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

Развитие концепции ближних полей при разработке эффективных малоапертурных СВЧ-антенн

Рубрика: 
МИКРОВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА
Иванченко, И, Попенко, Н, Хруслов, M, Чернобровкин, Р, Радионов, С, Пищиков, В
Organization: 

Институт радиофизики и электроники А. Я. Усикова НАН Украины
12, ул. Акад. Проскуры, Харьков, 61085, Украина
E-mail: buran@ire.kharkov.ua 

Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина
4, пл. Свободы, Харьков, 61077, Украина
https://doi.org/10.15407/rej2019.02.015
Язык: английский
Аннотация: 

Предмет и цель работы. Статья посвящена обзору публикаций авторов по исследованию эффективных малоразмерных одиночных излучателей различных типов с применением технологии ближних полей.

Методы и методология работы. Алгоритм исследования состоит в проведении с помощью программных пакетов численного моделирования предлагаемых антенных дизайнов, создании соответствующих физических прототипов, а также сравнении результатов численных и натурных экспериментов по изучению таких характеристик излучателя, как полоса пропускания, диаграмма направленности, коэффициенты усиления и эллиптичности. Детальный анализ пространственных распределений ближних полей дает необходимую информацию для дальнейшей оптимизации характеристик антенн.

Результаты работы. Систематизированы и проанализированы характеристики различных модификаций монопольных, дисковых, апертурных, микрополосковых и спиральных антенн с рекордными характеристиками, а также показана возможность их применения в компактном мобильном СВЧ-пеленгаторе и нелинейном локаторе. Результаты исследования дифракционной связи единичных апертурных излучателей с привлечением развитых методов регистрации пространственных распределений ближних электромагнитных полей использованы при создании лабораторного макета антенной решетки. 

Заключение. Приведен обзор результатов исследований малоразмерных СВЧ-антенн различных типов за последнее десятилетие. Продемонстрирована эффективность использования информации о пространственном распределении полей в индуктивной и волновой зонах излучающих апертур при разработке и последующей оптимизации основных характеристик как одиночных оригинальных излучателей, так и антенных решеток на их основе.
Ключевые слова: антенна, антенная решетка, ближнее поле, диаграмма направленности, полоса пропускания

Статья поступила в редакцию 25.02.2019
УДК: 621.372.8.001.24
Radiofiz. elektron. 2019, 24(2): 15-32
Полный текст (PDF)

