Л.И. Пономарев1, Е.В. Манаенков2, О.В. Терехин3, А.А. Васин4, А.Ю. Ганицев5, А.Ю. Щербачев6

1,3–6 Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (Москва, Россия)

2 АО ЦКБА (г. Тула, Россия)

Постановка проблемы. В настоящее время активно ведутся разработки фазированных антенных решеток (ФАР), обладающих возможностью работы в двух и более диапазонах частот с широким сектором сканирования. Такая возможность может быть обеспечена разными способами. Одним из распространенных способов является совмещение излучателей различных диапазонов частот в пределах единой излучающей апертуры. Это приводит к взаимодействию между излучателями, что вызывает искажения характеристик направленности, импеданса и поляризационных свойств. Другим способом создания многодиапазонной ФАР является использование многочастотных или широкополосных излучателей и частотно-разделительных фильтров.

Цель. Рассмотреть возможные конструкции излучателей различных диапазонов, способов их питания и совмещения в преде-лах единой излучающей апертуры с точки зрения дальнейшего моделирования двух- и более диапазонной совмещенной ФАР.

Результаты. Приведен обзор различных конструкций совмещенных ФАР, применяемых в различных радиоэлектронных системах. Отмечены основные характеристики таких антенн и проведено их сравнение для выявления наиболее перспективной схемы ФАР, обеспечивающей заданные сектор сканирования и полосу рабочих частот в пределах каждого диапазона.

Практическая значимость. Результаты проведенного обзора могут быть использованы при разработке и моделировании двухдиапазонных совмещенных ФАР.

Пономарев Л.И., Манаенков Е.В., Терехин О.В., Васин А.А., Ганицев А.Ю., Щербачев А.Ю. Двухдиапазонные совмещенные
фазированные антенные решетки // Успехи современной радиоэлектроники. 2022. T. 76. № 5. С. 5–25. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j20700784-202205-01

