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Vivaldi Antenne Die auch englisch tapered slot antenna für Antenne mit sich erweiterndem Schlitz kurz TSA ist eine Breit

Vivaldi-Antenne

Die Vivaldi-Antenne (auch englisch tapered slot antenna für „Antenne mit sich erweiterndem Schlitz“; kurz: TSA) ist eine Breitbandantenne für den Mikrowellen-Bereich, die aus einer oder mehreren ebenen (koplanaren) leitfähigen Flächen auf einer dielektrischen Trägerplatte bestehen (Bild). Die Bezeichnung geht auf Peter J. Gibson zurück, der diese Antennenbauform 1979 auf der Europäischen Mikrowellenkonferenz erstmals beschrieb.

Auf eine Leiterplatte gedruckte koplanare Vivaldi-Antenne mit angelötetem Koaxialkabel und SMA-Buchse

Die flächigen Strahlerelemente können auf lediglich einer Ebene (koplanare Vivaldi-Antenne), auf zwei (antipodale Vivaldi-Antenne) oder drei Ebenen (symmetrisch-antipodale Vivaldi-Antenne) verteilt sein. Antipodale Vivaldi-Antennen können direkt an eine koaxiale Leitung angeschlossen werden.

Funktionsweise Bearbeiten

Schema einer Vivaldi-Antenne; beidseitig auf einer isolierenden Zwischenschicht aufgebrachte Kupfer-Flächen bewirken eine Abstrahlung elektromagnetischer Wellen in paralleler Richtung zur Ebene. Die Kupferbeschichtung der Ober- und Unterseite sind hier überlagert dargestellt: Der mittig abgewinkelte Streifen rechts liegt auf der einen Seite der Trägerplatte und die sich nach links trichterförmig öffnende Fläche auf der anderen Seite.
Lineare Gruppe von vier Vivaldi-Antennen

Koplanare Vivaldi-Antennen werden über eine Schlitzleitung gespeist. Sollte die Anpasselektronik in Mikrostrip-Technologie vorliegen, ist ein Übergang notwendig. Dieser lässt sich relativ breitbandig realisieren, wenn die Streifenleitung mit einem kreissektorförmigen Flächenelement abgeschlossen wird. Dadurch wird ein Stromknoten im Kreuzungspunkt realisiert. Die Schlitzleitung hingegen wird mit einem kreisförmigen Freiraum, der eine viertel Wellenlänge lang ist, ebenfalls breitbandig abgeschlossen. Die eigentliche Antenne ist ein zweidimensionales Exponentialhorn, das die gerichtete Abstrahlung einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle bewirkt. Insgesamt erfolgt eine reflexionsarme Transformation der Wellenimpedanz der Streifenleitung auf den abweichenden Freiraumwellenwiderstand.

Vivaldi-Antennen können für lineare Polarisation oder – wenn zwei Antennen senkrecht zueinander angeordnet werden – für beide Polarisationsrichtungen aufgebaut werden.

Wenn die beiden orthogonalen Antennen mit einem um 90° phasenverschobenen Signal gespeist werden, wird eine zirkular polarisierte Welle ausgestrahlt bzw. empfangen. Die Erzeugung einer breitbandig konstanten Phasenverschiebung von 90° ist jedoch schwierig zu realisieren.

Der Vorteil von Vivaldi-Antennen liegt in ihrer einfachen Herstellung, bei der übliche Verfahren der Leiterplatten-Herstellung genutzt werden können, sowie ihrer Breitbandigkeit und der einfachen Anpassung an die Speiseleitungsimpedanz mithilfe der Modellierung der Streifenleiter-Speise-Struktur.

Die Vivaldi-Antenne kann als planare Form eines Steghornstrahlers aufgefasst werden.

Namensursprung Bearbeiten

Trompete, Hornlautsprecher (wie im Bild) und Vivaldi-Antenne weisen wichtige Analogien wie exponentielle Berandungsform und ähnliche Wellenabstrahlung auf

Die Namensgebung dieser planaren Mikrowellen-Antenne ist nicht vollständig geklärt. Vom Erfinder Peter Gibson selbst, der 2010 verstarb, ist keine schriftliche Erklärung seiner Namenswahl überliefert. Ein Freund und früherer Kollege jedoch, der in den 1980er-Jahren mit ihm zusammen im Philips-Forschungslaboratorium arbeitete und mit ihm bis zu seinem Tod in Kontakt blieb, berichtet über ihn:

“Peter was really into music, composing pieces, teaching piano in those days and was a church organist. He told me that he called the tapered slot antenna a ‘Vivaldi’ as it looked like the cross-section of an early trumpet. Vivaldi had written a trumpet concerto, and it was the 300th anniversary of Vivaldi’s birth in 1678. Anyway, that was Peter’s own explanation of why he gave the name.”

