Антенні структури на основі комбінованих щілинно-вібраторних випромінювачів з імпедансними пасивними елементами
Анотація
Актуальність. Дослідження спрямовані на розв’язок актуальних проблемних задач щодо побудови математичних моделей, методів і алгоритмів розрахунку складних багатоелементних випромінюючих структур, антенних систем і решіток, визначення фізичних процесів формування електромагнітних полів новими електродинамічними структурами та розробки автоматизованої системи оптимізації характеристик полів антенних систем за електродинамічними та масогабаритними параметрами з можливістю адаптованого керування.
Вирішення проблеми зі створення випромінюючих структур і антенних систем з формування електромагнітних полів із заданими електродинамічними характеристиками, які є базовими структурними елементами сучасних радіоелектронних систем, і складають основу для створення новітніх за функціональними властивостями та технічними характеристиками апаратних комплексів (локації, зв’язку, радіоелектронної розвідки, радіоелектронної боротьби та інших).
Мета роботи. Визначення особливостей формування електромагнітних полів випромінюючими структурами і антенними решітками з комбінованими щілинно-вібраторними випромінюючими елементами при застосуванні пасивних ідеально провідних або імпедансних вібраторів (диполів) та можливостей керування електродинамічними параметрами щілинно-вібраторних випромінювачів й оптимізації електродинамічних, технічних та масогабаритних параметрів антен і антенних решіток.
Матеріали та методи. Для розв’язання крайових задач, сформованих у строгій електродинамічній постановці у вигляді інтегро-диференційних рівнянь, і дослідження електродинамічних характеристик антен і антенних решіток з комбінованими щілинно-вібраторними структурами застосовано методи математичної фізики (інтегральних рівнянь, узагальнені методи наведених електро-магніторушійних сил та магніторушійних сил з базисними функціями, отриманими із застосуванням асимптотичного методу усереднення, методи Гальоркіна, функцій Гріна і власних хвиль) та обчислювальної математики.
Результати. Розроблено методи та алгоритми розрахунку електродинамічних характеристик електромагнітних полів, що формуються поодинокими комбінованими щілинними та щілинно-вібраторними випромінюючими структурами і багатоелементними антенами та решітками з комбінованими випромінюючими елементами. Досліджено та визначено фізичні особливості з формування електромагнітних полів випромінюючими структурами та антенними системами за різних геометричних та електрофізичних параметрів і топології складових елементів випромінюючої апертури антенної решітки з урахуванням їх електромагнітної взаємодії.
Висновки. Визначено, що застосування у НВЧ та КВЧ діапазонах хвилевідно-щілинних антен і антенних решіток з комбінованими щілинно-вібраторними випромінюючими структурами дозволяє реалізувати необхідні (оптимізовані) для потреб практики електродинамічні і масогабаритні параметри антенних систем і решіток, перспективних для створення новітніх радіоелектронних систем та комплексів.
Завантаження
Посилання
Edelberg S, Oliner AA. Mutual Coupling Effects in Large Antenna Arrays II: Compensation Effects. IRE Transactions on Antennas and Propagation. 1960;8(4):360–367. https://doi.org/10.1109/TAP.1960.1144870.
Forooraghi K, Kildal P-S, Rengarajan SR. Admittance of an Isolated Waveguide-Fed Slot Radiating Between Baffles Using a Spectrum of Two-Dimensional Solutions. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1993;41(4):422–428. https://doi.org/10.1109/8.220974.
Robee S, Coupez JP, Person C, Amiaud A-C, Merlet T. Mutual coupling reduction through choke structures in a Slotted Waveguide Antenna Array. In: Proceedings of the 2023 IEEE Conference on Antenna Measurements and Applications (CAMA), Genoa, Italy; 2023. p. 857–861. https://doi.org/10.1109/CAMA57522.2023.10352845.
Huang C, Zhao Z, Feng Q, Wang C, Luo X. Grooves-Assisted Surface Wave Modulation in Two-Slot Array for Mutual Coupling Reduction and Gain Enhancement. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2009;8:912–915. https://doi.org/10.1109/LAWP.2009.2028587.
Emadeddin A, Shad S, Rahimian Z, Hassani HR. High Mutual Coupling Reduction Between Microstrip Patch Antennas Using Novel Structure. International Journal of Electronics and Communications. 2017;71:152–156. https://doi.org/10.1016/j.aeue.2016.10.017.
