350 rub
Journal Electromagnetic Waves and Electronic Systems №2 for 2010 г.
Article in number:
Waveguide Antenna Arrays with Multi-Layer Finite Dielectric Cover
Keywords: antenna arrays rectangular waveguides Green function vector potentials Galerkin technique Gegenbauer and Chebyshev polynomials
Authors:
M.B. Manuilov, G.P. Sinyavsky
Abstract:
A new rigorous full wave technique for analysis of rectangular waveguide antenna arrays with multi-layer finite flush-mounted dielectric cover has been proposed. The problem formulation takes into consideration the equally spaced antenna arrays of identical elements with rectangular or hexagonal grid, as well as unequally spaced arrays and combined arrays of waveguides with different dimensions. The initial EM radiation problem has been reduced to the system of integro-differential equations for magnetic currents on the apertures of waveguides and dielectric cover. The system of integro-differential equations has been obtained using continuity conditions for tangential magnetic field components on the apertures. Galerkin technique with weighted Chebyshev and Gegenbauer polynomials were employed to solve the obtained system. These basis functions explicitly take into account the field asymptotic at the edges of apertures, thus the fast convergence of solution is achieved. The presented numerical results confirm the fast convergence of the method. A parametric study of waveguide antenna arrays with finite multi-layer dielectric cover is considered, which includes the effect of dielectric cover on impedance matching, array efficiency and directivity. It was shown, that the wide-angle scanning arrays should have multi-layer dielectric cover with the number of layers no less than 2 for high impedance matching over operational frequency band. Moreover the permittivity of the lower dielectric sheet should be approximately equal to permittivity of the dielectric filling the waveguides. The electrical dimensions of two-layer dielectric covers have been evaluated for good impedance matching of arrays.
Pages: 33-41
References
  1. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток / под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радио и связь. 1994.
  2. Амитей Н., Галиндо В., Ву Ч. Теория и анализ фазированных антенных решеток. М.: Мир. 1974.
  3. Гостюхин В.Л., Гринева К.И., Трусов В.Н. Вопросы проектирования активных ФАР с использованием ЭВМ. М.: Радио и связь. 1983.
  4. Синани А.И. Антенные и волноводные системы в НИИП им. В.В.Тихомирова // Антенны. 2005. Вып. 2(93). С. 6-11.
  5. Синани А.И., Грибанов А.Н., Позднякова Р.Д., Алексеев О.С., Старшинова Е.И. Математическая модель бортовой АР // ХII Междунар. научн.-техн. конф. «Радиолокация. Навигация. Связь». г. Воронеж. 18-20 апреля 2006. Т. 1. С. 386-399.
  6. Скобелев С.П. Решетки связанных прямоугольных волноводов с секторными парциальными диаграммами направленности в Н-плоскости // Радиотехника. 1996. № 7. С.15-17.
  7. Sehm T., Lehto A., Raeisanen A.V. A Large Planar 39-GHz Antenna Array of Waveguide-Fed Horns // IEEE Trans. on Antennas and Prop. 1998. V. AP-46. Nо. 8. Р. 1189-1193.
  8. Sehm T., Lehto A., Raeisanen A.V. A High-Gain 58-GHz Box-Horn Array Antenna with Suppressed Grating Lobes // IEEE Trans. on Antennas and Prop. 1999. V. AP-47. No. 7. P. 1125-1130.
  9. Garland P., Aguirre J., Pao H.-Y., Lin H.-S., O-Neill D., Horton K. Manufacturing Challenges for a W-band Laminated Waveguide Phased Array // Proc. IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. AP-S 2008. 5-11 July 2008. P. 1-4.
  10. Aguirre J., Hsueh-Yuan Pao, Hung-Sheng Lin, Garland P., O'Neill D., Horton K.An LTCC 94 GHz antenna array // Proc. IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. AP-S 2008. 5-11 July 2008. P. 1-4.
  11. Мануилов Б.Д., Борисов Б.Г., Сариев К.Э., Шабловский В.М. Сравнение интегральных характеристик двумерных и трехмерных моделей волноводных решеток с покрытиями конечных размеров // Радиотехника. 1991. № 4. C. 60-62.
