350 руб
Журнал «Радиотехника» №8 за 2020 г.
Статья в номере:
Антенны на основе частотно-селективных структур со свойствами частично отражающей поверхности
Тип статьи: научная статья
DOI: 10.18127/j15604128-201901-06
УДК: 621.396
Ключевые слова: Антенная система частотно-селективная структура частично-отражающая поверхность эквивалентная схема Т-волна антенна вытекающей волны.
Авторы:

А.Ю. Гринев – д.т.н., профессор, 

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) E-mail: grinevau@yandex.ru

А.А. Измайлов – аспирант, 

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

E-mail: yustas1993@yandex.ru

А.А. Цитович – инженер 1-й кат., 

АО «НПП «Исток» им. Шокина» (г. Фрязино, Моск. обл.) E-mail: alekseytsitovich@gmail.com

Аннотация:

Постановка проблемы. Двумерные антенные системы (АС) на основе частотно-селективных структур со свойствами со свойствами частично отражающей поверхности интерпретируется как резонансные антенны Фабри–Перо [16−29] или как антенны вытекающей волны [30−37]. В первом случае АС анализируются методом эквивалентных схем на основе модели  T-волны (transverse equivalent network – TEN), а во втором случае – с помощью модели вытекающей волны в структуре, имеющей вид двумерной цилиндрической волны, распространяющейся радиально от источника (излучателя) вдоль структуры. Полноволновое численное моделирование – необходимый инструмент на разных этапах, существенно зависящий от его вычислительных ресурсов.

Цель. Предложить методику аналитической оценки основных параметров и характеристик обсуждаемых антенных систем (структуры и геометрии, рабочей полосы частот, коэффициента усиления, диаграммы направленности и т.д.), обобщающую результаты, полученные как методом эквивалентных схем на основе модели T-волны, так и на модели двумерной антенны вытекающей волны

Результаты. Предложена методика аналитической оценки основных параметров и характеристик двумерных антенн на основе частотно-селективных структур со свойствами частично отражающей поверхности (структуры и геометрии, рабочей полосы частот, коэффициента усиления, диаграммы направленности и т.д.). Обобщены результаты, полученные как методом эквивалентных схем на основе модели T-волны, так и на модели двумерной антенны вытекающей волны.

Практическая значимость. Рассмотренная методика позволяет на начальном этапе получить аналитические оценки основных параметров и характеристик двумерных антенных систем на основе частотно-селективных структур со свойствами частично отражающей поверхности.

Страницы: 61-93
Для цитирования

Гринев А.Ю., Измайлов А.А., Цитович А.А. Антенны на основе частотно-селективных структур со свойствами частично отражающей поверхности // Электромагнитные волны и электронные системы. 2019. Т. 24. № 1. C. 37−51. DOI: 10.18127/j15604128-201901-06.