„Peter [Gibson] interessierte sich damals sehr für Musik, komponierte Musikstücke, gab Klavierunterricht und war Kirchenorganist. Er erzählte mir, dass er die angepasste Schlitzantenne als „Vivaldi“ bezeichnet hatte, da sie wie der Querschnitt einer frühen Trompete aussah. [Der venezianische Komponist] Vivaldi [(1678–1741)] hatte ein Trompetenkonzert geschrieben, und es [das Jahr 1978, in dem diese Antenne entwickelt wurde] war der 300. Jahrestag von Vivaldis Geburt im Jahr 1678. Wie auch immer, das war Peters eigene Erklärung für die Namensgebung.“

– Peter

Literatur Bearbeiten

  • Peter J. Gibson: The Vivaldi Aerial Veröffentlichung in den Conference Proceedings der Europäischen Mikrowellenkonferenz (englisch). Abgerufen: 25. April 2016.
  • Alois Krischke: Rothammels Antennenbuch. 13. Auflage, DARC Verlag GmbH, Baunatal, 2013, ISBN 978-3-88692-065-5, S. 371.

Weblinks Bearbeiten

Commons: Vivaldi-Antennen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise Bearbeiten

  2. P. J. Gibson: The Vivaldi Aerial. IEEE, 1979 (European Microwave Conference Article).
  3. Beschreibung der Vivaldi-Antenne im Radartutorial
  4. Vivaldi-Antenne auf Microwaves 101.com (englisch). Abgerufen 25. April 2016.
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Veröffentlichungsdatum:
Die Vivaldi Antenne auch englisch tapered slot antenna fur Antenne mit sich erweiterndem Schlitz kurz TSA ist eine Breitbandantenne fur den Mikrowellen Bereich die aus einer oder mehreren ebenen koplanaren leitfahigen Flachen auf einer dielektrischen Tragerplatte bestehen Bild 1 Die Bezeichnung geht auf Peter J Gibson zuruck der diese Antennenbauform 1979 auf der Europaischen Mikrowellenkonferenz erstmals beschrieb 2 Auf eine Leiterplatte gedruckte koplanare Vivaldi Antenne mit angelotetem Koaxialkabel und SMA BuchseDie flachigen Strahlerelemente konnen auf lediglich einer Ebene koplanare Vivaldi Antenne auf zwei antipodale Vivaldi Antenne oder drei Ebenen symmetrisch antipodale Vivaldi Antenne verteilt sein Antipodale Vivaldi Antennen konnen direkt an eine koaxiale Leitung angeschlossen werden 3 Inhaltsverzeichnis 1 Funktionsweise 2 Namensursprung 3 Literatur 4 Weblinks 5 EinzelnachweiseFunktionsweise Bearbeiten nbsp Schema einer Vivaldi Antenne beidseitig auf einer isolierenden Zwischenschicht aufgebrachte Kupfer Flachen bewirken eine Abstrahlung elektromagnetischer Wellen in paralleler Richtung zur Ebene Die Kupferbeschichtung der Ober und Unterseite sind hier uberlagert dargestellt Der mittig abgewinkelte Streifen rechts liegt auf der einen Seite der Tragerplatte und die sich nach links trichterformig offnende Flache auf der anderen Seite nbsp Lineare Gruppe von vier Vivaldi AntennenKoplanare Vivaldi Antennen werden uber eine Schlitzleitung gespeist Sollte die Anpasselektronik in Mikrostrip Technologie vorliegen ist ein Ubergang notwendig Dieser lasst sich relativ breitbandig realisieren wenn die Streifenleitung mit einem kreissektorformigen Flachenelement abgeschlossen wird Dadurch wird ein Stromknoten im Kreuzungspunkt realisiert Die Schlitzleitung hingegen wird mit einem kreisformigen Freiraum der eine viertel Wellenlange lang ist ebenfalls breitbandig abgeschlossen Die eigentliche Antenne ist ein zweidimensionales Exponentialhorn das die gerichtete Abstrahlung einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle bewirkt Insgesamt erfolgt eine reflexionsarme Transformation der Wellenimpedanz der Streifenleitung auf den