Linijinė poliarizuota Vivaldi antena, 6 dBi tipinis stiprinimas, 0,2–1,2 GHz dažnių diapazonas RM-VA0212-6

Vivaldi antenos veikimo principas, charakteristikos ir taikymas

Vivaldi antena, dar žinoma kaip kūginė plyšinė antena, yra plačiajuostė kryptinė antena, plačiai naudojama radijo dažnių (RF), mikrobangų, radarų, elektroninės karo, matavimo ir belaidžio ryšio sistemose. Jos išskirtinė kūginė anga leidžia elektromagnetinei energijai palaipsniui pereiti iš valdomos perdavimo struktūros į laisvą erdvę, padėdama antenai pasiekti plačiajuostį veikimą ir kryptingą spinduliuotę.

Palyginti su daugeliu rezonansinių antenų, kurios yra optimizuotos gana siauram dažnių diapazonui, „Vivaldi“ antenos naudoja keliaujančios bangos struktūrą. Dėl to jos ypač patrauklios sistemoms, kurioms reikalinga plati dažnių aprėptis kartu su gana paprasta plokštumine arba metaline mechanine konfigūracija.

Kaip veikia Vivaldi antena?

Pagrindinė Vivaldi antena susideda iš dviejų laidžių briaunų, sudarančių kūginę angą. Anga palaipsniui plečiasi nuo siauros maitinimo srities link platesnės spinduliavimo angos.

Kai radijo dažnių energija patenka į anteną, elektromagnetinė banga sklinda išilgai kūgio formos plyšio. Didėjant plyšio pločiui, nukreipta banga palaipsniui susijungia su laisva erdve ir spinduliuoja daugiausia link atviro antenos galo.

Šis laipsniškas perėjimas yra viena iš pagrindinių priežasčių, kodėl „Vivaldi“ antenos gali užtikrinti plačiajuosčio ryšio charakteristikas.

Mažesnį naudojamą dažnį labai įtakoja fizinis angos ir kūgio dydis, o aukštesnio dažnio veikimas labiau priklauso nuo tokių veiksnių kaip padavimo perėjimas, kūgio geometrija, laidininko matmenys ir gamybos tikslumas.

Spinduliuotės charakteristikos

Vivaldi antena paprastai yra galinio židinio antena, tai reiškia, kad jos pagrindinė spinduliuotė nukreipta į atvirą kūginės angos galą.

Jo spinduliuotės charakteristikos priklauso nuo kelių projektavimo parametrų, įskaitant:

Diafragmos plotis
Kūgio ilgis ir profilis
Pašarų struktūra
Veikimo dažnis
Įžeminimo ir laidininko geometrija
Mechaniniai matmenys

Keičiantis dažniui, keičiasi ir efektyvi spinduliavimo sritis išilgai kūginės struktūros. Tai leidžia antenai veikti gana plačiame dažnių diapazone, nepasikliaujant vienu siauru rezonansu.

Vivaldi antenos dažniausiai kuriamos tiesinei poliarizacijai, nors poliarizacijos charakteristikos priklauso nuo konkrečios geometrijos ir maitinimo išdėstymo.

Pagrindiniai Vivaldi antenų tipai

RF inžinerijoje dažniausiai naudojamos kelios Vivaldi antenų konfigūracijos.

Įprastinė Vivaldi antena
Naudoja kūginę angą, suformuotą tarp dviejų laidžių sričių, ir yra vienas iš labiausiai paplitusių įgyvendinimo būdų.

Antipodinė Vivaldi antena
Naudoja laidžius elementus priešingose ​​dielektrinio pagrindo pusėse. Ši konfigūracija gali užtikrinti patogų perėjimą nuo tam tikrų perdavimo linijų tiekimo į spinduliavimo angą.

Subalansuota antipodinė Vivaldi antena
Naudoja simetriškesnę daugiasluoksnę struktūrą, kad pagerintų lauko balansą ir poliarizacijos charakteristikas kai kuriose plačiajuosčio ryšio programose.