  12. Patel P.D., Bailey M.C. Effect of high-order mode coupling in dielectric covered finite array of dissimilar rectangular waveguides // IEEE Trans. on Antennas and Prop. 1997. V. AP-45. No. 12. P. 1749-1757.
  13. Neto А., Bolt R., Gerini G.,. Schmitt D. A Multimode Equivalent Network Approach for the Analysis of a "Realistic" Finite Array of Open Ended Waveguides // Proc. of 33rd Europ. MicrowaveConference. Munich. 2003. P. 1079-1082.
  14. Воскресенский Д.И., Кременецкий С.Д., Гринев А.Ю., Котов Ю.В. Автоматизированное проектирование антенн и устройств СВЧ. М.: Радио и связь. 1988.
  15. Cucini A., Albani M., Maci S. Truncated Floquet Wave Full-Wave (T(FW)2) Analysis of Large Periodic Arrays of Rectangular Waveguides // IEEE Trans. on Antennas and Propag. June 2003. V. 51. No. 6. P. 1373-1385.
  16. Focardi P., Freni A., Maci S., Vecchi G. Efficient Analysis of Arrays of Rectangular Corrugated Horns: The Synthetic Aperture Function Approach // IEEE Trans. on Antennas and Propag. February 2005. V. 53. No. 2. P. 601-607.
  17. Cucini A., Albani M., Maci S. Truncated Floquet Wave Full-Wave Analysis of large Phased Arrays of Open-Ended Waveguides with a Nonuniform Amplitude Excitation // IEEE Trans. on Antennas and Propag. June 2003. V. 51. No. 6. P. 1386-1394.
  18. Janpugdee P., Pathak P.H. A DFT-Based UTD Ray Analysis of Large Finite Phased Arrays on a Grounded Substrate // IEEE Trans. on Antennas and Propag. April 2006. V. 54. No. 4. P. 1152-1161.
  19. Enneking A., Arndt F. Fast spectral domain analysis of large finite microstrip patch arrays // IEEE AP-S Int. Symp. Digest, Orlando.L.  July 1999. P. 2092-2095.
  20. Enneking A., Beyer R., Arndt F. Rigorous Analysis of Large Finite Waveguide-Fed slot arrays including the mutual internal and external higher-order mode coupling // IEEE Antennas and Propag. Symp. Digest. July 2000. V. 38. P. 74-77.
  21. Erdemly Y., Volakis J.L. Analysis of large finite arrays using a new hybrid approach // Proc. of Millenium Conference on Antennas and Propagation. Davos. Switzerland. 9-14 April 2000.
  22. Каплун В.А. Радиопрозрачные обтекатели // Антенны, 2004. № 8-9(87-88). С. 109-116.
  23. Мануилов М.Б. Электродинамический метод анализа решеток прямоугольных волноводов с конечными диэлектрическими покрытиями // Радиотехника и электроника. 2003. Т. 48. № 6. С. 664-672.
  24. Мануилов М.Б. Волноводные антенные решетки с невыступающими диэлектрическими покрытиями // Электромагнитные волны и электронные системы. 2005. Т. 10. № 5. С. 63-66.
  25. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн. М.: Радио и связь. 1983.
  26. Ильинский А.С., Смирнов Ю.Г. Дифракция электромагнитных волн на проводящих тонких экранах (Псевдодифференциальные операторы в задачах дифракции). М.: ИПРЖР. 1996.
  27. Skarlatos A., Schuhmann R., Weiland T. Solution of Radiation and Scattering Problems in Complex Environments Using a Hybrid Finite Integration Technique-Uniform Theory of Diffraction Approach // IEEE Trans. on Antennas and Propag. October 2005. V. 53. No. 10. P. 3347-3357.
  28. CST Microwave Studio. http://www.cst.com/
  29. Котов Ю.В. Согласование волноводных излучателей антенных решеток с широкополосным и широкоугольным сканированием // Антенны. 2006. № 4(107). C. 29-39.