Gebogen UWB antenne kleinste in zijn soort

Gebogen UWB antenne kleinste in zijn soort

Compacte antennes zijn gewoonlijk een kwart golflengte van de golflengte die ze uitzenden, maar de ingenieurs van Virgina Tech beweren daar nog een factor 2.5 reductie in afmetingen op te kunnen realiseren in wat ze een Ultra Wideband Antenne noemen. 

De compacte UWB antenne (CUA) heeft meerdere elementen in gebogen vorm die om elkaar heen gedraaid zijn binnen een conische vorm met een diameter van slechts een tiende van de uitgezonden golflengte.

"We moesten weten hoe we een UWB antenne moesten bouwen die dicht tegen het maximaal haalbare aan zat, en de uitvinding van de CUA antenne heeft dat gerealiseerd door optimaal gebruik te maken van het volume bij een gegeven diameter," zegt professor Warren Stutzman van Virginia Tech's ontwikkelafdeling.

De vorm van de CUA antenne lijkt zich uit te strekken langs de afzonderlijke antenne elementen, langer dan de diameter doet vermoeden, en slingert zich daarna om de binnenkant van de kegelvorm of de beschermende behuizing.

CUA

Volgens de ontwikkelaars benadert de antenne de optimale Ultra Wide Band performance voor toepassing in laagvermogen korte-afstands overdracht van data met hoge bandbreedte zoals video signalen. Er bestaan wel andere antennes met een bandbreedte verhouding van 10:1 zoals de spiraal en de log-periodische ontwerpen, maar volgens Virginia Tech werken die niet goed in radar toepassingen. De CUA zal volgens de technici wel werken in radarsystemen met pulserende energie.

De basis van de werking van de CUA is hoe hij gebruik maakt van een kegelvolume en daar de maximale hoeveelheid energie die theoretisch mogelijk is, uit te halen.

In plaats van gebruikelijke AM, FM of aanverwante modulatiesystemen, gebruikt UWB pulserende uitzendingen die informatie versleutelt door radiogolven op bepaalde tijdstippen te genereren over grote bandbreedtes. Deze techniek wordt puls positie of tijdmodulatie genoemd.

De CUA brengt de onderliggende theorie van UWB antennes in praktijk door armen toe te passen die om een metalen centrale kern gebogen worden en die een vrij constante afstand tot die kern hebben. Het ontwerp zou aan de binnenkant van een radarkoepel ge-etst kunnen worden, of gemaakt worden van gebogen draden of buizen.

"Deze antenne heeft een 10-op-1 bruikbare bandbreedte," volgens de ontwikkelaars. "Hij kan toegepast worden voor frequentie domein, multiband, multichannel toepassingen, maar ook voor time-domain of pulserende toepassingen."

Gebruikelijke antenne ontwerpen met een 10:1 bandbreedte, zoals spiralen, werken niet in pulserende radar toepassingen, volgens Virginia Tech, omdat ze niet over de hele band een gelijke groepslooptijd hebben. (Dat betekent in de praktijk dat een ideale puls met oneindig steile flanken, na uitzending flauwe flanken krijgt als gevolg van de groepslooptijdverschillen. De echo wordt dan onnauwkeurig) De CUA antenne heeft dit groepslooptijdsprobleem echter niet, door beter gebruik te maken van de hele 3-D ruimte binnen de kegel in plaats van een plat vlak te gebruiken.