References: 
  1. Kim, T., Park, D., 2005. CPW-fed compact monopole antenna for dual-band WLAN applications. Electron. Lett., 41(6), pp. 291–293.
  2. Wong, K., Su, W., Chang, F., 2006. Wideband internal folded planar monopole antenna for UMTS/WiMAX folder-type mobile phone. Microwave Opt. Technol. Lett., 48(2), pp. 324–327.
  3. Chun, J.C., Shim, J.R., Kim, T.S., 2007. Wideband cylindrical monopole antenna for multi-band wireless applications. In: Proc. Int. Antennas and Propagation Society Symp. Honolulu, Hawai'i, USA, 9–15 June 2007, pp. 4749–4752.
  4. Jong-Ho, J., Park, I., 2003. Electromagnetically coupled small broadband monopole antenna. IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., 2(1), pp. 349–351.
  5. Guha, D., Ganguly, G., Sumesh, G., Kumar, Ch., Sebastian, M., Antar, Ya., 2017. A New Design Approach for a Hybrid Monopole to Achieve Increased Ultrawide Bandwidth. IEEE Antennas Propag. Mag., 59(1), pp. 139–144.
  6. Roy, A., Anand, S., Choudhury, P., Sarkar, P., Bhunia, S., 2014. Compact Multi Frequency ApproachPatch Antenna with Spur-Lines for WLAN/WIMAX Applications. Int. J. Electron. Commun. Technol. (IJECT), 5(2), рр. 84–86.
  7. Das, S., Bhattacharjee, A., Sarkar, P., Chowdhury, S., 2013. Reduced Size Multifrequency Microstrip Patch Antenna for Wireless Communication Applications. Int. J. Electron. Commun. Technol. (IJECT), 4(5), рр. 26–28.
  8. Mingming, G., 2015. The Microstrip Antenna Design for Multiple Frequency Small Broadband. In: Int. Conf. Intelligent Systems Research and Mechatronics Engineering. (ISRME 2015). Proc. Zhengzhou, China, 11–13 April 2015, pp. 2159–2162.
  9. Kishk, A., Zunoubi, M., Kajfez, D., 1993. A Numerical Study of a Dielectric Disk Antenna Above Grounded Dielectric Substrate. IEEE Trans. Antennas Propag., 41(6), pp. 813–821.
  10. Huang, W., Kishk, A., 2007. Compact Wideband Multi-Layer Cylindrical Dielectric Resonator Antennas. IET Microwaves Antennas Propag., 1(5), pp. 998–1005.
  11. Kishk, A., 2003. Wide-Band Truncated Tetrahedron Dielectric Resonator Antenna Excited by a Coaxial Probe. IEEE Trans. Antennas Propag., 51(10), pp. 2913–2917.
  12. Petosa, A., Ittipiboon, A., 2010. Dielectric Resonator Antennas: A Historical Review and the Current State of the Art. IEEE Antennas Propag. Mag., 52(5), pp. 91–116.
  13. Kishk, A., Huang, W., 2011. Size-Reduction Method for Dielectric Resonator Antennas. IEEE Antennas Propag. Mag., 53(2), pp. 26–38.
  14. Li, R., Thompson, D., Papapolymerou, J., Laskar, J. and Tentzeris, M.M., 2005. A new excitation technique for wide-band short backfire antennas. IEEE Trans. Antennas Propag., 53(7), pp. 2313–2320.   
  15. Kuo, Y., Wong, K., 2003. Printed double -T monopole antenna for 2.4/5.2 GHz dual-band WLAN operations. IEEE Trans. Antennas Propag., 51(9), pp. 2187–2192.
  16. Chen, H-D., Chen, H-T., 2004. A CPW-Fed dual-frequency monopole antenna. IEEE Trans. Antennas Propag., 52(4), pp. 978–982.
  17. Nakano, H., Ikeda, N., Wu, Y-Y., et al., 1998. Realization of dual-frequency and wide-band VSWR performances using normal-mode helical and inverted-F antennas. IEEE Trans. Antennas Propag., 46(6), pp. 788–793.
  18. Baudry, D., 2007. Applications of the Near-Field Techniques in EMC Investigations, Electromagnetic Compatibility. IEEE Trans. Electromagn. Compat., 49(3), pp. 485–493.  
  19. Coman, C.I., Lager, I.E., Ligthart, L.P., 2004. The Design of a Matching Circuit for Dielectric-filled Open-ended Waveguide Antenna. In: Proc. European Radar Conf. (EuMW’2004). Amsterdam, Netherlands, 11–15 October 2004, pp. 73–76.
  20. Thaysen, J., Jakobsen, K., Appel-Hansen, J., 2001. A Logarithmic Spiral Antenna for 0.4 to 3.8 GHz. Appl. Microwave Wireless, 13(2), pp. 32–46.
  21. Fu, W., Lopez, E.R., Rowe, W.S.T., Ghorbani, K., 2008. A Compact Broadband spiral antenna, school of electrical and computer engineering. In: Proc. Microwave Asia-Pacific Conf. (APMC’08). Hong Kong, 16–20 December 2008.