Farahbakhsh A, Mosalanejad M, Moradi GR, Mohanna S. Using polygonal defect in ground structure to reduce mutual coupling in microstrip array antenna. Journal of Electromagnetic Waves and Applications. 2014;28(2):194–201. http://dx.doi.org/10.1080/09205071.2013.861750.
Bait-Suwailam MM, Siddiqui OF, Ramahi OM.. Mutual Coupling Reduction Between Microstrip Patch Antennas Using Slotted-Complementary Split-Ring Resonators. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2010;9:876–878. http://dx.doi.org/10.1109/LAWP.2010.2074175.
Ebadi S, Semnani A. Mutual Coupling Reduction in Waveguide-Slot-Array Antennas Using Electromagnetic Bandgap (EBG) Structures. IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2014;56(3):68–79. https://doi.org/10.1109/MAP.2014.6867683.
Yang F, Rahmat-Samii Y. Reflection Phase Characterizations of the EBG Ground Plane for Low Profile Wire Antenna Applications. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2003;51(10):2691–2703. https://doi.org/10.1109/TAP.2003.817559.
Coulombe M, Koodiani SF, Caloz C. Compact Elongated Mushroom (EM)-EBG Structure for Enhancement of Patch Antenna Array Performances. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2010;58(4):1076–1086. https://doi.org/10.1109/TAP.2010.2041152.
Buell K, Mosallaei H, Sarabandi K. Metamaterial Insulator Enabled Superdirective Array. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2007;55(4):1074–1085. https://doi.org/10.1109/TAP.2007.893373.
Berdnik SL, Katrich VA, Lyaschenko VA. Closely spaced transverse slots in rectangular waveguide. In: Proceedings of the 4th International Conference on Antenna Theory and Techniques (ICATT) (Cat. No. 03EX699), Sevastopol, Ukraine; 2003. p. 273–275. https://doi.org/10.1109/ICATT.2003.1239204.
Razmhosseini M, Zabihi R, Vaughan RG. Parasitic Slot Elements for Bandwidth Enhancement of Slotted Waveguide Antennas. In: Proceedings of the 2019 IEEE 90th Vehicular Technology Conference (VTC2019-Fall), Honolulu, HI, USA; 2019. p. 1–5. https://doi.org/10.1109/VTCFall.2019.8891329.
Singh S, Chauhan SS, Basu A. Slotted Waveguide Circularly Polarized Leaky Wave Antenna With Improved Efficiency at W-Band. IEEE Access. 2023;11:86945–86952. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3304904.
Asaadi M, Sebak A. High-Gain Low-Profile Circularly Polarized Slotted SIW Cavity Antenna for MMW Applications. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2017;16:752–755. https://doi.org/10.1109/LAWP.2016.2601900.
Nonaka F, Saito S, Kimura Y. Measurement of a microstrip antenna array fed by transverse slots on a broad wall of the rectangular waveguide with standing-wave excitation for linear polarization parallel to the axis. In: Proceedings of the 2014 International Symposium on Antennas and Propagation (ISANP), Kaohsiung, Taiwan; 2014. p. 363–364. https://doi.org/10.1109/ISANP.2014.7026681.
Wang X-C, Xia Y-J, Yang J-H, Lu W-Z. Wideband High-Gain Circularly Polarized Substrate Integrated Cavity Antenna Array for Millimeter-Wave Applications. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2023;71(1):1041–1046. https://doi.org/10.1109/TAP.2022.3217338.
Zhang Q, Cheng X, Yao Y, Yu J, Chen Z, Qi L, Yu T, Chen X. A Magnetoelectric Dipole Leaky-Wave Antenna for Open Stopband Suppression. In: Proceedings of the 2019 IEEE Asia-Pacific Microwave Conference (APMC), Singapore; 2019. p. 426–428. https://doi.org/10.1109/APMC46564.2019.9038882.
Feng B, Chen J, Chung KL, Wang L, Li Y. Dual-Polarized Filtering Magneto-Electric Dipole Antenna Arrays With High Radiation-Suppression Index for 5G New Radio n258 Operations. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2022;70(4):3058–3063. https://doi.org/10.1109/TAP.2021.3121095.
Yang X-X, Qiu H, Lou T, Yi Z, Cao Q-D, Gao S. Circularly Polarized Millimeter Wave Frequency Beam Scanning Antenna Based on Aperture-Coupled Magneto-Electric Dipole. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2022;70(9):7603–7611. https://doi.org/10.1109/TAP.2022.3191983.
