Основы радиолокации

Коническая щелевая антенна (антенна Вивальди)

Антенна с клиновидной щелью (англ. Tapered Slot Antenna, TSA), называемая еще антенной Вивальди, представляет собой очень широкополосную щелевую антенну (полоса частот накрывает несколько октав), в которой щель конически расширяется. Эта антенна была представлена на 9-й Европейской конференции по СВЧ (EuMic) в 1979 году Петером Гибсоном (P.J.Gibson) под названием «Антенна Вивальди».

Антенна такого типа может быть изготовлена из тонких медных листов или из простого двухслойного материала для печатной платы. На характеристики антенны будут влиять такие свойства материала, как толщина и диэлектрическая проницаемость. Пара антенн может быть выполнена на одной и той же монтажной плате в виде групповой антенны.

Собственно антенна состоит только из конической щели, которую можно рассматривать как двумерный экспоненциальный рупор. Питание антенны осуществляется при помощи узкой боковой щели. Противоположная по отношению к направлению излучения сторона накоротко замкнута четвертьволновой (λ/4) заглушкой. Для расширения полосы частот антенны эта заглушка может иметь круглую форму и диаметр в одну четвертую длины волны на центральной частоте. Питающая линия с круговым сектором на конце выполняется на втором уровне печатной платы. Такой сектор выполняет функцию широкополосного согласования в полосковой технологии.

Поляризация одиночного излучателя – линейная. Линии электрического поля параллельны материалу печатной платы. Для работы на ортогональной поляризации могут добавляться печатные платы с группами антенн, расположенными перпендикулярно. Направление максимума излучения антенны соответствует направлению, в котором происходит расширение конической щели. Благодаря большой полосе частот, такие антенны подходят для сверхширокополосных задач.

Антенны Вивальди бывют трех типов:

• Плоскопараллельная или копланарная антенна, в которой оба излучающих элемента располагаются на одной стороне платы. Антенна может запитываться с противоположной стороны платы, как показано на Рисунке 1.
• Антенна антиподного типа представляет собой способ решения задачи питания копланарной антенны. В данном случае один слой напечатан сверху, а другой, сужающийся в противоположном направлении, напечатан на основании подложки. Такая антенна легко подключается к коаксиальной питающей линии. Структура ее схожа с изображенной на Рисунке 2, за исключением верхнего уровня с его подложкой.
• Сбалансированная антенна антиподного типа состоит из трех медных слоев. Поверх обычной структуры антиподного типа добавляется диэлектрический слой, сверху которого печатается дополнительная металлическая пластина, такая же как и в нижней части антенны.