  22. Lopez, W., Rowe, E., Ghorbani, W., 2010. A planar dual-arm equiangular spiral antenna. IEEE Trans. Antennas Propag., 58(5), pp. 1775–1779.
  23. Lee, S., Lee, J., Joong, Y., 2011. Wideband thick-arm spiral antenna for ingestible capsules. Microwave Opt. Technol. Lett., 53(3), pp. 529–532. 
  24. Schreider, L., Begaud, X., Soiron, M., Perpere, B., 2004. Archimedean microstrip spiral antenna loaded by chip resistors inside substrate. In: IEEE Int. Antennas and Propagation Society Symp. Proc. Monterey, California, USA, 20–25 June 2004, pp. 1066–1069. 
  25. Eubanks, T., Chang, K., 2010. A Compact Parallel-Plane Perpendicular-Current Feed for a Modified Equiangular Spiral Antenna. IEEE Trans. Antennas Propag., 58(7), pp. 2193–2202.
  26. Fu, W., Lopez, E. R., Scott, J., Rowe, W. S. T., Ghorbani, K., 2007. Broadband equiangular spiral antenna with embedded chip resistors. In: Proc. Microwave Asia-Pacific Conf. (APMC’07), Bangkok, Thailand, 11–14 December 2007. 
  27. Wang, G., Bavisi, A., Woods, W., Ding, H., Mina, E., 2011. A 77-GHz Marchand balun for antenna applications in BiCMOS technology. Microwave Opt. Technol. Lett., 53(3), pp. 664–666.
  28. Salem, P., Wu, C., Yagoub, M.C.E., 2005. Novel ultra wideband printed balun design using the FEM and FDTD methods. In: Int. Antennas and Propagation Society Symp. (COPOL’05). Washington, DC, July 2005, pp. 643–646.
  29. Hung, K. F., Lin, Y. C., 2006. Simulation of Single-Arm Fractional Spiral Antennas for Millimeter Wave Applications. In: Proc. Int. Antennas and Propagation Society Symp. IEEE, Albuquerque, NM, 9–14 July 2006, P. 3697–3700.
  30. Bellion, A., Le Meins, C., Julien-Vergonjanne, A., Monediere, T., 2008. A New Compact Dually Polarized Direction Finding Antenna on the UHF Band. In: Proc. Int. Antennas and Propagation Symp. and USNC/URSI National Radio Science Meeting (APSURSI). San Diego, California, 5–15 July 2008.
  31. Sarkis, R., Mani, F. and Craeye, C., 2008. Amplitude and Phase Correction of the Radiation Pattern in Compact Planar Antenna Array for Direction Finding Applications. In: Proc. Int. Antennas and Propagation Symp. and USNC/URSI National Radio Science Meeting (APSURSI). San Diego, California, 5–15 July 2008.
  32. Lee, J., Chu, R., 1989. Aperture matching of a dielectric loaded circular waveguide element array. IEEE Trans. Antennas Propag., 37(3), pp. 395–399.
  33. Coman, C.I., Lager, I.E., Ligthart, L.P., 2004. Optimization of linear sparse array antennas consisting of electromagnetically coupled apertures. In: Proc. European Radar Conf. (EuMW’2004). The Netherlands, Amsterdam, 11–15 October 2004, pp. 302–304.
  34. Sharma, S., Shafai, L., 2005. Beam Focusing Properties of Circular Monopole Array Antenna on a Finite Ground Plane. IEEE Trans. Antennas Propag., 53(10), pp. 3406–3409.
  35. Bolomey, J.-C., Gardiol, F.E., 2001. Engineering application of the modulated scatterer technique. Boston–L.: Artech House.
  36. Baudry, D., 2007. Applications of the Near-Field Techniques in EMC Investigations. IEEE Trans Electromagn. Compat., 49(3), pp. 485–493.
  37. Bhardwaj, S., Rahmat-Samii, Y., 2014. Revisiting the Generation of Cross-Polarization in Rectangular Patch Antennas: A Near-Field Approach. IEEE Antennas Propag. Mag., 56(1), pp. 14–38.
  38. Sirenko, Y.K., 2002. Exact ‘absorbing’ conditions in outer initial boundary-value problems of electrodynamics of nonsinusoidal waves. Part 1: Fundamental theoretical statements. Telecommunications and Radio Engineering, 57(10,11), pp. 1–20.
  39. Ivanchenko, D., Ivanchenko, I., Korolev, A., Popenko, N., 2002. Experimental studies of X-band leaky-wave antenna performances. Microwave Opt. Technol. Lett., 35(4), pp. 277–281.