abweichenden Freiraumwellenwiderstand Vivaldi Antennen konnen fur lineare Polarisation oder wenn zwei Antennen senkrecht zueinander angeordnet werden fur beide Polarisationsrichtungen aufgebaut werden Wenn die beiden orthogonalen Antennen mit einem um 90 phasenverschobenen Signal gespeist werden wird eine zirkular polarisierte Welle ausgestrahlt bzw empfangen Die Erzeugung einer breitbandig konstanten Phasenverschiebung von 90 ist jedoch schwierig zu realisieren Der Vorteil von Vivaldi Antennen liegt in ihrer einfachen Herstellung bei der ubliche Verfahren der Leiterplatten Herstellung genutzt werden konnen sowie ihrer Breitbandigkeit und der einfachen Anpassung an die Speiseleitungsimpedanz mithilfe der Modellierung der Streifenleiter Speise Struktur Die Vivaldi Antenne kann als planare Form eines Steghornstrahlers aufgefasst werden Namensursprung Bearbeiten nbsp Trompete Hornlautsprecher wie im Bild und Vivaldi Antenne weisen wichtige Analogien wie exponentielle Berandungsform und ahnliche Wellenabstrahlung aufDie Namensgebung dieser planaren Mikrowellen Antenne ist nicht vollstandig geklart Vom Erfinder Peter Gibson selbst der 2010 verstarb ist keine schriftliche Erklarung seiner Namenswahl uberliefert Ein Freund und fruherer Kollege jedoch der in den 1980er Jahren mit ihm zusammen im Philips Forschungslaboratorium arbeitete und mit ihm bis zu seinem Tod in Kontakt blieb berichtet uber ihn Peter was really into music composing pieces teaching piano in those days and was a church organist He told me that he called the tapered slot antenna a Vivaldi as it looked like the cross section of an early trumpet Vivaldi had written a trumpet concerto and it was the 300th anniversary of Vivaldi s birth in 1678 Anyway that was Peter s own explanation of why he gave the name Peter Gibson interessierte sich damals sehr fur Musik komponierte Musikstucke gab Klavierunterricht und war Kirchenorganist Er erzahlte mir dass er die angepasste Schlitzantenne als Vivaldi bezeichnet hatte da sie wie der Querschnitt einer fruhen Trompete aussah Der venezianische Komponist Vivaldi 1678 1741 hatte ein Trompetenkonzert geschrieben und es das Jahr 1978 in dem diese Antenne entwickelt wurde war der 300 Jahrestag von Vivaldis Geburt im Jahr 1678 Wie auch immer das war Peters eigene Erklarung fur die Namensgebung Peter 4 Literatur BearbeitenPeter J Gibson The Vivaldi Aerial Veroffentlichung in den Conference Proceedings der Europaischen Mikrowellenkonferenz englisch Abgerufen 25 April 2016 Alois Krischke Rothammels Antennenbuch 13 Auflage DARC Verlag GmbH Baunatal 2013 ISBN 978 3 88692 065 5 S 371 Weblinks Bearbeiten nbsp Commons Vivaldi Antennen Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Vivaldi Print Typisches Layout einer Vivaldi Antenne Abgerufen 27 April 2016 Graphische Simulation der Abstrahlung einer Vivaldi Antenne Universitat Karlsruhe Yuan Yaoa Wenhua Chen Bin Huanga Zhenghe Fenga Zhijun Zhang Analysis and Design of Tapered Slot Antenna for Ultra Wideband Applications 29 Jan 2009 in http www sciencedirect com Vivaldi antenna Microwave Encyclopedia engl abgefragt am 21 Mai 2010 Einzelnachweise Bearbeiten Tapered Slot Vivaldi Antenna P J Gibson The Vivaldi Aerial IEEE 1979 European Microwave Conference Article Beschreibung der Vivaldi Antenne im Radartutorial Vivaldi Antenne auf Microwaves 101 com englisch Abgerufen 25 April 2016 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Vivaldi Antenne amp oldid 236729346