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

ШИРОКОПОЛОСНЫЕ АНТЕННЫ И АНТЕННЫЕ РЕШЕТКИ С РЕАКТИВНЫМИ НАГРУЗКАМИ

Овсяников, ВВ, Безносова, ЕР
Organization: 

Днепровский национальный университет имени О. Гончара
72, пр. Гагарина, Днепр, 49010, Украина

E-mail: ovsyan37@i.ua, thalia@i.ua

https://doi.org/10.15407/rej2018.02.009
Язык: русский
Аннотация: 

Предмет и цель работы. Представлены результаты исследований актуальных методов расширения частотного диапазона вибраторных изогнутых штыревых, петлевых антенн и антенных решеток на их основе. Рассмотрены оптимальные конструкции широкополосных антенн с включенными в плечи сосредоточенными реактивными нагрузками.

Методы и методология работы. Расчеты электрических параметров антенн выполнялись методом интегрального уравнения, что позволило глубже исследовать новые варианты широкополосных штыревых и петлевых антенн и антенных решеток. Исследованы две разновидности антенн, которые являются перспективными для применения в микрополосковом исполнении в виде одиночных антенн и в составе антенных решеток. Первая разновидность –
Z-образная антенна ортогональной линейной поляризации, дополненная сосредоточенными емкостными нагрузками, вторая – петлевая в виде рамки также с емкостными нагрузками. Для приближения к реальным условиям применения параметры антенн определялись при их размещении на небольшой высоте над проводящим экраном (плоскостью).

Результаты работы. В результате расчетов электрических параметров Z-образных антенн с емкостными нагрузками и антенных решеток на их основе в широком частотном диапазоне 0,9…1,2…2,7 ГГц получено значительное улучшение (понижение) коэффициента стоячей волны по напряжению до значений не более 5 по сравнению с подобными антеннами без нагрузок, для которых значения этого параметра достигают 30 и более. По сравнению с обычными прямолинейными антеннами такой же длины и толщины стержня коэффициент усиления антенны с нагрузками вырос с 7,8 до 9,8 дБ при снижении коэффициента стоячей волны по напряжению с 3,5 до 3,1 на средней частоте исследуемого диапазона. Для петлевых антенн с емкостными нагрузками в этом же диапазоне получены значения коэффициента стоячей волны по напряжению не более 5, а на средней частоте диапазона эти значения не превышали значения 1,9, тогда как в антеннах без нагрузок этот параметр значительно выше (до 30) и на средней частоте диапазона имеет относительно высокое значение – до 15. Исследованы компланарные линейные синфазные антенные решетки из трех Z-образных и трех петлевых антенн с емкостными нагрузками. Показано, что в связи с различием условий взаимного расположения антенн в решетках коэффициент стоячей волны по напряжению крайних антенн решетки отличается от этого параметра средней антенны.

Заключение. Для получения в Z-образных и петлевых антеннах и антенных решетках на их основе режима работы, близкого к режиму бегущей волны тока, и, как следствие, снижения частотной зависимости входных параметров и диаграмм направленности этих антенн, достаточно включать в плечо симметричной антенны не более четырех емкостных нагрузок. Это позволяет упрощать широкополосные антенны и сократить расход средств и времени для их разработки и изготовления по сравнению с известными работами, где предлагалось включать в плечо антенны несколько десятков емкостных нагрузок.

Ключевые слова: диаграмма направленности антенны, коэффициент полезного действия антенны, коэффициент стоячей волны по напряжению, коэффициент усиления антенны, распределение амплитуды комплексного тока на антенне, сосредоточенная емкостная нагрузка, широкополосная антенна, широкополосная антенная решетка

Статья поступила в редакцию 19.12.2017
PACS 84.40. Ba
УДК 621.396.67
Radiofiz. elektron. 2018, 23(2): 9-21
Полный текст (PDF)
 