  40. Andrenko, A., Ivanchenko, I., Ivanchenko, D., Karelin, S., Korolev, A., Laz’ko, E., Popenko, N., 2006. Active Broad X-Band Circular Patch Antenna. IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., 5, pp. 529–533.
  41. Ivanchenko, I., Khruslov, M., Popenko, N., 2012. Diffraction Effects in the Cylindrical Monopole and Dielectric Disk Antennas. Radio phys. radio astron., 17(1), pp. 81–88.
  42. Ivanchenko, I., Popenko, N., Khruslov, M., 2012. Effect of diffraction-coupled Apertures on the monopole antenna performance. Radioelectronics & Informatics, 4, pp. 4–8.
  43. Ivanchenko, I., Popenko, N., Khruslov, M., Chernobrovkin, R., 2008. Beamforming features of the grounded dielectric substrate based X-band monopole antenna. Radioelectronics & Informatics, 4, pp. 4–10.
  44. Ivanchenko, I.V., Popenko, N.A., Khruslov, M.M., 2015. Small aperture axial-symmetric microwave radiators. LAP LAMBERT Academic Publishing (in Russia).  
  45. Ivanchenko, I.V., Popenko, N.A., 2013. Investigation of electromagnetic field distributions as a method for studying the characteristics of electrodynamic structures. Fizicheskie osnovy priborostroeniya, 2(1), pp. 18–33 (in Russian). 
  46. Radionov, S., Khruslov, M., Ivanchenko, I., Popenko, N., 2014. Beamforming by the metalized dielectric disk with off-axis excitation. Telecommunications and Radio Engineering, 73(15), pp. 1327–1337.
  47. Radionov, S.A., Ivanchenko, I.V., Popenko, N.A., Khruslov, M.M., 2015. Dielectric disk antenna. Ukraine. Pat. 97247 (in Russian).
  48. Radionov, S. A., Ivanchenko, I. V., Popenko, N. A., 2014. Bimodal dielectric disk antenna. In: Proc. 20th Int. Conf. Microwaves, Radar and Wireless Communications (MIKON 2014). Gdansk, Poland, 16–18 June 2014, pp. 116–118.
  49. Ivanchenko, I., Ivanchenko, D., Korolev, A., Popenko, N., Rаdionov, S., 2008. Mobile X-band direction finder. Radioelectronics & Informatics, 4, pp. 11–15.
  50. Radionov, S., Ivanchenko, I., Korolev, A., Popenko, N., 2008. Broadband SHF Direction-Finder. Radioengineering, 17(2), pp. 61–65.
  51. Rаdionov, S.A., Ivanchenko, I.V., Khruslov, M.M., Korolev A.M., Popenko, N.A., 2010. New X-Band Mobile Direction Finder. In: Microwave and Millimeter Wave Technologies: from Photonic Bandgap Devices to Antenna and Applications. Ed. by Prof. I. Minin. Publ. INTECH, pp. 273–288.
  52. Ivanchenko, I.V., Popenko, N.A., Khruslov, M.M., Shestopalov, Yu.V., Rönnow, D., 2016. Combined System of the Microstrip Antennas with Different Frequencies. In: Proc. 22nd Int. Conf. Applied Electromagnetics and Communications (ICECom 2016). Dubrovnik, Chroatia, 19–21 September 2016.
  53. Chernobrovkin, R., Ivanchenko, I., Pischikov, V., Popenko, N., 2012. UWB equiangular spiral antenna for 7.5–40GHz. Microwave and optical technology letters, 54(9), pp. 2190–2194.
  54. Chernobrovkin, R., Ivanchenko, D., Ivanchenko, I., Popenko, N., Pishikov, V., 2014. A compact broadband spiral antenna for millimeter wave applications. Microwave and optical technology letters, 56(2), pp. 293–297.
  55. Khruslov, М., 2013. K band Antennas Conjugated with a Metal Waveguide. Radioelectronics & Informatics, 1, pp. 8–11.
  56. Ivanchenko, I., Khruslov, M., Plakhtiy, V., Popenko, N., Rönnow, D., 2016. X-band aperture antenna with the hybrid dielectric insert. Progress in Electromagnetics Research C, 61, рр. 27–35.
  57. Chernobrovkin, R., Ivanchenko, I., Popenko, N., 2007. A Novel V-band Antenna for Nondestructive Testing Techniques. Microwave Opt. Technol. Lett., 49(7), pp. 1732–1735.
  58. Chernobrovkin, R., Ivanchenko, I., Ligthart, L., Korolev, A., Popenko, N., 2008. Wide-angle X-band antenna array with novel radiating elements. Radioengineering, 17(2), pp. 72–76.
  59. Ivanchenko, I., Popenko, N., Pishchikov, V., Khruslov, М., Chernobrovkin, R., 2014. The features of radiation formation by the small-aperture SHF antennas. Telecommunications and Radio Engineering, 73(2), pp. 135–150.