Надширокосмугові антенні решітки на випромінювачах Клевіна
Анотація
Актуальність. Щілинні антени отримали поширення через гарні електродинамічні параметри, простоту збудження, зручну геометрію для вбудовування у різноманітні пристрої. Як правило, такі антени є вузькосмуговими через резонансні явища, які в них протікають. Але використання складної геометрії щілини дає змогу значно розширити діапазон робочих частот такого випромінювача за рахунок зміни характеристичного опору вздовж плеча щілини, що породжує часткові відбиття хвиль на різних частотах в різних місцях розрізу металевого екрану. Вдалий закон зміни форми щілини від координати дає змогу забезпечити відносно рівномірні випромінювальні характеристики такої антени в діапазоні частот декількох октав. Поєднання щілини, як випромінювача магнітного типу з вібратором, як випромінювачем електричного типу, дуальним до щілини, може створити можливість для взаємної компенсації недоліку однієї з цих антен на певних частотах, якщо інша антена саме на цих частотах є ефективною. Така конструкція отримала назву надширокосмугової антени Клевіна. Але є нагальна необхідність збільшення випроміненої енергії електромагнітної хвилі та кращої концентрації її енергії в заданому напрямку. Одним з рішень цих проблем є створення на основі описаних вище комбінованих одиночних випромінювачів антенної решітки, чому і присвячена дана робота.
Мета роботи. Розробити конструкції антенних решіток на основі одиночних комбінованих випромінювачів Клевіна з урахуванням їхньої взаємодії та можливістю одночасного використання елементів одного випромінювача для іншого випромінювача з метою створення більш компактних конструкцій. Останнє дозволить не тільки зменшити розміри, заощадити ресурси, але і зменшить бічне випромінювання. Також необхідно провести розрахунок випромінювальних характеристик отриманих решіток та аналіз їхніх параметрів напрямленості. Додатково треба оптимізувати одиночний випромінювальний елемент, з метою покращити його характеристики у порівнянні з нашими попередніми роботами.
Матеріали та методи. Задача випромінювання отриманих конструкцій антенних решіток розв’язана числовими методами у часовому просторі. Саме такий підхід дає можливість для точного врахування всіх конструктивних особливостей побудованих решіток.
Результати. Покращено коефіцієнт стоячої хвилі напруги одиночного випромінювача в широкому діапазоні частот за рахунок знаходження більш оптимальних розмірів щілини та її форми. Розроблено і розраховано три конфігурації антенної решітки на основі надширокосмугових аналогів випромінювача Клевіна. Отримані часові залежності амплітуд випромінених хвиль в дальній зоні в Е- та Н-площинах за допомогою прямого числового розрахунку.
Висновки. Показана можливість використання надширокосмугового аналога випромінювача Клевіна для побудови антенних решіток, в тому числі підвищеної компактності за рахунок подвійного використання одного надширокосмугового диполя двома сусідніми щілинами. Проілюстрований енергетичний виграш у випроміненому полі за рахунок побудови антенної решітки. Кутова залежність основних випромінювальних характеристик показує здатність ефективно направляти надширокосмугові хвилі без погіршення їхньої часової форми. Більш сильна зміна форми випромінюваного імпульсу від кута розглянутих антенних решіток може покращити параметри системи імпульсного позиціонування.
