КОМПАКТНЫЙ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ ВИВАЛЬДИ КАРДИОИДНОЙ ФОРМЫ С ПРЯМОУГОЛЬНЫМИ ИМПЕДАНСНЫМИ ВСТАВКАМИ
Аннотация
Представлена конструкция излучателя Вивальди кардиоидной формы с прямоугольными им-
педансными вставками по краям его металлизации. Исследовано влияние импедансных вставок от
их расположения и параметров на характеристики излучателя. Приведены частотные характе-
ристики коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН), коэффициента усиления (КУ),
коэффициента полезного действия (КПД) и уровня кроссовой поляризации излучателя без импе-
дансных вставок и с ними. Разработанный излучатель является электрически компактным (элек-
трическая высота на верхней рабочей частоте равна 0,740 λ, а на нижней – 0,127 λ) и сверхширо-
кополосным (СШП) с коэффициентом перекрытия (КП) 5,809:1 в рабочей полосе частот
127,3–739,5 МГц. Ширина импедансных вставок изменялась от 5,0 мм до 25,5 мм. При этом, уве-
личение ширины приводит к небольшому расширению рабочей полосы частот и увеличению КП.
А вот КУ практически не изменяется, так как излучатель является слабонаправленным и его КУ
зависит в основном от размера апертуры. Численные значения КПД и уровня кроссовой поляриза-
ции при увеличении ширины вставок также практически не изменяются. Оптимальное значение
ширины импедансных вставок равно 25,5 мм. Высота импедансных вставок отсчитывалась от
верхней части излучателя. Рассмотрено влияние импедансных вставок высотой 60, 100, 140, 145 и
160 мм. Определено, что с увеличением их высоты ширина рабочей полосы увеличивается, однако
средний уровень КСВН в полосе частот 180–280 МГц плавно растет. КУ, КПД и уровень кроссо-
вой поляризации при увеличении высоты вставок также практически не изменяются. Оптималь-
ное значение высоты импедансных вставок равно 25,5 мм. Таким образом, введение импедансных
вставок позволяет добиться расширения рабочей полосы частот излучателя.
Литература
Tekhnosfera, 2012, 560 p.
2. Lazorenko O.F., Chernogor L.F. Sverkhshirokopolosnye signaly i fizicheskie protsessy [Ultrawideband
signals and physical processes], Radiofizika i radioastronomiya [Radio physics and radio astronomy],
2008, No. 2, pp. 166-194.
3. Chubinskiy N.P., Kir'yashkin V.V., Khi N.K. Ob ispol'zovanii sverkhshirokopolosnykh signalov dlya
identifikatsii radiolokatsionnykh ob"ektov [On the use of ultra-wideband signals to identify radar objects]],
Zhurnal Radioelektroniki [Journal of Radioelectronics], 2010, No. 5, pp. 1-13.
4. Latha T., Ram G., Kumar G. A., Chakravarthy M. Review on Ultra-Wideband Phased Array Antennas,
IEEE Access, 2021, Vol. 9, pp. 129742-129755.
5. Gibson P.J. The Vivaldi aerial, Proc. 9th European Microwave Conference, 1979, pp. 101-105.
6. Dixit A.S., Kumar S. A Survey of Performance Enhancement Techniques of Antipodal Vivaldi Antenna,
IEEE Access, 2020, Vol. 8, pp. 45774-45796.
7. Gevorkyan A.V., Yukhanov Y.V., Privalova T.Y. The radiation characteristics of the Vivaldi antenna
located on a cylindrical surface, 2017 Progress in Electromagnetics Research Symposium - Fall
(PIERS - FALL), 2017, pp. 1780-1784.
8. Gevorkyan A.V., Yukhanov Y.V., Privalova T.Y. The Radiation Characteristics of the Four-Element
Vivaldi Antenna Arrays, Which Located on the Cylindrical Surface, 2018 Progress in Electromagnetics
Research Symposium (PIERS-Toyama), 2018, pp. 1617-1620.
9. Kosak R.E., Gevorkyan A.V. UWB Cardioid-Shaped Vivaldi Antenna, 2023 Radiation and Scattering
of Electromagnetic Waves (RSEMW), 2023, pp. 228-231.
10. Kosak R.E., Gevorkyan A.V. Research of Ways to Improve Radiation Characteristics of Phased Array
Radiator Based on Vivaldi Antenna, 2021 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves
(RSEMW), 2021, pp. 211-214.
11. Kosak R.E., Gevorkyan A.V., Yukhanov Yu.V. Izluchatel' fazirovannoy antennoy reshetki
uzkougol'nogo skanirovaniya [Narrow-angle scanning phased array antenna radiator], Komp'yuternye i
informatsionnye tekhnologii v nauke, inzhenerii i upravlenii (KomTekh-2022) [Computer and information
technologies in science, engineering and management (KomTech-2022)], 2022, pp. 258-263.
12. Voskresenskiy D.I., Gostyukhin V.L., Maksimov V.M., Ponomarev L.I. Ustroystva SVCh i antenny
[Microwave devices and antennas]. 2nd ed. Moscow: Radiotekhnika, 2006, 376 p.
13. Gevorkyan A.V. Sverkhshirokopolosnaya antenna Vival'di s malym koeffitsientom stoyachey volny [Ultra-
wideband Vivaldi antenna with low standing wave ratio], Aktual'nye problemy radiofiziki: Sb. trudov
VII Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Current problems of radiophysics: Collection
of proceedings of the VII International Scientific and Practical Conference], 2017, pp. 34-37.
14. Sahar Saleh, Mohd Haizal Jamaluddin, Faroq Razzaz, Saud M. Saeed, Nick Timmons, Jim Morrison
Compactness and performance enhancement techniques of ultra-wideband tapered slot antenna:
A comprehensive review, Alexandria Engineering Journal, 2023, Vol. 74, pp. 195-229.
15. Shi X., Cao Y., Hu Y., Luo X., Yang H.and Ye L.H. A High-Gain Antipodal Vivaldi Antenna With Director
and Metamaterial at 1–28 GHz, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2021,
Vol. 20, No. 12, pp. 2432-2436.
16. Zhu S., Liu H. and Wen P. A New Method for Achieving Miniaturization and Gain Enhancement of
Vivaldi Antenna Array Based on Anisotropic Metasurface, IEEE Transactions on Antennas and Propagation,
2019, Vol. 67, No. 3, pp. 1952-1956.
17. Zhou B. and Cui T.J. Directivity Enhancement to Vivaldi Antennas Using Compactly Anisotropic Zero-
Index Metamaterials, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2011, Vol. 10, pp. 326-329.
18. Khamed E.A. Makh'yub, Kisel' N.N. Otsenka effektivnosti primeneniya metamateriala v razrabotkakh
mikropoloskovykh antenn na osnove LTCC-tekhnologii [Evaluation of the metamaterial application
efficiency in the development of microstrip antennas based on LTCC technology], Izvestiya YuFU.
Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2019, No. 3 (17), pp. 179-190.
19. Bankov S.E., Kurushin A.A. Proektirovanie SVCh ustroystv i antenn s Ansoft HFSS [Designing microwave
devices and antennas with Ansoft HFSS], Zhurnal Radioelektroniki [Journal of Radio Electronics],
2009, No. 5, 736 p.
20. High Frequency Structural Simulator (HFSS), ANSYS. Available at: URL: www.ansys.com (accessed
12 March 2024).
