Laajakaistainen Vivaldi-antennielementti

Abstract

Diplomityössä suunniteltiin, rakennettiin ja mitattiin laajakaistainen antennielementti lineaariseen antenniryhmään. Elementti toimii mikroaaltoalueella, ja sen kaistanleveys on noin 4,8:1. Elementti koostuu kaksipuolisesta eksponentiaalisesti taperoidusta rakoantennista eli Vivaldi-antennista ja laajakaistaisesta siirtymästä liuskajohdosta kaksipuoliseen rakojohtoon. Elementin koko pienimmällä käyttötaajuudella on noin 0,31 lambda kertaa 0,34 lambda, josta antennitorven koko on vain noin 0,21 lambda kertaa 0,21 lambda. Elementti suunniteltiin HFSS-simulointiohjelman avulla ja rakennettiin kahdesta erillisestä piirilevystä puristamalla nämä yhteen alumiinisella kehyksellä. Mittauksilla varmistettiin elementin toiminta ja simulointien luotettavuus. Osoitettiin, että elementti voidaan suunnitella simulointiohjelman avulla ja rakentaa työssä käytetyllä tavalla. Osoitettiin myös, että tarvittavaa mitoitussimulointien määrää voidaan vähentää yhdistämällä erikseen mitoitetut rakoantenni ja siirtymä. Lisäksi simuloinnein osoitettiin, että elementti toimii myös ryhmässä ja että sen toimintaa voidaan parantaa kehyksen avulla.

In this thesis, a wideband antenna element for linear array is designed, built and measured. The element operates on microwave frequencies and its bandwidth is about 4.8:1. The element consists of a double-sided exponentially tapered slot antenna, or Vivaldi-antenna, and a wideband stripline to double-sided slotline transition. At the lowest operating frequency, the size of the element is only about 0.31 lambda times 0.34 lambda and the size of the antenna horn is only about 0.21 lambda times 0.21 lambda. The element was designed with Ansoft HFSS simulator software and built from two printed circuit boards pressed together with an aluminium frame. Measurements were taken to ensure that the element worked as intended and that the simulation results were reliable. The results showed that the element can be designed with the simulator software and constructed as described above. It is shown that the number of necessary computer simulations can be reduced by combining the separately designed antenna horn and transition. In addition, it is also shown by simulations that the element works in an antenna array and that the frame can be used to improve its function.