Yang Y, Zhao Z, Ding X, Nie Z, Liu Q-H. Single Slot Antenna with Multiple Radiation Modes Using a Parasitic Loop Pair. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2019;67(2):1335–1340. https://doi.org/10.1109/TAP.2018.2883534.
Berdnik SL, Katrich VA, Nesterenko MV, Penkin YuM. E-plane T-junction of rectangular waveguides with vibrator-slot coupling between arms. Telecommunications and Radio Engineering. 2015;74(14):1225–1240. https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v74.i14.10.
Huang K-L, Chen Y-C, Lin Y-H, Lee C-H. Coplanar-to-Rectangular Waveguide Transitions Using Slot Antennas. IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. 2011;1(5):681–688. https://doi.org/10.1109/LMWC.2011.2108271.
Tian Y, Ouyang J, Hu P-F, Pan Y. Millimeter-Wave Wideband Circularly Polarized Endfire Planar Magneto-Electric Dipole Antenna Based on Substrate Integrated Waveguide. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2022;21(2):49–53. https://doi.org/10.1109/LAWP.2021.3117311.
Berdnik SL, Katrich VA, Nesterenko MV, Penkin YuM. Waveguide Radiation of the Combined Vibrator-Slot Structures. Progress In Electromagnetics Research B. 2020;87:151–170. https://doi.org/10.2528/PIERB20052804.
Pulido-Mancera LM, Zvolensky T, Imani MF, Bowen PT, Valayil M, Smith DR. Discrete Dipole Approximation Applied to Highly Directive Slotted Waveguide Antennas. IEEE Antennas Wireless Propagation Letters. 2016;15:1823–1826. https://doi.org/10.1109/LAWP.2016.2538202.
Tomura T, Saito Y, Hirokawa J. 8×2-Element 60-GHz-Band Circularly Polarized Post-Wall Waveguide Slot Array Antenna Loaded With Dipoles. IEEE Access. 2020;8:85950–85957. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2992922.
Ferrando-Rocher M, Herranz-Herruzo JI, Valero-Nogueira A, Rodrigo VM. Circularly Polarized Slotted Waveguide Array With Improved Axial Ratio Performance. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2016;64(9):4144–4148. https://doi.org/10.1109/TAP.2016.2586492.
Cheng Y, Dong Y. A High-Efficiency Electrically Reconfigurable Circular Polarizer and Its Array Application. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2021;20(12):2314–2318. https://doi.org/10.1109/LAWP.2021.3109987.
Nesterenko MV, Katrich VA, Penkin YuM, Berdnik SL. Combined Vibrator-Slot Structures: Theory and Applications: Theoretical Aspects and Applications. Cham, Switzerland: Springer; 2020. 344 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-60177-5.
Nesterenko MV, Katrich VA, Berdnik SL, Dumin OM, Luchaninov AI, Gretskih DV. Vibrator and Slot Antenna Arrays for Modern Applications. Cham, Switzerland: Springer; 2025. 329 p. https://doi.org/10.1007/978-3-031-68346-6.
Berdnyk S, Katrich V, Antonenko Ye, Pshenichnaya S, Katrych V, Garmash K, Havrylenko D. Combined Dipole-Slot Radiating Structures with Parasitic Impedance Dipoles as Functional Elements of Antennas and Antenna Arrays. In: Proceedings of the 2024 IEEE 29th International Seminar/Workshop on Direct and Inverse Problems of Electromagnetic and Acoustic Wave Theory (DIPED), Tbilisi, Georgia; 2024. p. 128–132. https://doi.org/10.1109/DIPED63529.2024.10706196.
Havrylenko D, Berdnyk S. Analysis of the Characteristics of Antenna Arrays Consisting of Combined Slot-Dipole Radiators. In: Proceedings of the 2024 IXth Ukrainian Scientific-Practical Conference on Prospective Directions of Modern Electronics, Information and Computer Systems (MEICS), Dnipro, Ukraine; 2024. p. 167–168. Available at: http://meics.dnure.dp.ua/files/MEICS-2024.pdf.
Nesterenko M, Katrich V, Berdnik S, Pshenichnaya S. Theory of Systems With Thin Impedance Dipoles and Narrow Slots. In: Proceedings of the 2021 IEEE 26th International Seminar/Workshop on Direct and Inverse Problems of Electromagnetic and Acoustic Wave Theory (DIPED), Tbilisi, Georgia; 2021. p. 103–108. https://doi.org/10.1109/DIPED53165.2021.9552271.
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
