Головков А. А., Калінікос Д. А., Костиков Г. А., Сугак М. І. Санкт-Петербурзький електротехнічний університет «ЛЕТІ» (СПбГЕТУ) Вул. Професори Попова, д. 5, Санкт-Петербург – 197376, Росія Тел.: +7 (812) 346-45-16; e-mail: Iab16@vilan.spb.ru

Fig. 1. Waveform on the receive antenna load

Відповідно до визначення ЕКНД імпульсної антени, наведеними в роботі [5], в результаті математичного моделювання отримано залежності ЕКНД в нормальному напрямку, випромінювача Вівальді для різних тривалостей збудливого гауссового імпульсу (рис.2). Параметром на кривих є розмір розкриву випромінювача.

Рис. 2. Залежність ЕКНД антени Вівальді від тривалості імпульсу.

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

З наведених залежностей спостерігається значне зростання ЕКНД при зменшенні тривалості імпульсу аж до значень 0.4 не. При збільшенні тривалості збуджуючого імпульсу криві асимптотично наближаються до значення, відповідного ЕКНД диполя Герца рівному 3/2.

На ріс.З. представлена ​​залежність ККД системи генератор – антена, розрахована теоретично як відношення повної випромінювань енергії до енергії збуджуючого імпульсу. Наведене сімейство кількісно оцінює добре відомий факт збільшення енергії відбитого в фідерні систему імпульсу з ростом його тривалості, особливо помітне для антени менших розмірів.

Електродинамічний аналіз дозволив розрахувати енергію імпульсу по кроссполярізаціонную складової поля, яка для цієї конфігурації випромінювача становить близько 12% від енергії імпульсу по основній поляризації.

Ріс.З Залежність ККД фідерної системи антени Вівальді від тривалості збуджуючого імпульсу.

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

III. Висновок

В результаті математичного моделювання отримані кількісні оцінки основних енергетичних характеристик випромінювача Вівальді в імпульсному режимі в залежності від тривалості збуджуючого імпульсу для двох варіантів конфігурації антени. Наведені дані дозволяють скористатися рівнянням дальності в каналі зв’язку, що використовує ці антени.

Розрахований рівень і форма імпульсу кроссполя-різаціонной складової поля випромінювання. Експериментально досліджено канал зв’язку, що складається з двох випромінювачів Вівальді.

IV. Список літератури

[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] Імпульсне випромінювання решітки розширюються щілинних антен / / А. Ю. Бутрим, О. В. Казанський,

В. А. Катрич, Н. Н. Колчигін / / Тр. 12-й Міжнар. конф. «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», Севастополь, 9-13 вересня. 2002 Севастополь: Вебер, 2002. С. 303-304.

[3] надширокосмугових випромінювач Вівальді з модифікованою системою живлення / А. А. Головков,

Д. А. Калінікос, Б. А. Кисельов та ін / / Тр. 12-й Міжнар. конф. «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», Севастополь, 9-13 вересня 2002 Севастополь: Вебер, 2002. С. 341-342.

[4] А. А. Головков, Д. А. Калінікос, Г. А. Костіков,

М. І. Сугак. Експериментальне дослідження антени Вівальді в імпульсному режимі. Известия СПбГЕТУ «ЛЕТІ». Серія «Радіоелектроніка та телекомунікації», 2003р., Вип.2. С. 13-16.

[5] Авдєєв В. Б. Енергетичні характеристики спрямованості антен і антенних систем при випромінюванні і прийомі надширокосмугових сигналів і надкоротких імпульсів / / Антени. 2002. Вип. 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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»