Антенна Вивальди

Полезная модель относится к антенной технике и предназначена для использования в качестве широкополосной приемно-передающей антенны мобильных и стационарных устройств систем связи.
Известна сверхширокополосная антенна Вивальди (Патент RU 2701483 C1), содержащая диэлектрическую подожку с нанесенным на нее металлическим слоем, форма которого образует раскрыв антенны, а также устройство адаптивной коррекции диаграммы направленности, установленное в раскрыве антенны.
Недостатком такой антенны является сложность конструкции узла питания за счет наличия устройства адаптивной коррекции диаграммы направленности.
Из уровня техники известна антенна Вивальди, выполненная в виде диэлектрической подожки с нанесенным на нее металлическим слоем, форма которого образует раскрыв антенны, ограниченный с каждой стороны металлическим выступом, выполненным в виде ряда металлизированных сквозных отверстий в диэлектрической подложке (S. Al-Saif, A. Al-Omar, M.А. Ashraf and S. Alshebeili, "A millimeter wave Vivaldi antenna with contoured platted vias for next generation wireless communication systems," 2016 17th International Symposium on Antenna Technology and Applied Electromagnetics (ANTEM), Montreal, QC, Canada, 2016, рр. 1-2).
Недостатками такого решения являются технологическая сложность изготовления, сложность аккуратного согласования антенны в требуемой полосе рабочих частот.
Известна цельнометаллическая антенна Вивальди (Патент CN 112117551 А). Устройство содержит металлический слой, форма которого образует раскрыв антенны, ограниченный с каждой стороны сплошным металлическим выступом.
Недостатком такого решения является технологическая сложность изготовления.
Наиболее близкой по совокупности существующих признаков к предлагаемому устройству является антенна Вивальди (R. Sarkis and C. Craeye, "Circular array of wideband 3D Vivaldi antennas," 2010 URSI International Symposium on Electromagnetic Theory, Berlin, Germany, 2010). Устройство содержит диэлектрическую подожку с нанесенным на нее металлическим слоем, форма которого образует раскрыв антенны, ограниченный с каждой стороны сплошным металлическим выступом.
Преимуществами прототипа являются широкая полоса рабочих частот, высокая механическая прочность.
Недостатками прототипа являются технологическая сложность изготовления раскрыва антенны сложной формы со сплошным металлическим выступом в виде единой конструкции методом штамповки или фрезеровки из-за требований к необходимому для изготовления оборудованию, высокие требования к точности изготовления узла питания и, как следствие, сложность аккуратного согласования антенны в требуемой полосе рабочих частот.
Задачей предлагаемой полезной модели является улучшение технологичности изготовления устройства при сохранении характеристик широкополосности антенны, а также возможность производить оперативную подстройку полосы рабочих частот антенны.
Поставленная задача решается за счет того, что заявленное устройство, так же как и известное, содержит диэлектрическую подожку с нанесенным на нее металлическим слоем, форма которого образует раскрыв антенны, ограниченный с каждой стороны сплошным металлическим выступом. Но, в отличие от известного, в антенне Вивальди каждый выступ выполнен в виде металлической ленты, установленной перпендикулярно подложке с металлизацией и механически соединенной с ними.
Достигаемым техническим результатом является улучшение технологичности изготовления устройства при сохранении характеристик широкополосности антенны, возможность оперативной подстройки полосы рабочих частот антенны.
Технический результат достигается за счет выполнения сплошных металлических выступов, ограничивающих раскрыв антенны, в виде металлической ленты, установленной перпендикулярно подложке с металлизацией и механически соединенной с ними.
Полезная модель иллюстрируется 4 чертежами.
Фиг. 1 - вид предлагаемой антенны Вивальди.
Фиг. 2 - частотные зависимости КСВ для различных антенн Вивальди.
Фиг. 3 - частотные зависимости КСВ для антенн Вивальди предлагаемой конструкции с различной шириной металлической ленты, перпендикулярной металлическому слою.
Фиг. 4 - частотные зависимости КСВ для антенн Вивальди предлагаемой конструкции и прототипа.
На чертежах введены следующие обозначения:
1 - точка питания,
2 - металлический слой, образующий раскрыв антенны,
3 - диэлектрическая подложка,
4 - сплошной металлический выступ,
5 - элементы крепления,
6 - частотная зависимость КСВ предлагаемой антенны Вивальди,
7 - частотная зависимость КСВ антенны Вивальди с формой раскрыва как у предлагаемой антенны Вивальди, но без сплошного металлического выступа,
8 - частотная зависимость КСВ антенны Вивальди с формой раскрыва как у предлагаемой антенны Вивальди и толщиной металлизации, равной высоте сплошного металлического выступа.
9 - частотная зависимость КСВ предлагаемой антенны Вивальди с уменьшенной высотой сплошного металлического выступа.
10 - частотная зависимость КСВ предлагаемой антенны Вивальди с увеличенной высотой сплошного металлического выступа.
11 - частотная зависимость КСВ прототипа.
Антенна работает следующим образом.
Линия питания 1 (фиг. 1), подключенная к металлическому слою 2, нанесенному на диэлектрическую подложку 3 и образующему раскрыв антенны, ограниченный сплошными металлическими выступами 4, возбуждает электромагнитное поле. Размеры и форма металлического слоя, толщина диэлектрического слоя определяется согласованием с требуемым волновым сопротивлением питающей линии в полосе рабочих частот антенны. Выполнение сплошного металлического выступа в виде ленты, которая механически крепится (5) к металлическому слою, позволяет изготавливать предлагаемую антенну, например, с применением технологии лазерной резки, что позволяет улучшить согласование в низкочастотной области.
Работа устройства подтверждается результатами электродинамического анализа антенн Вивальди в полосе рабочих частот 0.5-3 ГГц различной конфигурации. При моделировании использовалось питание сосредоточенным источником с входным сопротивлением 50 Ом.
Из приведенных частотных зависимостей КСВ в полосе рабочих частот (фиг. 2) видно, что использование сплошного металлического выступа в виде ленты позволяет расширить полосу рабочих частот по критерию КСВ=2, достигнув нижней граничной частоты в 0.15 ГГц. При этом исполнение данного металлического выступа в виде отдельной конструктивной детали позволяет оперативно производить подстройку антенны, заменяя непосредственно металлическую ленту на другую, с иным значением ее ширины (фиг. 3). Сохранение качества согласования в полосе рабочих частот демонстрируется на фиг. 4, где приводится сравнение частотных зависимостей прототипа и предлагаемой антенны Вивальди.
Таким образом, показана достижимость технического результата - улучшение технологичности изготовления устройства при сохранении качества согласования в полосе рабочих частот антенны, возможность оперативной подстройки полосы рабочих частот антенны.