radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2018-21-6-13-19radioelectronics-272Research ArticleЭЛЕКТРОДИНАМИКА, МИКРОВОЛНОВАЯ ТЕХНИКА, АНТЕННЫELECTRODYNAMICS, MICROWAVE ENGINEERING, ANTENNASШИРОКОПОЛОСНАЯ СВЧ-АНТЕННА ВИВАЛЬДИ С ВОЗБУЖДЕНИЕМ КОПЛАНАРНОЙ ЛИНИЕЙBROADBAND MICROWAVE VIVALDI ANTENNA USING COPLANAR FEED LINEГоловковА. А.GolovkovAlexander A.

Головков Александр Алексеевич – доктор технических наук (1992), профессор (1995) кафедры радиоэлектронных средств Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор более 180 научных работ. Сфера научных интересов – электродинамика и антенно-фидерные устройства.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376

Alexander A. Golovkov – D.Sc. (1992), Professor (1995) of the Department of Radio-Electronic Resources of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of more than 180 scientific publications. Area of expertise: electrodynamics, antennas, microwave technology.

5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg

algol110843@yandex.ruТерентьеваП. В.TerentevaPolina V.

Терентьева Полина Викторовна – магистр техники и технологии по направлению "Радиотехника" (2017), аспирантка кафедры радиоэлектронных средств Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор более 20 научных работ. Сфера научных интересов – электродинамика и антенно-фидерные устройства.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376

Polina V. Terenteva – Master’s Degree in Radio Engineering (2017), postgraduate student of the Department of Radio-Electronic resources, Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of more than 20 scientific publications. Area of expertise: electrodynamics, antennas, microwave technology.

5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg

teterevinsky.pol@gmail.comЖуравлевА. Г.ZhuravlevAlexander G.

Журавлев Александр Геннадьевич – студент 4-го курса бакалавриата Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Сфера научных интересов – электродинамика и антенно-фидерные устройства.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376

Alexander G. Zhuravlev – Student of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". Area of expertise: electrodynamics, antennas, microwave technology.

5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg

keni-97s@mail.ruШмыринМ. С.ShmyrinMichail S.

Шмырин Михаил Сергеевич – радиоинженер (2005, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)), начальник отдела АО «НИИ "Вектор"». Автор трех научных публикаций. Сфера научных интересов – аппаратно-программные средства в радиомониторинге.

ул. Академика Павлова, д. 14-а, Санкт-Петербург, 197376

Michail S. Shmirin – Engineer (2005, Saint Petersburg State Electrotechnical University "LETI"), Head of Department Joint-Stock Company«NII "Vektor"». The author of 3 scientific publications. Area of expertise: radiomonitoring hardware and software.

14-a, Academician Pavlova Str., 197376, St. Petersburg

kotovski@list.ruСтенюковН. С.StenyukovNikolay S.

Стенюков Николай Сергеевич – кандидат технических наук (1974), ведущий научный сотрудник АО «НИИ "Вектор"». Автор 35 научных работ. Сфера научных интересов – цифровая обработка сигналов в радиомониторинге.

ул. Академика Павлова, д. 14-а, Санкт-Петербург, 197376

Nikolay S. Stenukov – PhD in Engineering (1974), Leading Researcher Joint-Stock Company «NII "Vektor"». The author of 30 scientific publications. Area of expertise: digital signal processing in radiomonitoring.

14-a, Academician Pavlova Str., 197376, St. Petersburg

nsten@mail.ruСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)РоссияSaint Petersburg Electrotechnical University "LETI"Russian FederationАО «НИИ "Вектор"»РоссияJSC «Scientific-research institute "Vektor"»Russian Federation201828122018061319Copyright © Головков А.А., Терентьева П.В., Журавлев А.Г., Шмырин М.С., Стенюков Н.С., 20182018Головков А.А., Терентьева П.В., Журавлев А.Г., Шмырин М.С., Стенюков Н.С.Golovkov A.A., Terenteva P.V., Zhuravlev A.G., Shmyrin M.S., Stenyukov N.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/272

