Разработка строгих математических моделей для плоских щелевых антенн бегущей волны с использованием тензорной функции Грина и их экспериментальное обоснование
Автор: Нефедов Е.И., Заярный В.П., Кирьянова Н.И., Пономарев И.Н.
Журнал: Физика волновых процессов и радиотехнические системы @journal-pwp
Статья в выпуске: 1 т.24, 2021 года.
Бесплатный доступ
Произведена разработка строгих математических моделей для антенн бегущей волны с постоянной шириной щели на основе тензорной функции Грина с учетом как основной, так и кросс-поляризационной составляющей поля в дальней зоне излучения. Обоснована возможность использования этих моделей в качестве базовых моделей для исследования электродинамических свойств антенн бегущей волны с другой конфигурацией щели (линейно-, экспоненциально расширяющиеся и др.). С применением полученных математических моделей изучалось влияние геометрических параметров исследовавшихся антенн бегущей волны на их характеристики. Установлено, что для электродинамической плоскости Е при увеличении длины и ширины щели главный луч диаграммы направленности сужается, что приводит к повышению направленных свойств антенн. В электродинамической плоскости Н ширина главного луча диаграммы направленности уменьшается только при возрастании длины щели антенн бегущей волны и практически не зависит от ее ширины. Показано, что полученные теоретические результаты исследования хорошо согласуются с результатами экспериментов, которые также позволили выявить ограничения применимости разработанных моделей. Исследование характеристик антенн бегущей волны производилось на средней частоте 10 ГГц в диапазоне частот 8-12 ГГц.
Антенна бегущей волны, симметричная щелевая линия, щель постоянной ширины, идеальная полуплоскость, диаграмма направленности, микроволновый диапазон
Короткий адрес: https://sciup.org/140256332
IDR: 140256332 | УДК: 537.876+621.39 | DOI: 10.18469/1810-3189.2021.24.1.22-31
Development of exact mathematic models for planar slotted traveling wave antennas using the dyadic Green function and their experiment foundation
Exact mathematic models were developed for traveling wave antennas with a constant slot width based on the dyadic Green function, taking into account both the main and cross-polarization components of the field in the far radiation zone. The possibility of using these models as basic models for studying the electrodynamic properties of traveling wave antennas with a different slot configuration (linearly, exponentially tapering, etc.) is justified. The influence of the geometric parameters of the investigated traveling wave antennas on their characteristics was studied by means of using the established mathematic models. It has been found that in the electrodynamic E plane, with an increase of the length and width of the slot, the main beam of the radiation pattern narrows, which leads to an increase the directed properties of the antennas. In the electrodynamic H plane, the width of the main beam of radiation pattern decreases only as the length of the slot of traveling wave antennas increases and does not depend on its width in practice. It was shown that the established theory results of the study are well consistent with the results of experiments, which also revealed the limitations of the applicability of the developed models. Analysis of traveling wave antennas characteristics was carried out at central frequency of 10 GHz in the frequency range of 8-12 GHz.
Список литературы Разработка строгих математических моделей для плоских щелевых антенн бегущей волны с использованием тензорной функции Грина и их экспериментальное обоснование
- Nefyodov E.I., Smolsky S.M. Electromagnetic Fields and Waves. Microwaves and mmWave Engineering with Generalized Macroscopic Electrodynamics. New York: Springer, 2019. 360 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-90847-2
- Nefyodov E.I., Smolsky S.M. Understanding of Electrodynamics, Radio Wave Propagation and Antennas: Lecture Course for Students and Engineers. Wuhan: Scientific Research Publishing, 2012. 449 p.
- Gibson P.J. The Vivaldi Aerial // 1979 9th European Microwave Conference. 1979. Р. 101–105. DOI: https://doi.org/10.1109/euma.1979.332681
- Широкополосный полосковый излучающий элемент пазового типа для ФАР / Ю.А. Вайнер [и др.] // Антенны. 1980. Вып. 28. С. 95–100.
- Заярный В.П., Парпула С.А., Гирич В.С. Излучение плоских антенн СВЧ-диапазона с линейно расширяющимся раскрывом для дисковых антенных решеток // Журнал технической физики. 2014. Т. 84, № 11. С. 106–111. URL: http://journals.ioffe.ru/articles/41073
- Изучение влияния угла раскрыва плоских коротких щелевых антенн микроволнового диапазона на их электродинамические характеристики / В.П. Заярный [и др.] // Известия вузов. Радиофизика. 2016. Т. 59, № 6. С. 529-534. URL: https://radiophysics.unn.ru/issues/2016/6/529
- Фролов А.А., Гирич С.В., Заярный В.П. Антенна кругового обзора сверхвысокочастотного диапазона // Известия вузов. Радиофизика. 2012. Т. 55. № 10-11. С. 698–703. URL: https://radiophysics.unn.ru/issues/2012/10/698
- Janaswamy R., Schaubert D. Analysis of the tapered slot antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1987. Vol. 35, no. 9. P. 1058–1065. DOI: https://doi.org/10.1109/tap.1987.1144218
- Janaswamy R., Shaubert D.H., Pozar D.M. Analysis of the transverse electromagnetic mode linearly tapered slot antenna // Radio Science. 1986. Vol. 21, no. 5. P. 797–804. DOI: https://doi.org/10.1029/rs021i005p00797
- Нефёдов Е.И., Пономарев И.Н. Возбуждение идеально проводящей полуплоскости расширяющейся щелью, прорезанной перпендикулярно ее краю // Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот. 2014. Т. 18, № 1. С. 58–84.
- Заярный В.П., Нефедов Е.И., Пономарев И.Н. Особенности электродинамических характеристик симметричных щелевых линий на проводящей бесконечной полуплоскости в микроволновом диапазоне // Известия вузов. Радиофизика. 2018. Т. 61, № 4. С. 315–320. URL: https://radiophysics.unn.ru/issues/2018/4/315
- Виленский А.Р. Метод анализа пространственно-временных характеристик излучения печатных щелевых антенн бегущей волны // Наука и образование. 2014. № 5. С. 139–151. URL: http://technomag.edu.ru/doc/710740.html
- Заярный В.П. Радиофизические свойства твердотельных слоистых структур с зарядовой связью: методы и информационные возможности для их определения. М.: Радио и связь, 2001. 220 c.
- Фролов А.А., Гирич С.В., Заярный В.П. Изучение электродинамических характеристик антенн и антенных систем СВЧ-диапазона // Известия вузов. Радиофизика. 2009. Т. 52, № 4. С. 328–336.