1. Пономарев Л.И., Степаненко В.И. Сканирующие многочастотные совмещенные антенные решетки. М.: Радиотехника. 2009.
2. Liu Sh., Jiang K., Xu G., Ding X., Zhang K., Fu J., Wu Q. A dual-band shared aperture antenna array in Ku/Ka-bands for beam scanning applications // IEEE Access. 2019. V. 7. P. 78794–78802.
3. Valavan S.E., Tran D., Yarovoy A.G., Roederer A.G. Dual-band wide-angle scanning planar phased array in X/Ku-bands // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2014. V. 62. № 5. P. 2514–2521.
4. Puskely J., Yarovoy A.G., Roederer A.G. Dual-band antenna element for L-band and S-band phased array // 2016 European Radar Conference (EuRAD). 2016. P. 266–269.
5. Haider N., Yarovoy A.G., Roederer A.G. L/S-band frequency reconfigurable multi-scale phased array antenna with wide angle scanning // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2017. V. 65. № 9. P. 4519–4528.
6. Bai Ch.X., Cheng Y.J., Ding Y.R., Zhang J.F. A metamaterial-based S/X-band shared-aperture phased-array antenna with wide beam scanning coverage // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2020. V. 68. № 6. P. 4283–4292.
7. Bai Ch.X., Cheng Y.J. An S/X dual-band shared-aperture phased array antenna // 2019 IEEE MTT-S International Wireless Symposium. 2019. P. 1–3.
8. Valavan S.E., Tran D., Yarovoy A.G., Roederer A.G. Planar dual-band wide-scan phased array in X-band // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2014. V. 62. № 10. P. 5370–5375.
9. Guo J., Xiao Sh., Liao Sh., Wang B., Xue Q. Dual-band and low-profile differentially fed slot antenna for wide-angle scanning phased array // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2018. V. 17. № 2. P. 259–262.
10. Ding Y.R., Cheng Y.J. Ku/Ka dual-band dual-polarized shared-aperture beam-scanning antenna array with high isolation // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2019. V. 67. № 4. P. 2413–2422.
11. Zhang H., Wan Y., Yu S., Yu D. A K/Ka dual-band shared-aperture array design // 2018 International Applied Computational Electromagnetics Society Symposium – China. 2018. P. 1–2.
12. Zou W.-M., Qu Sh.-W., Yang Sh. A low profile dual-band dual-polarized shared-aperture antenna // 2017 International Applied Computational Electromagnetics Society Symposium. 2017. P. 1–2.
13. Song A.H., Cheng Y.J., Wang L. Ku/Ka-band shared-aperture phased array antenna with feedline perpendicular to radiation aperture // 2021 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology. 2021. P. 1–3.
14. Puskely J., Yarovoy A.G., Roederer A.G. Two-port dual-band microstrip square-ring antenna for radar applications // 2016 European Radar Conference (EuRAD). 2016. P. 1–5.
15. Xu L., Wan Y., Yu D. Research of dual-band dual circularly polarized wide-angle scanning phased array // 2019 IEEE 2nd International Conference on Automation, Electronics and Electrical Engineering. 2019. P. 22–25.
16. Tang B., Wu Sh., Yu W. Design of C/Ka dual-band wideband and wide-angle scanning multifunction phased array // IET International Radar Conference. 2015. P. 12–16.
17. Valavan S.E., Tran D., Yarovoy A.G., Roederer A.G. Linear dual-band phased arrays with wide-angle scanning capability // Proceedings of 12th European Radar Conference. 2015. P. 461–464.
18. Wang B., Lin X.Q., Yang X. Dual-band wide-angle scanning phased array composed of stacked patch antennas // 2020 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology. 2020. P. 1–3.
19. Kwon G., Park J.Y., Kim D.H., Hwang K.Ch. Optimization of a shared-aperture dual-band transmitting/receiving array antenna for radar applications // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2017. V. 65. № 12. P. 7038–7051.
20. Han M., Kim J., Park D., Kim H., Choi J. Dual polarized array antenna for S/X band active phased array radar application // Journal of the Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science. 2010. V. 10. № 4. P. 309–315.
21. Dong T., Li K., Xia Zh., Li X. A low-profile shared-aperture dual-band broadband antenna array for SAR applications // 2020 50th European Microwave Conference (EuMC). 2021. P. 37–40.
22. Sun Zh., Esselle K.P., Zhong Sh.-Sh., Guo Y.J. Shared-aperture dual-band dual-polarization array using sandwiched stacked patch // Progress In Electromagnetics Research C. 2014. V. 52. P. 183–195.
23. Qu X., Zhong S.S., Zhang Y.M., Wang W. Design of an S/X dual-band dual-polarised microstrip antenna array for SAR applications // IET Microwave Antennas & Propagation. 2007. V. 1. № 2. P. 513–517.
24. Pokuls R., Uher J., Pozar D.M. Dual-frequency and dual-polarization microstrip antennas for SAR application // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1998. V. 46. P. 1289–1296.
25. Kothapudi V.K., Kumar V. Hybrid-fed shared aperture antenna array for X/K-band airborne synthetic aperture radar applications // IET Microwaves, Antennas and Propagation. 2020. P. 1–10.
