Антенна Вивальди, также известная как антенна с конической щелью, идеально подходит для широкополосных систем связи. Она отличается несложной конструкцией, простыми требованиями к изготовлению и высоким коэффициентом усиления. Изучая антенну Вивальди мы оценим ее диаграмму направленности в дальней зоне и полное сопротивление при помощи программного обеспечения для моделирования.
Что значит имя?
Антенна Вивальди была изобретена Петером Гибсоном. Гибсон был страстным любителем музыки и, предположительно, назвал антенну именем Антонио Вивальди, композитора эпохи барокко. Хотя источники разнятся по этому вопросу, вероятнее всего, антенна получила такое название из-за сходства с музыкальным инструментом времен Вивальди. Возможно, речь о скрипке, виолончели или трубе в поперечном сечении.
Универсальная антенна
Антенна Вивальди предназначена для любых условий. Она выполняется на тонкой гибкой подложке, благодаря чему легко размещается на различных поверхностях. Таким образом, эту антенну можно применять в разных условиях.
Существует патент на двухэлементную приемную секцию антенны Вивальди для использования на летательных аппаратах. Такое использование возможно потому, что антенна легко принимает обтекаемую форму. Кроме того антенна Вивальди идеально подходит для самолета, поскольку работает на скоростях с числом Маха до 2. Эта антенна еще себя покажет…
Также вы можете обнаружить антенну Вивальди в больнице. В сочетании с СВЧ-интраскопией она помогает врачам точнее диагностировать рак молочной железы и мозга.
При диагностике рака молочной железы антенну Вивальди используют для интерферометрии по методу I-MUSIC. (Но музыка Вивальди здесь ни при чем…) Аббревиатура I-MUSIC (interferometric Multiple Signal Classification) означает «интерферометрический метод классификации множественных сигналов», который в сочетании с антенной Вивальди позволяет эффективно выявлять опухоли.
Антенна Вивальди (сама по себе и после модификации) обладает невероятным множеством функций. Службы безопасности могут применять ее для поиска спрятанного оружия, а военные — как РЛС высокой дальности при использовании в составе антенной решетки.
Эта универсальная антенна способна на многое, но для начала мы проанализируем ее конструкцию и оценим эффективность работы.
Анализируем конструкцию антенны Вивальди путем моделирования
С помощью модели антенна Вивальди (с конической щелью) мы можем оценить ее диаграмму направленности в дальней зоне и полное сопротивление.
Наша модель имитирует реальную конструкцию антенны Вивальди за счет применения тонкой диэлектрической подложки. Поверх этой подложки нанесена коническая щель, причем плоскость основания образована идеальным электрическим проводником. Кривые конической щели мы строим с помощью экспоненциальной функции e0,044x. Сама щель напоминает трубу с широким концом, края которой, изгибаясь, сходятся в узкую линию. Однако, в отличие от трубы, узкий конец соединяется с кольцевым отверстием, а широкий конец выходит наружу, как показано ниже.
Если подложку перевернуть, мы увидим закороченную микрополосковую питающую линию 50 Ом, которая моделируется при помощи поверхностей из идеального электрического проводника. Это важный элемент конструкции, поскольку сосредоточенный порт на линии используется для возбуждения антенны.
Идеально согласованный слой окружает всю область моделирования. Он работает как безэховая камера, поглощая всю излучаемую энергию.
После создания и решения нашей модели с помощью COMSOL Multiphysics и модуля Радиочастоты, мы получаем результаты в разных формах. На графике КСВ видно, что наша модель имеет хорошее согласование полного сопротивления в широкой полосе частот. Для большей части диапазона моделирования отношение даже лучше, чем 2:1.
Также благодаря модели мы можем посмотреть диаграмму направленности в дальней зоне. Мы знаем, что диаграмма направленности антенны Вивальди обращена к широкому концу ее конической щели. Наша модель подтверждает, что диаграмма направленности в дальной зоне имеет именно такую форму.
Ссылка на модель.
#наука #физика #технологии #программы #численные методы #fem #comsol
