Sakaru sistēmas
Antenu masīvi
Pētniecības un laboratorijas pielietojumi

Masīvu sistēmās var arī izvietot vairākus Vivaldi elementus, lai iegūtu lielāku pastiprinājumu, šaurākus starus vai elektroniskas staru vadības iespējas.

Secinājums

Vivaldi antena apvieno konusveida spraugas skrejošā viļņa struktūru, platjoslas darbību un virziena starojumu, padarot to par daudzpusīgu antenas arhitektūru mūsdienu RF un mikroviļņu sistēmām.

Tā faktiskā veiktspēja ir atkarīga no konusveida ģeometrijas, atveres izmēra, padeves konstrukcijas, darba frekvences un mehāniskās realizācijas. Tāpēc, izvēloties piemērotu modeli, inženieriem jāizvērtē ne tikai joslas platums un pastiprinājums, bet arī VSWR, polarizācija, staru kūļa platums, šķērspolarizācijas veiktspēja, RF saskarne un uzstādīšanas prasības.

Radaru, elektroniskās karadarbības, platjoslas mērījumu, sakaru un bezvadu testēšanas lietojumprogrammām Vivaldi antenas nodrošina elastīgu risinājumu, kur svarīgs ir gan plašs frekvenču pārklājums, gan virziena RF veiktspēja.