References: 
  1. Пистолькорс А. А. Антенны. Москва: Связьиздат, 1947. 480 с.
  2. Айзенберг Г. З. Антенны для магистральных коротковолновых радиосвязей. Москва: Связьиздат, 1948. 464 с.
  3. Кочержевский Г. Н. Антенно-фидерные устройства. Москва: Связь, 1968. 481 с.
  4. Immoreev I. J. Ultra-Wideband Systems. Features and Ways of Development. The Second Int. Ultra-Wideband and Ultra-Short Impulse Signals Workshop (UWBUSIS’04). (19–22 Sept., 2004). Sevastopol. Ukraine, pp. 37–41.
  5. Altshuler E. E. The Travelling–Wave Linear Antenna. IEEE Trans. Antennas Propag. 1961. Vol. 9, N 3. P. 324–329. DOI: 10.1109/TAP.1961.1145026
  6. Nyquist D. P., Chen K. M. Traveling Wave Linear Antenna with Nondissipative Loading. IEEE Trans. Antennas Propag. 1968. Vol. 16, N 1. P. 21–31. DOI: 10.1109/TAP.1968.1139113
  7. Wu T. T., King R. W. P. The cylindrical antenna with nonreflecting resistive loading. IEEE Trans. Antennas Propag. 1965. Vol. 13, N 3. P. 369–373. DOI: 10.1109/TAP.1965.1138429
  8. Maclean T. S. M. Impedance Properties of Capacitively Loaded Dipoles. Proc. IEE. 1968. Vol. 115, Iss. 10. P. 1411–1416. DOI: 10.1049/piee.1968.0251
  9. Wide-Band Dipole Antenna With Capacivite Reactance Added to Arms: пат. 3,747,112 США: МКИ Н01Q9/00 / Kazutaka Hidaka, Yamato-shi. № 146,412; заявл. 24.05.71; опубл. 17.07.73.
  10. Rao B. L. J., Ferris J. E., Zimmerman W. E. Broadband Characteristics of Cylindrical Antennas with Exponentially Tapered Capacitive Loading. IEEE Trans. Antennas Propag. 1969. Vol. 17, N 2. P. 145–151. DOI: 10.1109/TAP.1969.1139408
  11. Serpentine Antenna Mounted on a Rotatable Capacitive Coupler: пат. 3,716,861 США: МКИ H01Q 9/16 / J. J. Root. № 126,448; заявл. 22.03.71; опубл. 13.02.73.
  12. Dubost G. A Tuneable Thick Folded – dipole Operating in two Octaves. IEEE AP-S Int. Symp.: Proc. Urbana–Champaign, IL, 2–4 June 1975. P. 248–251.
  13. Tunable Omnidirectional Antenna: пат. 3,680,127 США: МКИ H01Q 9/00 / David J. Richard. № 132,016; заявл. 07.04.71; опубл. 25.07.72.
  14. А. с. 1014429 СССР, МКИ HOIQ 21/24. Антенная решетка круговой поляризации / В. В. Овсяников, Е. Д. Романенко (СССР). №3336504/18-09; заявл. 12.09.81; зарегистр. в Госреестре изобретений СССР 21.12.82. 4 с.
  15. Овсяников В. В. Исследование широкополосной вибраторной антенной решетки круговой поляризации. Радиофизика и радиоастрономия. 1999. Т. 4, № 4. С. 349–356.
  16. Ovsyanikov V. V., Smirnov S. A., Ol'shevs'kiy O. L., Popel' V. M., Rodin K. V., Romanenko Y. D. Wideband antenna array of circular and linear polarization. 4th Int. Conf. Ultrawideband and Ultrashort Impulse Signals (UWBUSIS’ 08) (15–19 Sept. 2008, Sevastopol): proc. Sevastopol, Ukraine, 2008. P. 74–76.
  17. Овсяников В. В. Вибраторные антенны с реактивными нагрузками. Москва: Радио и связь, 1985. 120 с.
  18. 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. 58–73. DOI: 10.15407/rej2016.03.058
  19. А. с. 1081708А СССР, МКИ HO1Q 9/00/. Антенна / В. В. Овсяников (СССР). № 3376097/18-09; заявл. 31.12.81; опубл. 23.03.84, Бюл. № 11.