Список источников
  1. Felsen L.B., Marcuvitz N. Radiation and Scattering of Waves. 2-nd ed. New York. 2003.
  2. Вайнштейн Л.А. Открытые резонаторы и открытые волноводы. М.: Сов. радио. 1966. 474 с.
  3. Шестопалов В.П., Кириленко А.А., Масолов С.А.,Сиренко Ю.К. Резонансное рассеяние волн. Т. 1. Дифракционные решетки. Киев: Наукова Думка. 1986. 232 с.
  4. Галишникова Т.Н., Ильинский А.С. Метод интегральных уравнений в задачах дифракции волн. М.: МАКС Пресс. 2013. 248 с.
  5. Электродинамика антенн с полупрозрачными поверхностями: методы конструктивного синтеза                   / Под ред. Б.З. Каценеленбаума и А.Н. Сивова. М.: Наука.1989. 176 с.
  6. Конторович М.И., Астрахин М.И., Акимов В.П., Ферсман Г.А. Электродинамика сетчатых структур. М.: Радио и связь. 1987. 135 с.
  7. Electromagnetic Theory of Gratings / Ed. R. Petit. New York: Springer-Verlag. 1980.
  8. Applications of Metamaterials. Edited by F. Capolino. CRC Press. 2005.
  9. Modern antenna handbook / Ed. C.A. Balanis. John Wiley & Sons. 2008. Ch. 7. P. 325−367.
  10. Frontiers in antennas: next generation, design & engineering. Ed. Frank B. Gross. McGrow-Hill. 2011. Ch. 9. P. 339−409.
  11. Pozar D.M. Microwave Engineering. NJ (USA): JohnWiley & Sons. 2012. 732 p.
  12. Yang F., Rahmat-Samii Y. Electromagnetic Band Gap Structures in Antenna Engineering. Cambridge University Press. 2009. 266 p.
  13. Tretyakov S. Analytical modeling in applied electromagnetics. Artech House. 2003. 272 p.
  14. Vardaxoglou J.C. Frequency-Selective Surfaces: Analysis and Design. Taunton. U.K.: Res. Studies Press. 1997. 298 p.
  15. Munk B.A., Frequency Selective Surfaces: Theory and Design. First Edition. Wiley, New York. 2000. 440 p.
  16. Trentini G.V. Partially reflecting sheet arrays // IRE Trans. Antennas Propagation. 1956. № 4. P. 666−671.
  17. Feresidis A.P., Vardaxoglou J.C. High gain planar antenna using optimized partially reflective surfaces // IEE Proceedings Microwaves. Antennas and Propagation. 2001. V. 148. № 6. P. 345−350.
  18. Wang N., Liu Q., Wu C., et.al. Wideband Fabry-Perot resonator antenna with two сomplementary FSS layers // IEEE Trans. Antennas Propag. 2014.V. 62. № 5. P. 2463−2471.
  19. Wu Z-H., Zhang W-X. Broadband printed compound air-feed array antennas // IEEE antennas and wireless propagation letters. 2010. V. 9. P. 187−190.
  20. David F., Rafael F.S., Caldeirinha I.C. and et.al. Square loop and slot Frequency selective surfaces study for equivalent circuit model optimization // IEEE Trans. on Antennas Propagation. 2015. V. 63. № 9. P. 3947−3955.
  21. Hosseini S.A., Capolino F., Flaviis F. Q-band single-layer planar Fabry–Pérot cavity antenna with single integrated-feed // Progress In Electromagnetics Research. V. 52. 2014. P. 135−144.
  22. Gardelli R., Albani M., Capolino F. Array thinning by using antennas in a Fabry–Perot cavity for gain enhancement // IEEE Trans. on Antennas Propagation. 2006. V. 54. № 7. P. 1979−1989.
  23. Hosseini S.A., Capolino F., Flaviis F.D. A new formula for the pattern bandwidth of Fabry–Perot cavity antennas covered by thin frequency selective surfaces // IEEE Trans. Antennas Propagation. 2011. V. 59. № 7. P. 2724−2727.
  24. Hosseini S.A., Capolino F., Flaviis F.D. and et.al. Improved bandwidth formulas for Fabry–Pérot cavity antennas formed by using a thin partially-reflective surface // IEEE Trans. Antennas Propagation. 2014. V. 62. № 5. P. 2361−2367.
  25. Hosseini S.A., Flaviis F.D., Capolino F. Design formulas for planar Fabry–Pérot cavity antennas formed by thick partially reflective surfaces // IEEE Trans. Antennas Propagation. 2016. V. 64. № 12. P. 5487−5491.
  26. Hosseini S.A., Capolino F., Flaviis F. Q-band single-layer planar Fabry–Pérot cavity antenna with single integrated-feed // Prog. Electromagn. Res. 2014.V. 52. P. 135−144.
  27. Debogović T., Perruisseau-Carrier J. Array-Fed Partially Reflective Surface Antenna with Independent Scanning and Beam width Dynamic Control // IEEE Trans. Antennas Propagation. 2014. V. 62. № 1. P. 446−449.
