ДВУХПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА ВИВАЛЬДИ С УМЕНЬШЕННОЙ ВЫСОТОЙ ПРОФИЛЯ
Аннотация
Исследован элемент плоской антенной решетки Вивальди, предназначенной для работы на
двух линейных поляризациях. Излучатели антенной решетки представляют диэлектрические под-
ложки с двусторонней металлизацией и состоят из расширяющегося щелевого раскрыва, распре-
деленного симметрирующего трансформатора и короткого отрезка микрополосковой линии. При
этом длина симметрирующего трансформатора уменьшена за счёт придания ему формы сину-
соиды и, таким образом, уменьшен продольный размер излучателей и высота профиля всей ан-
тенной решетки. Соединение соседних излучателей осуществляется при помощи металлических
столбиков, расположенных на металлическом экране. Представлены результаты численного ис-
следования характеристик согласования и излучения элементарной ячейки с периодическими гра-
ничными условиями на гранях. Показано, что несмотря на уменьшение длины излучателей Виваль-
ди, за счёт миниатюризации распределенного симметрирующего трансформатора, в антенной
решетке не происходит сужения полосы рабочих частот. Расчётный коэффициент усиления эле-
ментарной ячейки близок к теоретически достижимому коэффициенту направленного действия
апертуры такой же площади, что и элементарная ячейка. Коэффициент полезного действия при
излучении по нормали не опускается ниже 75% во всей полосе рабочих частот. Проведенное ис-
следование характеристик излучения при сканировании луча диаграммы направленности в E-, H- и
D-плоскостях показало возможность отклонения луча на 60º без появления эффекта «ослепления»
антенной решетки. Установлено влияние развязки между ближайшими ортогональными элемен-
тами антенной решетки на КПД при сканировании луча в диагональной плоскости. Представлен-
ные результаты исследования кросс-поляризационных характеристик элемента при отклонении
луча на угол 45º в D-плоскости показывают, что коэффициент усиления элементарной ячейки на
кросс-поляризации меньше коэффициента усиления на ко-поляризации на значение от 6 до 15 дБ.
Полоса рабочих частот, определяемая по уровню КСВН≤3, составила от 915 до 7500 МГц
Литература
1979. IEEE, 1979, pp. 101-105.
2. Joon Shin, Schaubert D.H. A parameter study of stripline-fed Vivaldi notch antenna arrays, IEEE
Transactions on Antennas and Propagation, 1999, Vol. 47, No. 5, pp. 879-886.
3. Ruiter M., van der Wal E. EMBRACE, a 10000 element next generation aperture array telescope,
2009 European Microwave Conference (EuMC), Rome, Italy, 2009, pp. 326-329.
4. McGrath D.T., Schuneman N., Shively T.H., Irion J. Polarization properties of scanning arrays, IEEE
Intern. Symp. on Phased Array Systems and Technology, Boston, USA, 14–17 Oct. 2003. IEEE, 2003,
pp. 295-299.
5. Logan J.T., Kindt R.W., Vouvakis M.N. Low Cross-Polarization Vivaldi Arrays, IEEE Transactions on
Antennas and Propagation, 2018, Vol. 66, No. 4, pp. 1827-1837.
6. Logan J.T., Kindt R.W., Vouvakis M.N. A 1.2–12 GHz Sliced Notch Antenna Array, IEEE Transactions
on Antennas and Propagation, 2018, Vol. 66, No. 4, pp. 1818-1826.
7. Bobkov I.N., Sobol D.D., Yukhanov Y.V. Low Cross-Polarization Vivaldi Antenna Fed with CPW–
Slotline Transition, 2024 Conference of Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering
(ElCon), Saint Petersburg, Russian Federation, 2024, pp. 629-632.
8. Kindt R.W., Logan J.T. Dual-Polarized Metal-Flare Sliced Notch Antenna Array, IEEE Transactions
on Antennas and Propagation, 2020, Vol. 68, No. 4, pp. 2666-2674.
9. Bobkov I.N., Yukhanov Yu.V. Issledovanie kharakteristik elementa ploskoy antennoy reshetki Vival'di
s rasshirennoy polosoy rabochikh chastot [Study of characteristics of an element of a flat Vivaldi antenna
array with an extended operating frequency band], Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy
Rossii. Radioelektronika [News of higher educational institutions of Russia. Radio electronics], 2024,
27 (1), pp. 48-56.
10. Kindt R.W., Logan J.T. Single-Polarization Vivaldi Antenna Array with Orthogonal Walls for Improved
Polarization Purity, IEEE International Symposium on Phased Array Systems & Technology
(PAST), Waltham, MA, USA, 2022, pp. 1-4.
11. Kindt R.W., Logan J.T. Cross-Polarization Treatment in Linearly Polarized Vivaldi Array Apertures,
IEEE International Symposium on Phased Array Systems & Technology (PAST), Waltham, MA, USA,
2022, pp. 01-04.
12. Guo L., Qiang Y.F. Design of a Compact Wideband Dual-Polarization Antipodal Vivaldi Antenna
Array, 2018 IEEE International Conference on Computational Electromagnetics (ICCEM), Chengdu,
China, 2018, pp. 1-3.
13. Yang Yunqiang, Wang Y., Aly Fathy Design of Compact Vivaldi Antenna Arrays for UWB See
through Wall Applications, Progress In Electromagnetics Research, 2008, Vol. 82, pp. 401-418,.
14. Hodgkinson C.J., Anagnostou D.E., Podilchak S.K. Compact Antipodal Vivaldi Array with UWB
Beam Steering and Element AMC Inclusions for Scattering Reduction, in IEEE Access.
15. Liu, J., Xu C., Yu H. et al. Design of a miniaturized ultrawideband and low scattering antipodal vivaldi
antenna array, Sci Rep. – 2021. – 11. – 12499.
16. Elsallal M.W., Schaubert D.H. Electronically scanned arrays of dual-polarized, doubly-mirrored balanced
antipodal Vivaldi antennas (DmBAVA) based on modular elements, 2006 IEEE Antennas and
Propagation Society International Symposium, Albuquerque, NM, USA, 2006, pp. 887-890.
17. Gazit E. Improved design of the Vivaldi antenna, IEE Proc. Microwaves, Antennas and Propagation,
1988, Vol. 135, No 2, pp. 89-92.
18. Yukhanov Yu.V., Privalova T.Yu., Merglodov I.V., Il'in I.V., Bobkov I.N. Patent RU 203479 U1
H01Q 1/38 (2006.01). Modernizirovannaya sverkhshirokopolosnaya antenna Vival'di [Patent RU
203479 U1 H01Q 1/38 (2006.01). Upgraded ultra-wideband Vivaldi antenna]; publ. 04/07/2021.
19. Yukhanov Y.V., Bobkov I.N. Linear Vivaldi Antenna Array with Improved Low-Band Performance,
2021 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW), Divnomorskoe, Russia, 2021,
pp. 203-206.
20. Pozar D.M. The active element pattern, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1994.
Vol. 42, No. 8, pp. 1176-1178.
21. Kindt R.W., Logan J.T. Benchmarking Ultrawideband Phased Antenna Arrays: Striving for Clearer
and More Informative Reporting Practices, IEEE Antennas and Propagation Magazine, 2018, Vol. 60,
No. 3, pp. 34-47.