Skirtingos konfigūracijos gali būti parenkamos atsižvelgiant į pralaidumą, poliarizaciją, tiekimo būdą, gamybos procesą ir sistemos integravimo reikalavimus.

Pagrindiniai parametrai renkantis „Vivaldi“ anteną

Renkantis „Vivaldi“ anteną, dažnių diapazonas yra tik atspirties taškas.

Stiprinimo koeficientas rodo, kaip efektyviai antena koncentruoja spinduliuotę į priekį.

VSWR atspindi antenos ir RF sistemos impedanso atitikimą. Mažesnis VSWR paprastai reiškia mažesnę atspindėtą galią.

Poliarizacija turėtų atitikti tikslinę RF sistemą, kad būtų sumažintas poliarizacijos neatitikimas.

3 dB spindulio plotis apibūdina pagrindinio spinduliuotės spindulio kampinį plotį ir yra svarbus radarų, stebėjimo ir kryptinių matavimų taikymuose.

Kryžminės poliarizacijos efektyvumas taip pat svarbus, kai svarbus poliarizacijos grynumas.

Sistemos integravimo metu taip pat reikėtų atsižvelgti į mechaninius veiksnius, tokius kaip jungties tipas, antenos matmenys, svoris, tvirtinimo konstrukcija ir energijos suvartojimas.

Pavyzdžiui, RF MISO RM-VA0212-6 linijinė poliarizuota Vivaldi antena veikia nuo 0,2 iki 1,2 GHz, užtikrina 6 dBi tipinį stiprinimą, naudoja linijinę poliarizaciją ir N-Female sąsają, ir yra skirta radarams, palydoviniam ryšiui, elektroninei karybai ir aukščiausios klasės belaidžio ryšio testavimo programoms.

„Vivaldi“ antenų privalumai

„Vivaldi“ antenos turi keletą praktinių privalumų:

Platus veikimo pralaidumas
Kryptinė galinė ugnies spinduliuotė
Santykinai paprasta spinduliuojanti struktūra
Geras suderinamumas su plačiajuosčio radijo dažnių sistemomis
Keičiamas dizainas skirtinguose dažnių diapazonuose
Tinka vieno elemento ir masyvo konfigūracijoms

Dėl plačiajuosčio ryšio charakteristikų jie ypač naudingi, kai sistemai reikia aprėpti kelis dažnius, dažnai nekeičiant antenų.

Paraiškos

Vivaldi antenos dažniausiai naudojamos:

Radarų sistemos
Elektroninis karas
Plačiajuosčio radijo dažnių matavimas
Belaidžio ryšio testavimas
Krypties nustatymas
Signalo stebėjimas
Mikrobangų vaizdavimas
Ryšių sistemos
Antenų masyvai
Tyrimų ir laboratoriniai taikymai

Garso masyvų sistemose taip pat galima išdėstyti kelis Vivaldi elementus, kad būtų pasiektas didesnis stiprinimas, siauresni spinduliai arba elektroninio spindulių valdymo galimybė.

Išvada

„Vivaldi“ antena sujungia kūginės angos keliaujančios bangos struktūrą, plačiajuosčio ryšio veikimą ir kryptinę spinduliuotę, todėl tai universali antenos architektūra šiuolaikinėms radijo dažnių ir mikrobangų sistemoms.

Tikrasis jo veikimas priklauso nuo kūgio geometrijos, diafragmos dydžio, padavimo konstrukcijos, veikimo dažnio ir mechaninio įgyvendinimo. Todėl, rinkdamiesi tinkamą modelį, inžinieriai turėtų įvertinti ne tik pralaidumą ir stiprinimą, bet ir VSWR, poliarizaciją, spindulio plotį, kryžminės poliarizacijos charakteristikas, radijo dažnių sąsają ir įrengimo reikalavimus.

„Vivaldi“ antenos yra lankstus sprendimas radarams, elektroninei karybai, plačiajuosčio ryšio matavimui, ryšiui ir belaidžio ryšio bandymams, kai svarbus platus dažnių aprėpties plotas ir kryptinis radijo dažnių veikimas.