ХАРАКТЕРИСТИКИ АНТЕННЫ ВИВИЛЬДИ В ИМПУЛЬСНОМ РЕЖИМЕ

April 19, 2012 by admin Комментировать »

Головков А. А., Калиникос Д. А., Костиков Г. А., Сугак М. И. Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ» (СПбГЭТУ) Ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург – 197376, Россия Тел.: +7(812) 346-45-16; e-mail: Iab16@vilan.spb.ru

Fig. 1. Waveform on the receive antenna load

В соответствии с определением ЭКНД импульсной антенны, приведенным в работе [5], в результате математического моделирования получены зависимости ЭКНД в нормальном направлении, излучателя Вивальди для различных длительностей возбуждающего гауссового импульса (рис.2). Параметром на кривых является размер раскрыва излучателя.

Рис. 2. Зависимость ЭКНД антенны Вивальди от длительности импульса.

Fig. 2. Power directive gain of Vivaldi antenna as a function of pulse duration

Из приведенных зависимостей наблюдается значительный рост ЭКНД при уменьшении длительности импульса вплоть до значений 0.4 не. При увеличении длительности возбуждающего импульса кривые асимптотически приближаются к значению, соответствующему ЭКНД диполя Герца равному 3/2.

На рис.З. представлена зависимость КПД системы генератор – антенна, рассчитанная теоретически как отношение полной излученной энергии к энергии возбуждающего импульса. Приведенное семейство количественно оценивает хорошо известный факт увеличения энергии отраженного в фидерную систему импульса с ростом его длительности, особенно заметное для антенны меньших размеров.

Электродинамический анализ позволил рассчитать энергию импульса по кроссполяризационной составляющей поля, которая для данной конфигурации излучателя составляет около 12% от энергии импульса по основной поляризации.

Рис.З Зависимость КПД фидерной системы антенны Вивальди от длительности возбуждающего импульса.

Fig. 3. Feeder system efficiency of Vivaldi antenna as a function of pulse duration.

III.  Заключение

В результате математического моделирования получены количественные оценки основных энергетических характеристик излучателя Вивальди в импульсном режиме в зависимости от длительности возбуждающего импульса для двух вариантов конфигурации антенны. Приведенные данные позволяют воспользоваться уравнением дальности в канале связи, использующем эти антенны.

Рассчитан уровень и форма импульса кроссполя- ризационной составляющей поля излучения. Экспериментально исследован канал связи, состоящий из двух излучателей Вивальди.

IV. Список литературы

[1 ] On the use of planar horn antennas for radiation of short electromagnetic pulses/V. B. Broude, S. B. Sukhovet- skaya, B. J. Sukhovetsky, S. V. Tomashevich // Proceedings of the XXVIII Moscow international conference on antenna theory and technology, Moscow, 2-24 September, 1998. P. 450-453.

[2]   Импульсное излучение решетки расширяющихся щелевых антенн // А. Ю. Бутрым, О. В. Казанский,

В.       А. Катрич, Н. Н. Колчигин // Тр. 12-й Междунар. конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», Севастополь, 9-13 сент. 2002 г. Севастополь: Вебер, 2002. С. 303-304.

[3]   Сверхширокополосный излучатель Вивальди с модифицированной системой питания / А. А. Головков,

Д. А. Калиникос, Б. А. Киселев и др. // Тр. 12-й Междунар. конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», Севастополь, 9-13 сентября 2002 г. Севастополь: Вебер, 2002. С. 341-342.

[4]   А. А. Головков, Д. А. Калиникос, Г. А. Костиков,

М. И. Сугак. Экспериментальное исследование антенны Вивальди в импульсном режиме. Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Серия «Радиоэлектроника и телекоммуникации», 2003г., Вып.2. С. 13-16.

[5]   Авдеев В. Б. Энергетические характеристики направленности антенн и антенных систем при излучении и приеме сверхширокополосных сигналов и сверхкоротких импульсов // Антенны. 2002. Вып. 7(62). С. 5-27.

CHARACTERISTICS OF PULSED VIVALDI ANTENNA

Golovkov A. A., Kalinikos D. A., Kostikov G. A., Sugak М. I.

Professor Popov str. 5, St. Petersburg, 197376, Russia

Abstract – Experimental and theoretical results of investigation the Vivaldi antenna in the pulsed mode of operation are presented. Antenna power directive gain and efficiency of feeder system are calculated as a function of Gaussian pulse duration exciting the system. Experimental results on registration of received pulse time dependences in the communication channel consisting of two identical antennas are shown.

I.  Introduction

To radiate ultra short pulses and ultra wideband waveforms in most radio systems the ultra wideband antennas of conventional types are used, namely: «thick» vibrators (for example, biconical), TEM-horns and so on. Much less attention is paid to application for these purposes the Vivaldi antenna [1,2], whereas in other applications these antennas found wide use. Moreover, references with quantitative estimations of the most important power characteristics for pulsed Vivaldi antennas are practically absent. And this makes difficult the development and estimation of communication range for pulsed systems with these kind of antennas. So the paper objective is to determine principal characteristics of Vivaldi antenna for different antenna geometries and durations of exciting pulses and also experimental investigation of communication channel of the two Vivaldi antennas.

II.  Main part

The experimental results are obtained for the two models of Vivaldi antenna described earlier in [3], having operational frequency bandwidth 0.5-4.0 GHz measured under the criterion of Sn< -10dB and with aperture size 310×200 mm2. Transmit antenna is excited with 1 ns Gaussian pulse. Time dependence of waveform at the output of receive antenna positioned at far- field distance in the air is shown in Fig. 1 for normal direction.

The same dependencies are examined for the angular directions in E- and H-planes. The beamwidth of power far-field in E-plane is much narrower than that in the H-plane. Electrodynamic analysis is performed with software package «Microwave studio» having the computation kernel based on Finite Integration Technique. The pulse energy is calculated in terms of cross-polarization field component which is 12 % of pulse energy for basic polarization.

III.  Conclusion

The quantitative estimations of basic power characteristics for pulsed Vivaldi radiators are obtained as a function of exciting pulse duration for two variants of antenna configurations. The level and waveform of cross-polarized field component is calculated. The communication channel of the two Vivaldi antennas is experimentally analyzed.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты