Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Антенны

ГЛАВА 16. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ АНТЕННЫ И АНТЕННЫЕ СИСТЕМЫ

16.1. ИЗЛУЧАТЕЛИ ВИВАЛЬДИ

В последние годы в антенной технике возникают задачи по разработке сканирующих антенн, работающих в широкой полосе. Сверхширокополосные антенны с электрическим управлением луча необходимы в системах радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и для построения интегрированных антенных систем летательных аппаратов. Построение такой системы решает проблемы негармонической локации (радиоразведка, РЭБ, РЛС на самолете). Решение этой задачи связано с разработкой отдельного излучающего элемента и построением конфигурации антенной решетки, а также устройства возбуждения и фазирования обеспечивающих работ в широкой полосе [1].

Излучатель широкополосной антенной решетки должен обладать малыми массо-габаритными параметрами и обеспечивать требуемое изменение характеристик направленности в рабочей полосе частот. Этим требованиям удовлетворяют излучатели на основе симметричных щелевых линий.

Щелевой излучатель Вивальди представляет собой экспоненциально расширяющуюся щель в тонком слое металла на диэлектрической подложке или в свободном пространстве (рис. 16.1).

Благодаря конструктивной простоте и широкой рабочей полосе антенны Вивальди нашли применение в радиоастрономии, системах мобильной спутниковой связи, широкополосных компьютерных сетях для интерактивных игр и телевизионных системах с высоким разрешением.

Излучатели Вивальди относятся к классу антенн бегущей волны.

Рис. 16.1

Излучатели Вивальди:

а — излучатель Вивальди; б — излучатель Вивальди с двухступенчатым диэлектрическим трансформатором.

Рассмотрим принцип работы такой антенны. По экспоненциально расширяющейся щели в продольном направлении распространяется бегущая волна, которая начинает излучаться при ширине щели, близкой к половине длины волны. На рисунке 16.2 приведены результаты численного электродинамического моделирования излучателя Вивальди, возбуждаемого полосковой линией [1].

Рис. 16.2

Геометрические характеристики излучателя Вивальди, возбуждаемого полосковой линией

На рисунке 16.3 приведен график зависимости КСВ от частоты излучателя Вивальди, возбуждаемого полосковой линией [1]. На рисунке 16.4 представлены ДН излучателей Вивальди в Е- и Н-плос- кости на частотах 4 и 6 ГГц.

Рис. 16.3

График зависимости КСВ от частоты излучателя Вивальди, возбуждаемого полосковой линией [1]

Рис. 16.4 ........;

Диаграммы направленности излучателей Вивальди: а — в ^-плоскости; б — в Я-плоскости: 1 — на частоте 4 ГГц; 2 — на частоте б ГГц.

Практическое применение находят также антенны с линейно расширяющимися щелями и щелями постоянной ширины (рис. 16.5) [20].

Для совмещения излучателя Вивальди с устройствами, работающими в миллиметровом диапазоне волн, была предложена конструкция V-об- разного излучателя Вивальди (рис. 16.6)

[20]. Такой излучатель может возбуждаться собственной щелевой линией.

Щелевой излучатель Вивальди имеет высокое входное сопротивление, что затрудняет его согласование с полосковой линией. Этот недостаток преодолен в двухстороннем излучателе Вивальди (рис. 16.7а-г), который имеет низкое входное сопротивление и возбуждается полосковой линией, размещенной с двух сторон диэлектрической подложки [1].

Рис. 16.5

Щелевые антенны:

а — с линейно расширяющейся щелью; б — с щелью постоянной величины; в — с экспоненциально расширяющейся щелью.

Рис. 16.6

V-образный излучатель Вивальди

Однако излучатели вида,

представленного на рисунке 16.7а, б, имеют большую кроссполяризационную составляющую. Для ее уменьшения предложена конструкция с тремя слоями металлизации (рис. 16.7в, г). Такая антенна уменьшает кроссполяризационную составляющую до 15 дБ.

Двухполяризационные излучатели Вивальди находят широкое применение в измерительных системах, так как позволяют проводить измерения для ортогональной поляризации, не меняя ориентации измерительной антенны,

Рис. 16.7

Двухсторонние излучатели Вивальди: а — без диэлектрика; б-г — с диэлектриком.

Рис. 16.8

Двухсторонние двухполяризационные излучатели Вивальди: а — клиновидный; б — печатный.

что примерно в два раза сокращает время, затрачиваемое на одно измерение.

Широкополосные антенны с управляемой или круговой поляризацией необходимы в радиолокационных системах [1]. На рисунке 16.8а представлен клиновидный излучатель Вивальди. Кроме него, применяются печатные двухполяризационные излучатели Вивальди, состоящие из четырех двухсторонних излучателей (рис. 16.86).

Применение двухсторонних излучателей позволяет экранировать питающую микрополосковую линию, излучение которой приводит к изменению формы ДН решетки. Излучатели Вивальди могут иметь различную форму раскрыва. Наиболее простая форма получается при изгибе щелевой линии по дуге окружности, но более широкая рабочая полоса частот получается при экспоненциальном изгибе. Два элемента антенной системы возбуждаются без фазового сдвига и обеспечивают излучение линейной горизонтальной (вертикальной) поляризации. Достоинство конструкции состоит в том, что фазовый центр решетки будет в центре, независимо от того, какая пара элементов будет активна.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы