27. Методы возбуждения антенн Вивальди, их преимущества и недостатки.
Некоторые варианты полостных элементов (щелевых шлейфов на балуне Маршана) для элемента Вивальди: (a) Щелевой шлейф с низким импедансом, (b) Прямоугольный полостной элемент (щелевой шлейф с высоким импедансом) и
(c) Круглый полостной элемент.
Назначение полостей:
1. Согласование импеданса
Основная задача этой полости — создать условие «виртуального холостого хода» (высокого сопротивления) для щелевой линии в точке питания. Это необходимо, чтобы вся подводимая энергия не уходила в «тупик» внизу, а эффективно отражалась и направлялась вверх, в расширяющуюся часть антенны для излучения.
2. Ширина рабочей полосы частот
Форма полости напрямую влияет на то, в каком диапазоне частот антенна будет работать эффективно:
(a) Узкая щель (шлейф): Самый простой вариант. Имеет довольно узкую полосу пропускания и критичен к точности изготовления.
(b) Прямоугольная полость: Позволяет немного расширить диапазон согласования по сравнению с простой щелью и удобна для настройки на конкретные частоты.
(c) Круглая полость: Считается классическим и наиболее эффективным вариантом для сверхширокополосных (UWB) антенн. Круглая форма обеспечивает более плавный переход импеданса, что позволяет антенне сохранять хорошие характеристики в очень широком диапазоне частот.
Помогутка:
1. Классический переход (Microstrip-to-Slotline)
Это «золотой стандарт». Энергия передается через диэлектрик за счет электромагнитной связи.
Конструкция:
На стороне А — расширяющаяся щель, которая начинается с круглой полости (резонатора).
На стороне Б — микрополосковая линия, которая проходит перпендикулярно щели.
Линия заканчивается радиальным шлейфом (веером), а щель — круглой пустотой. Это создает условия, при которых в точке пересечения ток максимален.
Преимущества:
Легко интегрируется в любую СВЧ-схему на печатной плате.
Стабильные характеристики в широкой полосе (обычно 3:1 или 4:1 по частоте).
Недостатки:
Чувствителен к точности совмещения слоев при производстве.
Ограниченная полоса пропускания по сравнению с антиподным методом.
2. Антиподное питание (Antipodal)
Здесь «крылья» антенны разнесены по разным сторонам подложки.
Конструкция:
На стороне А — одна половина рупора.
На стороне Б — вторая половина (зеркальная).
В начале они накладываются друг на друга, образуя микрополосковую линию, а по мере расширения превращаются в открытую излучающую структуру.
Преимущества:
Сверхширокополосность: Может работать в диапазоне 10:1 (например, от 1 до 10 ГГц).
Простейшее согласование: не нужны шлейфы и полости, кабель припаивается напрямую к началу «крыльев».
Недостатки:
Высокая кросс-поляризация: Из-за того, что проводники в разных плоскостях, поле немного «скручивается».
Диаграмма направленности может слегка косить на высоких частотах.
3. Копланарное питание (CPW)
Сигнал и «земля» идут по одной стороне платы.
Конструкция:
Центральная жила и два земляных полигона по бокам плавно переходят в щелевую линию.
Вся структура находится на одном слое меди.
Преимущества:
Односторонняя печать: Самый дешевый вариант в производстве.
Удобно монтировать бескорпусные компоненты (усилители, диоды) прямо в разрыв линии.
Недостатки:
Сложнее получить хорошее согласование на сверхвысоких частотах.
Высокие потери на излучение от самой линии питания, если подложка толстая.
ЯНДЕКСОГУДКА
Антенны Вивальди могут возбуждаться несколькими способами, среди которых наиболее распространёнными являются микрополосковый и щелевой методы, а также использование интегрированного в подложку волновода (SIW).
Микрополосковый метод
При этом способе антенна возбуждается через микрополосковую линию передачи. Для согласования импеданса и эффективной передачи энергии может потребоваться использование переходов, например, между микрополосковой линией и щелевой линией. В некоторых случаях применяется переход с постепенным изменением ширины элементов для плавного перехода от несбалансированной линии к сбалансированной щелевой линии.
Щелевой метод (походу тот же микрополосок по принципу)
Возбуждение осуществляется непосредственно через щель в конструкции антенны. Этот способ также является одним из традиционных для антенн Вивальди
Метод с использованием SIW
SIW (Substrate Integrated Waveguide) — технология, которая позволяет реализовать волновод на подложке с использованием стандартных печатных технологий. Антенны Вивальди, возбуждаемые таким способом, обладают рядом преимуществ: низкий профиль, малый вес, широкополосность, возможность интеграции с другими планарными устройствами.
При использовании SIW ограничение полосы пропускания, вызванное балансировкой, убирается, что позволяет обеспечить более широкую полосу рабочих частот. В некоторых конструкциях применяются делители сигнала на основе SIW для формирования противофазных волн, которые поступают в излучатели Вивальди.