Завантаження
Посилання
Muhammad Saeed Khan, Muhammad Farhan Shafique, Capobianco AD, E. Autizi, Shoaib I. Compact UWB-MIMO antenna array with a novel decoupling structure. 2013 Jan 1; https://doi.org/10.1109/IBCAST.2013.6512176
Sipal D, Abegaonkar MP, Koul SK. Easily Extendable Compact Planar UWB MIMO Antenna Array. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2017;16:2328–31. https://doi.org/10.1109/LAWP.2017.2717496
Yang XS, Salmi J, Molisch AF, Qiu SG, Seun Sangodoyin, Wang BZ. Trapezoidal monopole antenna and array for UWB-MIMO applications. 2012 May 1; https://doi.org/10.1109/ICMMT.2012.6229937
Orlenko OA, Pochanin GP, Korzh VG. Radiation of Electromagnetic Field Pulses by Active and Passive UWB Slot Antennas. 2020 IEEE Ukrainian Microwave Week (UkrMW). 2020 Sep 21; https://doi.org/10.1109/UkrMW49653.2020.9252604
Batrakov DO, Antyufeyeva MS, Batrakova AG, Urdzik SN. The Effect of Secondary Reflections on the Quality of Layers Thickness Assessment Using UWB GPR Signals. 2020 IEEE Ukrainian Microwave Week (UkrMW). 2020 Sep 21; https://doi.org/10.1109/UkrMW49653.2020.9252812
Pochanin G, Capineri L, Bechtel T, Ruban V, Falorni P, Crawford F, et al. Radar Systems for Landmine Detection : Invited Paper. 2020 IEEE Ukrainian Microwave Week (UkrMW). 2020 Sep 21; https://doi.org/10.1109/UkrMW49653.2020.9252789
Pochanin G, Capineri L, Bechtel T, Ruban V, Falorni P, Crawford F, et al. Radar Systems for Landmine Detection : Invited Paper. 2020 IEEE Ukrainian Microwave Week (UkrMW). 2020 Sep 21; https://doi.org/10.1109/UkrMW49653.2020.9252789
T. Sugitani, Kubota S, Toya A, T. Kikkawa. Compact planar UWB antenna array for breast cancer detection. 2012 Jul 1; https://doi.org/10.1109/APS.2012.6348794
Akhmedov R. Neural Radio in DS-UWB IoT Applications. 2020 IEEE Ukrainian Microwave Week (UkrMW). 2020 Sep 21; https://doi.org/10.1109/UkrMW49653.2020.9252611
Huang B, Xu Y. Analysis and design of a novel UWB antenna array. 2010 May 1; https://doi.org/10.1109/ICMMT.2010.5524947
Xuan Hui Wu, A.A. Kishk, Zhi Ning Chen. A linear antenna array for UWB applications. 2005 Dec 13; https://doi.org/10.1109/APS.2005.1551389
Revna A, Balderas LI, Panduro MA. 4D Antenna Array of UWB Vivaldi Elements with Low Side Lobes and Harmonic Suppresion. 2018 Jul 1; http://dx.doi.org/10.1109/APUSNCURSINRSM.2018.8609420
Barnes, MA. Ultra-wideband magnetic antenna. US patent 6,091,374, Jul. 18, 2000. 16 p.
Yu.M. Penkin, V.A. Semenikhin, L.P. Yatsuk, “Investigation of the internal and external characteristics of radiators such as a Clavin radiator.”, Radio Eng. vol. 83, pp. 3-10, 1987. (in Russian).
Berdnik SL, Blinova NK, Katrich VA, Nesterenko MV, Penkin YM. Spherical antenna with a Clavin radiator. 2015 Sep 1; https://doi.org/10.1109/DIPED.2015.7324256
Oleksandr Dumin, Fomin P, Vadym Plakhtii, Mikhail N. Ultrawideband Combined Monopole-Slot Radiator of Clavin Type. 2020 Sep 15; https://doi.org/10.1109/DIPED49797.2020.9273399
Nesterenko MV, Katrich VA, Penkin YM, Berdnik SL, Dumin OM. Combined Vibrator-Slot Radiators in Antenna Arrays. Lecture notes in electrical engineering. 2020 Jan 1;257–75. https://doi.org/10.1007/978-3-030-60177-5_8
Dumin O, Plakhtii V, Persanov I, Cao S. Positioning System Using Classification of Ultra Short Electromagnetic Pulse Forms by ANN. 2020 IEEE 15th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). 2020 Feb; https://doi.org/10.1109/TCSET49122.2020.235460
Persanov I, Plakhtii V, Pryshchenko O, Dumin O, Fomin P. Noise Immunity of UWB Positioning System on ANN. 2020 IEEE Ukrainian Microwave Week (UkrMW). 2020 Sep 21; https://doi.org/10.1109/UkrMW49653.2020.9252637
