В. Б. Сучков1, К. П. Лихоеденко2, Ю. В. Каракулин3, Д. А. Тётушкин4, М. В. Артюшкин5
1–5 МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)

1 vbs-2014@bmstu.ru, 2 klikhoedenko@bmstu.ru, 3 karakulin@bmstu.ru, 4 tyotushkinda@student.bmstu.ru, 5 amv19m144@student.bmstu.ru

Постановка проблемы. Развитие современных радиолокационных систем, использующих сверхширокополосные сигналы на базе сверхкоротких импульсов, сопровождается усилением требований к параметрам антенн. Обеспечение высокой разрешающей способности, чувствительности и помехоустойчивости возможно лишь при условии применения антенн, способных эффективно функционировать в широком диапазоне частот. Однако реализация таких антенн сопряжена с рядом технических трудностей, главными из которых являются необходимость миниатюризации конструкции при сохранении высоких рабочих характеристик, а также обеспечение стабильности диаграммы направленности в широкой полосе частот. Наиболее перспективной с точки зрения совмещения компактных размеров, широкополосности и направленности является антенна типа Вивальди. Тем не менее, несмотря на ее преимущества, существует ряд нерешенных задач, связанных с оптимизацией ее параметров для конкретных условий применения – в частности, для бортовых радиолокаторов, где особенно остро стоят требования к малым размерам, весу и устойчивости характеристик в широком диапазоне частот. Кроме того, при уменьшении габаритных размеров возрастает вероятность ухудшения направленных свойств и согласования, что требует тщательной теоретической и экспериментальной проработки.

Цель. Разработать методику проектирования малогабаритной сверхширокополосной антенны Вивальди с использованием многокритериальной суррогатной оптимизации.

Результаты. Рассмотрены моделирование и анализ характеристик антенны Вивальди с внутренней схемой согласования, предназначенной для работы в диапазоне частот от 3 до 8 ГГц. Приведены базовая топология излучателя Вивальди, полученная в пакете Antenna Magus, и модифицированная топология, обеспечивающая лучшие характеристики согласования по сравнению с первоначальной конструкцией. Рассмотрена методика оптимизации сверхширокополосной антенны Вивальди с использованием возможностей пакета DT Seven. Сформулированы параметры и критерии суррогатной оптимизации. Приведены результаты моделирования диаграмм направленности и коэффициента стоячей волны излучателя Вивальди по результатам оптимизации.

Практическая значимость. Разработанная методика оптимизации антенны Вивальди позволяет одновременно учитывать требования по согласованию и ширине диаграммы направленности в широком диапазоне частот. Применение программного пакета DT Seven обеспечивает эффективное проектирование антенны при большом числе параметров и ресурсоемких расчетах. При этом предложенный подход может быть адаптирован и для оптимизации других типов антенн.

Сучков В.Б., Лихоеденко К.П., Каракулин Ю.В., Тётушкин Д.А., Артюшкин М.В. Многокритериальная суррогатная оптимизация сверхширокополосной антенны Вивальди // Антенны. 2025. № 4. С. 34–45. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601- 202504-04

1. Amador M., Rouco A., Albuquerque D., Pinho P. Overview of Vivaldi antenna selection for through-wall radar applications // Sensors. 2024. V. 24. № 20. DOI: 10.3390/s24206536.
2. Behera B.R. Vivaldi antenna for UWB communications: Design, modelling and analysis of Vivaldi antenna with genetic algorithm // 2016 International Conference on Control, Computing, Communication and Materials. Allahbad, India. 2016. P. 1–4.
3. Lazaro A., Villarino R., Girbau D. Design of tapered slot Vivaldi antenna for UWB breast cancer detection // Microwave and Optical Technology Letters. 2011. V. 53. № 3. P. 639–343.
4. Борзов А.Б., Лихоеденко К.П., Серегин Г.М. Принципы построения сверхширокополосной антенны Вивальди для импульсных приемопередающих модулей систем ближней радиолокации и радиосвязи // Спецтехника и связь. 2013. № 6. С. 54–57.
5. Pandey G.K., Singh H.S., Bharti P.K. et al. High gain Vivaldi antenna for radar and microwave imaging applications // International Journal of Signal Processing Systems. 2015. V. 3. № 1.
6. Бурнаев Е., Панов М., Кононенко Д., Коноваленко И. Сравнительный анализ процедур оптимизации на основе гауссовских процессов // Сб. трудов 35-й междисциплинарной школы-конференции ИППИ РАН «Информационные технологии и системы 2012» [Электронный ресурс] / URL: http://www.itas2012.iitp.ru/pdf/1569602383.pdf.
7. Balanis C.A. Antenna theory: analysis and design. John Wiley & Sons. 2016.
8. Назаренко А.М. Эффективный алгоритм многокритериальной суррогатной оптимизации. Выпускная квалификационная работа на степень магистра. М.: Московский физико-технический институт (государственный университет). 2013.
9. Борзов А.Б., Лихоеденко К.П., Серегин Г.М., Сучков В.Б. Методика численного моделирования частотных характеристик сверхширокополосных антенн // Антенны. 2016. № 7 (227). С. 4–9.
10. Borzov A.B., Likhoedenko K.P., Suchkov V.B. et al. Investigation of frequency characteristic of ultrawideband spiral antenna // 2023 Antennas Design and Measurement International Conference (ADMInC). Saint Petersburg, Russian Federation. 2023. P. 22–25. DOI: 10.1109/ADMInC59462.2023.10335282.
11. Likhoedenko K.P., Karakulin Y.V., Tyotushkin D.A. et al. Design of compact ultra-wideband horn antenna for onboard short range radar // 2024 IEEE 9th All-Russian Microwave Conference (RMC). Moscow, Russian Federation. 2024. P. 316–321. DOI: 10.1109/ RMC62880.2024.10846844.