А.О. Касьянов1

1−3 ФГАОУ ВПУ Южный федеральный университет (г. Ростов-на-Дону, Россия)

Постановка проблемы. Настоящая статья посвящена исследованию поляризаторов на основе меандровых линий передачи (ПМЛП), выполненных в виде печатных дифракционных решеток. В статье показана возможность применения ПМЛП для достаточно эффективной трансформации поляризации поля линейной поляризации во вращающуюся с высоким коэффициентом эллиптичности ε и наоборот. Рассмотрен многослойный ПМЛП, составленный из одинаковых дифракционных решеток, выполненных в виде печатных линий передачи, ленточные токоведущие проводники которых имеют форму меандра. Требуется определить характеристики рассеяния ПМЛП и рассмотреть возможность использования таких поляризаторов в составе АФАР наземного терминала низкоорбитальной СПСС в L‑диапазоне частот для сокращения числа приемопередающих каналов.

Цель. На основе многопараметрического численного моделирования печатных поляризаторов на меандровых линиях передачи выработать рекомендации по построению ПМЛП с требуемыми радиотехническими, конструктивно-технологическими и массо-габаритными параметрами, а также исследовать возможность не только преобразования поляризации поля в широкой полосе частот, но и управления характеристиками рассеяния такого поляризатора.

Результаты. Найдены конструктивные решения, при которых предложенные поляризаторы обладают не только широкой полосой эффективного преобразования поляризации и согласования, но и вносят незначительные потери при пропускании волн, что особенно важно, так как они представляют собой микроволновые устройства проходного типа. Показано, что методика, использованная при моделировании поляризаторов, позволяет, опираясь на полученные ранее результаты моделирования в заданном диапазоне частот, применить их в требуемом частотном диапазоне. На основе проведенного численного исследования продемонстрирована возможность создания на базе полученных конструктивных решений поляризаторов с управляемыми поляризационными характеристиками и характеристиками согласования.

Практическая значимость. В результате проведенных численных исследований показано, что введение предложенных поляризаторов в состав многофункциональных антенных обтекателей из состава радиосистем различного назначения позволяет, как минимум, в два раза уменьшить число приемопередающих каналов таких систем, а следовательно, снизить затраты на их создание и повысить надежность их эксплуатации. Полученные результаты могут быть использованы при разработке поляризаторов, поскольку содержат достаточно широкий перечень рекомендаций для выбора наиболее подходящего конструктивно-технологического решения в соответствии с предъявляемыми к нему требованиями и имеющимися при этом неизбежными ограничениями.

Касьянов А.О. Результаты численного моделирования печатных поляризаторов на основе меандровых линий передачи // Электромагнитные волны и электронные системы. 2023. Т. 28. № 2. С. 43−56. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202302-06

