• Українська
  • English
  • Русский
ISSN 1028-821X (Online)
ISSN 2415-3400 (Print)

ЭЛЕКТРИЧЕСКИ МАЛЫЕ ВИБРАТОРНЫЕ, СПИРАЛЬНЫЕ И ПЕТЛЕВЫЕ АНТЕННЫ

Овсяников, ВВ
Organization: 

Днепропетровский национальный университет им. О. Гончара
72, пр. Гагарина, г. Днепр, 49010, Украина
E-mail: ovsyan_viktor@mail.ru

https://doi.org/10.15407/rej2017.01.057
Язык: русский
Аннотация: 

Приведены результаты исследований в диапазоне СВЧ основных радиотехнических характеристик линейных проволочных электрически малых антенн, важными свойствами которых являются малые размеры и масса. При исследованиях применяются как теоретические приближенные и строгие, так и экспериментальные методы. Расчеты выполнены приближенными и строгим методом интегрального уравнения с использованием современных компьютерных программных сред super NEC, FEKO и других. Впервые предложен метод структурно-параметрической оптимизации и приближенного анализа таких антенн с включенными в излучающие ветви сосредоточенными индуктивными и емкостными нагрузками. Предложены приближенные формулы для определения значений включаемых в штыревые и петлевые изогнутые антенны реактивных нагрузок и формулы для определения их входных сопротивлений. По этим формулам выполнены расчеты значений индуктивных и емкостных нагрузок, которые подтверждены экспериментально. Впервые приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований добротности и КПД штыревых, спиральных и петлевых электрически малых антенн с включенными в их ветви реактивными нагрузками. Из полученных результатов следует, что при уменьшении электрического размера плеча штыревых изогнутых антенн до значений 0,01…0,03 длины рабочей волны относительно размера плеча обычных неукороченных антенн значения КПД антенн снижаются до 20 % и менее при значениях добротности потерь в пределах от 130 до 1 000. Из результатов измерений КПД также следует, что укорочение электрической длины исследуемых антенн вдвое относительно обычного размера, как с включенными индуктивными нагрузками, так и выполненных в виде цилиндрической спирали, приводит к снижению КПД этих антенн от 100 % до 75…85 % по сравнению с обычными штыревыми антеннами. Укорочение электрической длины втрое снижает КПД антенн до 40…50 %. Дальнейшее укорочение подобных антенн приводит к дальнейшему снижению их КПД. Приведенный в статье материал может быть полезен при разработке электрически малых и миниатюрных антенн и антенных решеток в микрополосковом и другом исполнении.

Ключевые слова: входное сопротивление, добротность и коэффициент полезного действия антенн, коэффициент стоячей волны по напряжению, петлевые и спиральные антенны, штыревые, электрически малые антенны диапазона СВЧ

Статья поступила в редакцию 30.11.2016
УДК 621.396.67:533.9
Radiofiz. elektron. 2017, 22(1): 57-67
Полный текст (PDF)

References: 
  1. Wheeler H. A. Fundamental limitations of small antennas. Proc. IRE. 1947. December, vol. 35. P. 1479–1488.
  2. Слюсар В. 60 лет теории электрически малых антенн. Некоторые итоги. Электроника НТБ. 2006. Вып. 7. С. 10–19.
  3. Fourie A., Nitch D. Super NEC: Antenna and Indoor–Propagation Simulation. IEEE Antennas and Propagation. Magaz. 2000. vol. 42, N 3. P. 31–48.
  4. Гончаренко И. В. Компьютерное моделирование антенн. Все о программе . Москва: ИПРадиоСофт, Журнал «Радио». 2002. 80 с.
  5. Банков С. Е., Курушин А. А. Расчет излучаемых структур с помощью FEKO. Москва: ЗАО «НПП «РОДНИК» 2008. 246 с.
  6. Вычислительные методы в электродинамике. Под ред. Р. Миттры. Пер. с англ. Москва: Мир, 1977. 485 с.
  7. Пистолькорс А. А. Антенны. Москва: Связьиздат, 1947. 480 с.
  8. King R. W. P. Theory of Linear Antennas. Cambridge, Mass.: Harward University Press, 1956. 927 p.
  9. King R. W. P. The Rectangular Loop Antenna as a Dipole. IRE Trans. on Antennas and Prop. 1959. January, Vol. AP–7, N 1. P. 53–61.
  10. Harrison C. W., King R. W. P. Folded Dipoles and Loops. IRE Trans. 1961. Vol. AP–9, N 2. P. 171–187.
  11. Harrison C. W. Monopole with Inductive Loading. IEEE Trans. on Antennas and Prop. 1963. Vol. AP–11, N 4. P. 394–400
  12. Моисеев Н. Н., Иванилов Ю. П., Столярова Е. М. Методы оптимизации. Москва: Наука, 1978. 352 с
  13. Никольский В. В. Антенны. Москва: Связь, 1961. 368 с.
  14. Драбкин А. Л., Зузенко В. Л. Антенно-фидерные устройства.  Москва: Сов. радио, 1961. 816 с.
  15. Hansen R. C. Optimum Inductive Loading of Short Whip Antennas. IEEE Trans. Veh. Technol. 1975. Vol. 24, N 2. P. 21–29.
  16. А. с. 816360 СССР, МКИ HO1Q 9/00/. Вибраторная антенна / В. В. Овсяников, Е. Д. Романенко, С. И. Корниенко. № 850407/18-09; заявл. 12.12.79; опубл. 23.08.83, Бюл. № 31. 6 с.
  17. Newman E. H. Bohley P., Walter C. H. Two Methods for the Measurement of Antenna Efficiency. IEEE Trans. Antennas and Prop. 1975. . –23, 4. . 457–461.
  18. Овсяников В. В. Электрически малые штыревые антенны для радиосистем космической и авиационной техники. Изв. вузов. Радиоэлектроника. 2010. Т. 53, № 3. С. 13–25.
  19. Овсяников В. В. Состояние разработок вибраторных, диэлектрических и плазменных антенн в контексте исторического развития антенной техники. Радиофизика и электроника. 2016. Т. 7(21), № 3. С. 5873.
  20. А. с. 624540 СССР, МКИ HO1Q 7/00. Рамочная антенна / В. В. Овсяников. № 2430925/18-09; заявл. 17.12.76; опубл. 23.08.83, Бюл. № 31. 6 с.
  21. А. с. 624540 СССР, МКИ HO1Q 9/00. Антенна / В. В. Овсяников. № 1081708 А; заявл. 31.12.81; опубл. 23.08.83, Бюл. № 31. 4 с.