Grundlagen der Radartechnik

Vivaldi- Antenne

Die Vivaldi Antenne (auch engl.: Tapered Slot Antenna, TSA genannt) ist eine extrem breitbandige Schlitzantenne, bei welcher der Schlitz konisch verbreitert wird. Diese Antenne wurde auf der 9. European Microwave Conference (EuMic) im Jahre 1979 durch Peter J. Gibson unter dem Namen „The Vivaldi Aerial“ vorgestellt.

Die Vivaldi Antenne kann aus dünnem Kupferblech oder aus normalem doppelt-kaschiertem Leiterplattenmaterial hergestellt werden. Dessen Eigenschaften, wie die Dicke des Trägermaterials sowie dessen Dielektrizitätskonstante haben Einfluss auf die Eigenschaften der Antenne. Mehrere Antennen können auf dem gleichen Material nebeneinander als eine Gruppenantenne angefertigt werden.

Die Antenne selbst besteht nur aus dem konischen Schlitz, welcher als ein zweidimensionales Exponentialhorn aufgefasst werden kann. Die Speisung der Antenne erfolgt an der schmalen Schlitzseite. Die zur Strahlrichtung entgegengesetzte Seite wird durch einen λ/4-Leitungsabschnitt kurzgeschlossen. Um die Bandbreite der Antenne zu erhöhen, kann dieser Leitungsabschnitt kreisförmig mit dem Durchmesser von einer viertel Wellenlänge der Mittenfrequenz ausgeführt werden. Die Zuleitung mit dem kreissektorförmigen Abschluss auf der zweiten Leiterplattenebene dienen nur der breitbandigen Anpassung an das Speisesystem in Stripline- Technologie.

Die Polarisation eines einzelnen Strahlers ist linear. Die elektrischen Feldlinien verlaufen parallel zum Leiterplattenmaterial. Für eine zweite Polarisationsebene können die Gruppen auf den Leiterplatten auch kreuzweise ineinandergeschachtelt werden. Die Strahlrichtung der Antenne ist die Richtung, in der sich der konische Schlitz erweitert. Durch die große Bandbreite ist diese Antennenform für Ultra-Wideband-Anwendungen geeignet.

Für diese Antenne existieren drei Bauformen:

• Bei der planparallelen oder Coplanaren Vivaldi Antenne sind beide abstrahlenden Elemente auf der gleichen Seite des Trägermaterials aufgebracht. Die Antenne kann durch Kopplung von der anderen Seite eingespeist werden, wie in der Bild 1 dargestellt.
• Die Antipodale Vivaldi Antenne ist eine Möglichkeit, die Probleme der Kopplung bei den coplanaren Typen auf einfache Weise zu lösen. Hier wird die eine Leiterplattenebene mit dem Mittelleiter verbunden und der andere Antennenstrang (in entgegengesetzter Richtung verbreitert) wird auf der Unterseite ausgeführt. Diese Antenne kann einfach an eine koaxiale Speiseleitung angeschlossen werden. Der Aufbau ist ähnlich dem Bild 2, jedoch ohne die oberste Leiterebene mit ihrem Trägermaterial.
• Die Symmetrisch-antipodische Vivaldi Antenne (engl.: Balanced antipodal Vivaldi antenna, BAVA), hat eine zusätzliche Leiterebene mit Massepotenzial, die identisch mit der untersten Leiterebene ist (siehe Bild 2).

Über die Namensgebung gibt es keine gesicherten Informationen, Peter Gibson selbst erwähnte in keiner Veröffentlichung einen Grund für diese Namensgebung. Gesichert ist, dass Peter Gibson ein Verehrer Antonio Vivaldis war. Seine Antenne hatte eine Öffnung, die wie ein Schnitt durch einen Trompetentrichter aussah. Möglicherweise wurde er dadurch zu dieser Namesgebung inspiriert (Vivaldi schrieb mehrere Trompetenkonzerte).