1. Alonso J.M.I., Calderon G.A., Perez M.S. SIW antenna with polarized at Ku-band // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2015. V. AP-63. № 1. P. 2782−2786.
2. Касьянов А.О., Загребнев А.С., Логвиненко Е.Л., Чернышев А.С. Двухполяризационные сосредоточенно-распределенные фазированные антенные решетки L-, S‑диапазонов с полусферическим сектором обзора // Радиотехника. 2019. Т. 83. № 7(9). С. 194−201.
3. Doumanis E., Goussetis G., Gomez-Tornero J.L., Cahill R., Fusco V. Anisotropic impedance surfaces for linear to circular polarization conversion // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2012. V. AP-60. № 1. P. 212−219.
4. Zhang C., Wang Y., Zhu F., Wei G., J. Li, C. Wu, Gao S., Liu H. A planar integrated folded reflectarray antenna with circular polarization // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2017. V. AP-65. № 1. P. 385−390.
5. Касьянов А.О. Математическое моделирование и расчет характеристик рассеяния печатного частотно-избирательного антенного обтекателя // Известия ЮФУ. Технические науки. 2020. № 6 (216). С. 129−139.
6. Касьянов А.О. Антенный обтекатель с угловой фильтрацией на основе металлодиэлектрических дифракционных решеток // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 7. С. 70−79. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202107-11.
7. Касьянов А.О. Результаты численного исследования характеристик рассеяния антенных обтекателей на основе металлодиэлектрических дифракционных решеток // Известия ЮФУ. Технические науки. 2021. № 2(219). С. 91−105.
8. Касьянов А.О. Частотно-избирательный антенный обтекатель на основе металлодиэлектрических дифракционных решеток и перфорированных экранов // Антенны. 2021. № 3. С. 39−49. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202103-06.
9. Freiadenhoven T., Bertuch T., Stanko S., Notel D., Vorst D.I.L., Dallmann T. Design of a polarimetric rotating SIW-based reflector for polarimetric radar application // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2020. V. AP-68. № 11. P. 7414−7422.
10. Чулков В.И. Математическое моделирование многослойных поляризаторов на меандровых линиях // Радиотехника. 1994. № 9. С. 71−75.
11. Young L., Robinson L.A., Hacking C.A. Meander-line polarizer // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1973. V. AP-21. № 3. P. 376−378.
12. Terret C., Levrel J.R., Mahdjoubi K. Susceptance computation of a meander-line polarizer layer // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1984. V. AP-32. № 9. P. 1007−1011.
13. Chu R-S., Lee K-M. Analytical model of a multilayered meander-line polarizer plate with normal and oblique plane-wave incidence // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1987. V. AP-35. № 6. P. 652−660.
14. T.K. Wu. Meander-line polarizer for arbitrary rotation of linear polarization // IEEE Transactions on Microwaves Guided wave Letters. 1994. V. 4. № 6. P. 199−201.
15. Zhang J.C., Yin Y.Z., J.P. Ma. Mutifunctional meander line polarizer // Propagation Electromagnetic Res. Letters. 2009. V. 6. P. 55−60.
16. Bhattacharyya A.K. Analysis of multilayer infinite periodic array structures with different periodicities and axes orientations // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2000. V. AP-48. № 3. P. 357−369.
17. McNamara D.A. An octave bandwidth meanderline polarizer consists of five identical sheets //Antennas and Propagation Society International Symposium, June 1981. Los Angeles. CA, USA. 1981. P. 237−240. doi: 10.1109/ APS.1981.1148595.
18. Joyal M.-A., Laurin J.-J. Analysis and design of thin circular polarizers based on meander lines // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2012. V. AP-60. № 6. P. 3007−3011.
19. Patent U.S. Meanderline polarization twister / T.K. Wu., Helms D.L.,  4,786,914. Nov. 22. 1988.
20. Hwang K.C. Optimization of broadband twist reflector for Ku-band application // Electronics Letters. 31st January 2008. V. 44. № 3.
21. Касьянов А.О. Твист-поляризаторы на основе микрополосковых дифракционных решеток // Антенны. 2002. № 5(60). С. 34−39.
22. Delihacioglu K., Uckun S. Power reflection and transmission coefficients for meander-line polarizers with a chiral slab // ETRI Journal. February 2003. V. 25. № 1. P. 41−48.
23. Касьянов А.О. Применение печатных дифракционных решеток для управления поляризацией электромагнитных волн микроволнового диапазона // Известия ЮФУ. Технические науки. 2022. № 3. С. 38−60. DOI 10.18522/ 2311-3103-2022-3-38-60.
24. Касьянов А.О. Трансформаторы поляризации электромагнитных волн микроволнового диапазона на основе печатных дифракционных решеток // Известия ЮФУ. Технические науки. 2021. № 6. С. 17−34. DOI 10.18522/ 2311-3103-2021-6-17-34.
25. Касьянов А.О., Чернышев А.С. Проходные и отражательные дифракционные решетки, составленные из TFH-печатных переизлучателей // Известия ЮФУ. Технические науки. С. 100−101.
26. Касьянов А.О., Суматохин К.В. Результаты численного моделирования поляризаторов на основе микрополосковых дифракционных решеток меандрового типа // Известия ЮФУ. Технические науки. С. 98−99.
27. Касьянов А.О. Преобразование поляризации электромагнитных волн с помощью печатных дифракционных решеток в микроволновом диапазоне // Электромагнитные волны и электронные системы. 2022. № 1. С. 11−31. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202201-02
28. Улиг П., Новиков А. и др. Интеграция антенн в многослойные керамические подложки // Технологии в электронной промышленности. 2010. № 4. С. 54−60.
29. Касьянов А.О. Микроволновые поляризаторы на основе печатных дифракционных решеток меандрового типа // Известия ЮФУ. Технические науки. 2022. № 6. С. 172−192. DOI 10.18522/2311-3103-2022-6-172-192.