В настоящее время антенны Вивальди используются как направленные излучатели, которые требуют согласования и симметрирования возбуждающего СВЧ-радиосигнала на входе. Чаще всего установка в раскрыв антенны согласующе-симметрирующего устройства приводит к дополнительным потерям и искажениям диаграммы направленности излучателя, особенно в случае работы в широком диапазоне частот. Кроме того, в случаях жестких требований по условиям эксплуатации (большой диапазон рабочих температур, высокая влажность, соляной туман, вибрация и пр.) сложен подбор подходящей микросхемы. Целью исследования является разработка щелевой антенны с 50-омным портом на входе, которая была бы проста в производстве и эксплуатации, при сохранении высокого коэффициента усиления в широком диапазоне частот. Как известно, структура поля в копланарной линии близка к структуре поля в близкой к ней щелевой. С использованием математического аппарата для таких полей, средств электродинамического моделирования и численного расчета разработана система, представляющая собой две антенны Вивальди, запитываемые одной копланарной линией. Таким образом, излучатель обладает близкой к круговой диаграммой направленности и низкими потерями в структуре питания, согласования и симметрирования, функции которой выполняет копланарная линия. Представлены результаты для диапазона частот 1…6 ГГц. Устройство в целом представляет собой диэлектрическую подложку, на которой двусторонней металлизацией выполнена излучающая структура. Для работы в более высоких диапазонах допустимо использовать излучатели на основе Finline. Кроме очевидных конструктивных плюсов антенна обладает низкой стоимостью в производстве и легко повторяема. В настоящее время авторами продолжается работа по исследованию использования таких элементов в составе антенных решеток.

Nowadays Vivaldi antennas are used as directional emitters with matching and balancing device at the input. As a rule, these devices cause additional losses in case of broadband operation. Besides, the use of the device leads to radiator pattern distortions, especially when operating in a wide frequency range. Stringent operating requirements (wide operating temperature, high humidity, salt fog, vibration, etc.), make the choice of proper chip very complicated. The aim of the study is to develop a slot antenna with a 50-ohm port at the input, which would be easy to manufacture and operate, while maintaining high gain in a wide frequency range. As is known, the field structure in the coplanar line is close to the field structure in the slit field close to it. As is known, the field structure in the coplanar line is similar to the field structure in the slot line. Using mathematics for such fields, means of electrodynamic modeling and numerical calculation, a system is developed that consists of two Vivaldi antennas fed by one coplanar line. Thus, the emitter has a close to a circular pattern and low losses in the structure of feeding, matching and balancing, the functions of which are performed by the coplanar line. The results are given for the frequency range of 1-6 GHz. The device as a whole is a dielectric substrate with radiating structure made as double-sided metallization. Finline-based emitters are acceptable to use for operation in higher frequencies. Antenna has low manufacturing cost and it is easy to repeat. Currently the authors are continuing work on the study of the use of such elements as part of antenna arrays.

