Структура поля излучения симметричной щелевой линии, перпендикулярной краю бесконечной полуплоскости с учетом кроссполяризационной составляющей
Автор: Нефдов Е.И., Пономарев И.Н., Заярный В.П.
Журнал: Физика волновых процессов и радиотехнические системы @journal-pwp
Статья в выпуске: 2 т.26, 2023 года.
Бесплатный доступ
Обоснование. Симметричные щелевые линии на идеально отражающей полуплоскости являются адекватными математическими моделями для щелевых антенн на идеальной плоскости конечных размеров, которые на практике обладают высоким усилением и функционируют в широком диапазоне частот. Такие антенны используются в системах сверхбыстрой обработки информации на основе объемных интегральных схем микроволнового и оптического диапазонов. Цель. В работе представлено решение задачи излучения идеально отражающей полуплоскости, которая возбуждалась симметричной щелевой линией с различным законом расширения щели. Методы. Задача была решена методом разделения переменных Фурье, с помощью которого была получена тензорная функция Грина, которая связывает две составляющие поля излучения антенны с возбуждающим полем в щели. Результаты. Показано, что в дальней зоне поле излучения идеально отражающей полуплоскости имеет две компоненты: основную и кроссполяризационную. Тензорная функция Грина имеет сложный вид и состоит из двух слагаемых. Анализ тензорной функции Грина показывает участие каждого слагаемого в формировании поля в дальней зоне, демонстрирует механизм излучения и приводит к известным частным случаям для щелевых излучателей. Заключение. Справедливость представленной математической модели подтверждена экспериментальными исследованиями.
Антенна бегущей волны, симметричная щелевая линия, идеальный клин, идеальная полуплоскость, кроссполяризационная составляющая поля, диаграмма направленности
Короткий адрес: https://sciup.org/140300673
IDR: 140300673 | УДК: 537.876+621.39 | DOI: 10.18469/1810-3189.2023.26.2.27-35
The structure of the radiation field of a symmetric slot line perpendicular to the edge of an infinite half-plane, taking into account the cross-polarization component
Background. Symmetric slot lines on a perfectly reflecting half-plane are good mathematical models for slot antennas on an ideal plane of finite dimensions, which in practice have a high gain and operate over a wide frequency band. These antennas are used in ultra-fast information processing systems based on microwave and optical volume integrated circuits. Aim. The work presents a solution to the problem of radiation of a perfectly reflecting half-plane, which was excited by a symmetric slot line with a different law of slot expansion. Methods. The problem was solved by the Fourier variable separation method, by which the Green tensor function was obtained, which connects the two components of the antenna radiation field with the excitation field in the gap. Results. It is shown that in the far zone, the radiation field of an ideally reflecting half-plane has two components: the main and crosspolarization. The Green tensor function has a complex form and consists of two terms. The analysis of the Green tensor function shows the participation of each term in the formation of a field in the far zone, demonstrates the mechanism of radiation and leads to known special cases for slot radiators. Conclusion. The validity of the presented mathematical model is confirmed by experimental research.
Список литературы Структура поля излучения симметричной щелевой линии, перпендикулярной краю бесконечной полуплоскости с учетом кроссполяризационной составляющей
- 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 // Proc. 9-th 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.
- Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн. М.: Энергия, 1967. 376 с.
- Уфимцев П.Я. Основы физической теории дифракции. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2014. 350 с.
- Марков Г.Т. Возбуждение бесконечного клина // Труды МЭИ. 1956. Вып. 21. С. 4–15.
- 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.
- Марков Г.Т., Петров Б.М., Грудинская Г.П. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Сов. Радио, 1979. 374 с.
- 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
- 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/2012/10/529
- 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: https://journals.ioffe.ru/articles/41073
- Изучение электродинамических характеристик плоских симметричных антенн микроволнового диапазона с линейно расширяющимся раскрывом / В.П. Заярный [и др.] // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2015. Т. 18, № 4. С. 18–23. URL: https://journals.ssau.ru/pwp/article/view/7224
- 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
- Об особенностях диаграммы направленности симметричных щелевых антенн в микроволновом диапазоне / В.П. Заярный [и др.] // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2017. Т. 20, № 4. С. 18–23. URL: https://journals.ssau.ru/pwp/article/view/7069
- Особенности характеристик диаграмм направленности плоских щелевых антенн микроволнового диапазона с линейно расширяющимся раскрывом / В.П. Заярный [и др.] // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2018. Т. 21, № 1. С. 12–16. URL: https://journals.ssau.ru/pwp/article/view/7060
- Заярный В.П., Нефёдов Е.И., Пономарев И.Н. Особенности электродинамических характеристик 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
- Антенна кругового обзора на основе линейно расширяющихся симметричных щелевых линий / В.П. Заярный [и др.] // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2019. Т. 22, № 3. С. 10–14. DOI: https://doi.org/10.18469/1810-3189.2019.22.3.10-14
- Нефёдов Е.И., Заярный В.П., Пономарев И.Н. Теоретическое и экспериментальное исследование электродинамических свойств плоских щелевых антенн микроволнового диапазона // Радиотехника и электроника. 2021. Т. 66, № 4. С. 365–372. DOI: https://doi.org/10.31857/S0033849421030165
- Разработка строгих математических моделей для плоских щелевых антенн бегущей волны с использованием тензорной функции Грина и их экспериментальное обоснование / Е.И. Нефёдов [и др.] // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2021. Т. 24, № 1. С. 22–31. DOI: https://doi.org/10.18469/1810-3189.2021.24.1.22-31
- Нефёдов Е.И., Пономарев И.Н., Заярный В.П. Исследование излучательной способности идеально проводящей полуплоскости, которая возбуждается перпендикулярной ее краю щелью // Известия вузов. Радиофизика. 2021. Т. 64, № 5. С. 384–394. DOI: https://doi.org/10.52452/00213462_2021_64_05_384
- Оптимизация конструкции дисковой антенны кругового обзора микроволнового диапазона для датчиков, содержащих приемо-передающие устройства / В.П. Заярный [и др.] // Известия вузов. Приборостроение. 2022. Т. 65, № 2. С. 125–131. DOI: https://doi.org/10.17586/0021-3454-2022-65-2-125-131