26. Xu J., Lan B., Zhang J., Guo Ch., Ding J. A novel dual-band dual-polarized shared-aperture antenna with high isolation // International Journal of Microwave and Wireless Technologies. 2020. V. 12. P. 652–659.
27. Chen Y., Vaughan R.G. Dual-polarized L-band and single-polarized X-band shared-aperture SAR array // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2018. V. 66. № 7. P. 3391–3400.
28. Kothapudi V.K., Kumar V. Shared aperture antenna technology for SAR: A review of the theory and applications // Journal of Engineering Science and Technology Review. 2017. V. 10. № 3. P. 41–54.
29. Pozar D.M., Targonski S.D. A shared-aperture dual-band dual-polarized microstrip array // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2001. V. 49. № 2. P. 150–157.
30. Vallecchi A., Gentili G.B. An interlaced microstrip patch array antenna for dual-band dual-polarized operation // IEE Proceedings Microwaves Antennas and Propagation. 2002. P. 392–396.
31. Li K., Dong T., Xia Zh. A broadband shared-aperture L/S/X-band dual-polarized antenna for SAR applications // IEEE Access. 2019. V. 7. P. 51417–51425.
32. Гринев А.Ю., Измайлов А.А., Волков А.П. Двухдиапазонная совмещенная ОВЧ/УВЧ антенная система авиационного мониторинга земной поверхности // Антенны. 2019. № 4. С. 20–32.
33. Shafai L.L., Chamma W.A., Barakat M., Strickland P.C., Seguin G. Dual-band dual-polarized perforated microstrip antennas for SAR applications // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2000. V. 48. № 1. P. 58–66.
34. Mao Ch.-X., Gao S., Luo Q., Rommel T., Chu Q.-X. Low-cost X/Ku/Ka-band dual-polarized array with shared-aperture // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2017. V. 65. № 7. P. 3520–3527.
35. Sandhu A.I., Arnieri E., Amendola G., Boccia L., Meniconi E., Ziegler V. Radiating elements for shared aperture Tx/Rx phased arrays at K/Ka band // IEEE Transaction on Antennas and Propagation. 2016. V. 64. № 6. P. 2270–2282.
36. Kapusuz K.Y., Civi Ö.A., Yarovoy A.G. A dual-band wide-angle scanning phased array antenna in K/Ka bands for satellite-on-the-move applications // Proceedings of 11th European Conference on Antennas and Propagation. 2017. P. 1898–1902.
37. Naishadham K., Li R., Yang L., Wu T., Hunsicker W., Tentzeris M. A shared-aperture dual-band planar array with self-similar printed folded dipoles // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2013. V. 61. № 2. P. 606–613.
38. Yang G., Zhang Sh. A dual-band shared-aperture antenna with wide-angle scanning capability for mobile system applications // IEEE Transaction on Vehicular Technology. 2021. V. 70. P. 4088–4097.
39. Mao Ch.-X., Gao S., Wang Y., Luo Q., Chu Q.-X. A shared-aperture dual-band dual-polarized filtering-antenna-array with improved frequency response // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2017. V. 65. № 4. P. 1836–1844.
40. Gu L., Zhao Y.-W., Zhang Zh.-P., Wu L.-F., Cai Q.-M. A shared-aperture dual-band antenna design with low profile // 2018 IEEE International Conference on Computational Electromagnetics. 2018. P. 1–3.
41. Li T., Chen Zh.N. Metasurface-based shared-aperture 5G S/K-band antenna using characteristic mode analysis // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2018. V. 66. № 12. P. 6742–6750.
42. Zhang H., Wan Y., Yu S., Yu D. A K/Ka dual-band shared-aperture array design // 2018 International Applied Computational Electromagnetics Society Symposium – China. 2018. P. 1–2.
43. Zhou W.-L., Qu Sh.-W. Wide-band L/X dual-band share-aperture phased array antenna // 2021 International Applied Computational Electromagnetics Society Symposium. 2021. P. 1–2.
44. Guo Z.-J., Hao Zh.-Ch., Yin H.-Y., Sun D.-M., Luo G.Q. A planar shared-aperture array antenna with a high isolation for millimeter-wave low Earth orbit satellite communication system // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2021. V. 69. № 11. P. 7582–7592.
45. Sun H.-H., Ding C., Zhu H., Jones B., Guo Y.J. Suppression of cross-band scattering in multiband antenna arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2019. V. 67. № 4. P. 2379–2389.
46. Gal R., Shavit R. Optimal thinning techniques of antenna phased arrays for dual band operation // 2019 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and USNC-URSI Radio Science Meeting. 2019. P. 49–50.
47. Gal R., Shavit R. Thinning satellite communication antenna arrays for dual band operation // 2018 IEEE International Conference on the Science of Electrical Engineering. 2018. P. 1–5.
48. He D., Yu Q., Chen Y., Yang Sh. Dual-band shared-aperture base station antenna array with electromagnetic transparent antenna elements // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2021. V. 69. № 9. P. 5596–5606.
49. Задорожный В.В., Ларин А.Ю., Чиков Н.И. Современное состояние и перспективы развития излучающих систем активных фазированных антенных решеток // Антенны. 2022. № 1. С. 5–25. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202201-01.