антенна Вивальдищелевая антеннаантеннаСВЧ-антеннаширокополосная антеннасогласующе-симметрирующее устройствокруговая диаграмма направленностиVivaldi antennaslot antennaantennamicrowave antennabroadband antennamatching balancing devicecircular directivity patternПри подготовке публикации использовались результаты работ по проекту "Разработка многопозиционного комплекса полуактивной радиолокации и радиомониторинга излучаюших и радиомолчащих объектов" (Соглашение от 21 ноября 2018 г. № 075-11-2018-035) с использованием мер государственной поддержки, предусмотренных постановлением Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 218ReferencesGhosh C. K., Mandal B., Parui, S. K. OmniDirectional Printed Antenna Array for MIMO Application // Proc. of 2012 5th Intern. Conf. on Computers and Devices for Communication (CODEC), 17–19 Dec. 2012, Kolkata, India. Piscataway: IEEE, 2013. doi: 10.1109/codec.2012.6509197Ghosh C. K., Mandal B., Parui, S. K. Omni-Directional Printed Antenna Array for MIMO Application. Proc. of 2012 5th Intern. Conf. on Computers and Devices for Communication (CODEC), 17–19 Dec. 2012, Kolkata, India. Piscataway, IEEE, 2013. doi: 10.1109/codec.2012.6509197Design of Patch Antenna with Omni Directional Radiation Pattern for Wireless LAN Applications / D. Punniamoorthy, G. K. Reddy, V. S. Kamadal, G. V. Gopal, K. Poornachary // Proc. of 2017 Intern. Conf. on Recent Innovations in Signal Processing and Embedded Systems (RISE), 27–29 Oct. 2017, Bhopal, India. Piscataway: IEEE, 2017. P. 70–74. doi: 10.1109/rise.2017.8378127Punniamoorthy D., Reddy G. K., Kamadal V. S., Gopal G. V., Poornachary K. Design of Patch Antenna with Omni Directional Radiation Pattern for Wireless LAN Applications. Proc. of 2017 Intern. Conf. on Recent Innovations in Signal Processing and Embedded Systems (RISE), 27–29 Oct. 2017, Bhopal, India. Piscataway, IEEE, 2017, pp. 70–74. doi: 10.1109/rise.2017.8378127Di Wu, Yingzeng Yin, Minjun Guo, Renqiang Shen. Wideband Dipole Antenna for 3G Base Stations // Proc. of 2005 IEEE Intern. Symp. on Microwave, Antenna, Propagation and EMC Technologies for Wireless Communications, 8–12 Aug. 2005, Beijing, China. Piscataway: IEEE, 2005. P. 454–457. doi: 10.1109/mape.2005.1617947Di Wu, Yingzeng Yin, Minjun Guo, Renqiang Shen. Wideband Dipole Antenna for 3G Base Stations. Proc. of 2005 IEEE Intern. Symp. on Microwave, Antenna, Propagation and EMC Technologies for Wireless Communications, 8–12 Aug. 2005, Beijing, China. Piscataway, IEEE, 2005, pp.454–457. doi: 10.1109/mape.2005.1617947Ultrawideband VHF/UHF Dipole Array Antenna / A. J. Fenn, P. T. Hurst, J. D. Krieger, J. S. Sandora, L. I. Parad // Proc. of 2010 IEEE Intern. Symp. on Phased Array Systems and Technology, 12–15 Oct. 2010, Waltham, MA, USA. Piscataway: IEEE, 2010. P. 79–82. doi: 10.1109/array.2010.5613390Fenn A. J., Hurst P. T., Krieger J. D., Sandora J. S., Parad L. I. Ultrawideband VHF/UHF Dipole Array Antenna. Proc. of 2010 IEEE Intern. Symp. on Phased Array Systems and Technology, 12–15 Oct. 2010, Waltham, MA, USA. Piscataway, IEEE, 2010, pp. 79–82. doi: 10.1109/array.2010.5613390Yang K.-W., Zhang F.-S., Li C. Design of a Novel Wideband Printed Dipole Array Antenna // Proc. of 2018 Cross Strait Quad-Regional Radio Science and Wireless Technology Conf. (CSQRWC), 21–24 July 2018, Xuzhou, China. Piscataway: IEEE, 2018. doi: 10.1109/csqrwc.2018.8455804Yang K.-W., Zhang F.-S., Li C. Design of a Novel Wideband Printed Dipole Array Antenna. Proc. of 2018 Cross Strait Quad-Regional Radio Science and Wireless Technology Conference (CSQRWC), 21–24 July 2018, Xuzhou, China. Piscataway, IEEE, 2018. doi: 10.1109/csqrwc.2018.8455804Terentyeva P. V., Golovkov G. A.,Borovikov S. G. Antenna Array for the Passive Radar Monitoring System // Proc. of 2018 22nd Intern. Microwave and Radar Conf. (MIKON), 14–17 May 2018, Poznan, Poland. Piscataway: IEEE, 2018 P. 208–211. doi: 10.23919/MIKON.2018.8405179Terentyeva P. V., Golovkov G. A.,Borovikov S. G. Antenna Array for the Passive Radar Monitoring System. Proc. of 2018 22nd Intern. Microwave and Radar Conference (MIKON), 14–17 May 2018, Poznan, Poland. Piscataway, IEEE, 2018, pp 208–211. doi: 10.23919/MIKON.2018.8405179Калошин В. А., Мартынов Е. С., Скородумова Е. А. Моделирование биконической антенны в широкой полосе частот // Сб. докл. III Всерос. конф. "Радиолокация и радиосвязь", М., 26–30 окт. 2009 г. М.: Изд-во ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, 2009. С. 63–67.Kaloshin V. A., Martynov E. S., Skorodumova E. A. Biconical Antenna Simulation in Wide Frequency Band. Proc. III All-Russia Conf. "Radiolocation and Radio Communication", 26–30 October 2009, Moscow: publishing house IRE named after V. A. Kotelnikov RAS, 2009, pp. 63–67. (In Russian)UHF Ultrabroadband Vivaldi-Type Direction Finding Antenna / R. Mueller, S. Lutz, R. Lorch, T. A. Walter // Proc. of 2010 IEEE Antennas and Propagation Society Intern. Symp., 11–17 July 2010, Toronto, ON, Canada. Piscataway: IEEE, 2010. doi: 10.1109/aps.2010.5561691Mueller R., Lutz S., Lorch R., Walter T. A. UHF Ultrabroadband Vivaldi-Type Direction Finding Antenna. Proc. of 2010 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 11–17 July 2010, Toronto, ON, Canada. Piscataway, IEEE, 2010. doi: 10.1109/aps.2010.5561691A Design of High-Gain Vivaldi Antenna Loaded with Antipodal Structure and Slotting Correction / Y. Tang, X. Cao, Y. Song, L. Jidi, J. Lan, H. Yu // Proc. of 2018 IEEE MTT-S Intern. Wireless Symp. (IWS), 6–10 May 2018, Chengdu, China. Piscataway: IEEE, 2018. doi: 10.1109/ieee-iws.2018.8400909Tang Y., Cao X., Song Y., Jidi L., Lan J., Yu H. A Design of High-Gain Vivaldi Antenna Loaded with Antipodal Structure and Slotting Correction. Proc. of 2018 IEEE MTT-S International Wireless Symp. (IWS), 6–10 May 2018, Chengdu, China. Piscataway, IEEE, 2018. doi: 10.1109/ieee-iws.2018.8400909Рязанов И. Г., Бякин А. А., Белоусов О. А. Анализ и синтез широкополосной планарной щелевой антенны с экспоненциальным изменением ширины щели для систем широкополосного доступа // Вопросы современной науки и практики. Ун-т им. В. И. Вернадского. 2013. № 2 (46). C. 297–306.Ryazanov I. G., Byakin A. A., Belousov O. A. Analysis and Synthesis of Broadband Planar Slit Antenna with Slit Width Exponential Change For Broadband Access Systems. Problems of Contemporary Science and Practice. Vernadsky University. 2013, no. 2 (46), pp. 297–306. (In Russian)A Miniaturized Vivaldi Antenna with High Gain for Ultra-Wideband Applications / H. Wang, S. He, Z. Ding, J. Cao, Y. Yang // Proc. of 2017 Sixth Asia-Pacific Conf. on Antennas and Propagation (APCAP), 16–19 Oct. 2017, Xi'an, China. Piscataway: IEEE, 2017. doi: 10.1109/apcap.2017.8420722Wang H., He S., Ding Z., Cao J., Yang Y. A Miniaturized Vivaldi Antenna with High Gain for UltraWideband Applications. Proc. of 2017 Sixth Asia-Pacific Conf. on Antennas and Propagation (APCAP), 16–19 Oct. 2017, Xi'an, China. Piscataway, IEEE, 2017. doi: 10.1109/apcap.2017.8420722Shan J., Xu A., Lin J. A Parametric Study of MicrostripFed Vivaldi Antenna // Proc. of 2017 3rd IEEE Intern. Conf. on Computer and Communications (ICCC), 13–16 Dec. 2017, Chengdu, China. Piscataway: IEEE, 2017. P. 1099–1103. doi: 10.1109/compcomm.2017.8322713Shan J., Xu A., Lin J. A Parametric Study of MicrostripFed Vivaldi Antenna. Proc. of 2017 3rd IEEE Intern. Conf. on Computer and Communications (ICCC), 13–16 Dec. 2017, Chengdu, China. Piscataway: IEEE. 2017, pp. 1099–1103. doi: 10.1109/compcomm.2017.8322713Novel Conformal Vivaldi Antenna Fed by CPW / Lin Tao, Song Lizhong, Liu Shangji, Wang Yongjian, Li Zexiu // Proc. of 2016 IEEE Intern. Conf. on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT), 5–8 June 2016, Beijing, China. Piscataway: IEEE, 2016. doi: 10.1109/icmmt.2016.7762422Lin Tao, Song Lizhong, Liu Shangji, Wang Yongjian, Li Zexiu. Novel Conformal Vivaldi Antenna Fed by CPW. Proc. of 2016 IEEE Intern. Conf. on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT), 5–8 June 2016, Beijing, China. Piscataway, IEEE, 2016. doi: 10.1109/icmmt.2016.7762422Kai Chahg. Encyclopedia of RF and Microwave Engineering. NewJersey: Wiley, 2005. 5945 p.Kai Chahg. Encyclopedia of RF and Microwave Engineering. NewJersey, Wiley, 2005, 5945p.Пат. РФ № 2269187. Щелевая антенна / А. Г. Коновалов, В. М. Нефедьев. Опубл. 27.01.2006.Konovalov A. G., Nefediev V. M. Patent RF no. 2269187. Slotted antenna. 2006. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.