  28. Lu Y.F., Lin Y.C. A hybrid approach for finite-size Fabry–Pérot antenna design with fast and accurate estimation on directivity and aperture efficiency // IEEE Trans. Antennas Propagation. 2013. V. 61. № 11. P. 5395−5401.
  29. Кюн Р. Микроволновые антенны. Л.: Судостроение 1967.
  30. Tamir T. Leaky wave antennas // Antenna Theory / Eds. R.E. Collin, F.J. Zucker. Part 2. Ch. 20. New York: McGraw-Hill. 1969.
  31. Jackson D.R., Oliner A.A. Leaky-Wave Antennas // Modern antenna handbook / Ed. C.A. Balanis. John Wiley & Sons. 2008. P. 325−369.
  32. Lovat G., Burghignoli P., Jackson D.R. Fundamental properties and optimization of broadside radiation from uniform leaky-wave antennas // IEEE Trans. Antennas Propagation. 2006. V. 54. № 5. P. 1442−1452.
  33. Burghignoli P., Lovat G., Capolino F., Jackson D.R., Wilton D.R. Directive leaky-wave radiation from a dipole source in a wiremedium slab // IEEE Trans. Antennas Propag. 2008. V. 56. № 5. P. 1329−1339.
  34. Ip A., Jackson D.R. Radiation from cylindrical leaky waves// IEEE Trans. Antennas Propagation. 1990. V. 38. № 6. P. 482−488.
  35. Zhao T., Jackson D.R., Williams J.T. and et.al. 2-D periodic leaky-wave antennas. Part I: Metal patch design // IEEE Trans. Antennas Propag. 2005. V. 53. № 11. P. 3505−3514.
  36. Guo X., Jackson D.R., Chen J., Capolino F., Wilton D.R. Leaky-wave analysis of Fabry–Pérot resonant cavity antennas // 2013 URSI Electromagnetic Theory Symposium. Japan. 2013.
  37. Guo X., Jackson D.R., Chen Ji, Capolino F., Wilton D.R. Leaky-Wave analysis of Fabry–Pérot resonant cavity antennas // Proceedings of the Intern. Symposium on electromagnetic theory. 2013. P. 1091−1093.
  38. Luukkonen O., Simovski C., Granet G., et. all. Simple and Accurate Analytical Model of Planar Grids and High-Impedance Surfaces Comprising Metal Strips or Patches // IEEE Trans. Antennas Propag. 2008. V. 56. № 6. P. 1624−1632.
  39. Taflove A., Hagness S.C. Computational electromagnetics: The finite-difference time-domain method. Artech House. 2005. 853 p.
  40. Volakis J.L., Chatterjee A., Kempel L.C. Finite element method for electromagnetic. New York: IEEE Press. 1998. 344 p.
  41. Sadiku M.N.O. Numerical technique in electromagnetics with MATLAB. CRC Press. 2009. 710 p.
  42. Costa F., Monorchio A., Manara G. Efficient analysis of frequency selective surfaces by a simple equivalent-circuit model // IEEE Transactions on antennas and propagation magazine. 2012. V. 54. № 4. P. 35−48.
  43. Sarabandi K., Behdad N. A frequency selective surface with miniaturized elements // IEEE Trans. Antennas Propag. 2007. V. 55. № 5. P. 1239−1245.
  44. Bayatpur F., Sarabandi K. Single-layer high-order miniaturized-element frequency-selective surfaces // IEEE Trans. on microwave theory and techniques. 2008. V. 56. № 4. P. 774−781.
  45. Al-Joumayly M., Behdad N. A new technique for design of low-profile, second-order, bandpass frequency selective surfaces // IEEE Trans. Antennas Propagation. Magazine. 2009. V. 57. № 2. P. 452−4459.
  46. Al-Joumayly M., Behdad N. A generalized method for synthesizing low-profile, band-pass frequency selective surfaces with nonresonant constituting elements// IEEE Trans. Antennas Propag. 2010. V. 58. № 12. P. 4033−4041.
  47. Kashanianfard M., Sarabandi K. Metamaterial inspired optically transparent Band-Selective ground planes for antenna application // IEEE Trans. Antennas Propag. 2013. V. 61. № 9. P. 4624−4631.
  48. Mingyun L., Minjie H., Zhe W. Design of multi-band frequency selective surfaces using multi-periodicity combined elements // Journal of Systems Engineering and Electronics. 2009. V. 20. № 4. P. 675−680.
  49. Zhang J.C., Yin Y.C., Zheng A.F. Double screen FSSs with multi-resonant elements for multiband, broadband applications // J. of Electromagn. Waves and Appl. 2009. V. 23. P. 2209−2218.
  50. Bayer H., Krauss A., Zaiczek T. and et. al. Ka-Band User Terminal Antennas for Satellite сcommunications // IEEE Antennas & Propagation Magazine. 2016. № 2. P. 76−88.
  51. Chaharmir M.R., Shaker J. Design of a multilayer X-/Ka-band frequency-selective surface-backed reflect array for satellite applications // IEEE Trans. on Antennas Propagation. 2015. V. 63. № 4. P. 1255−1262.
  52. Qin F., Gao S., Luo Qi, Mao C-X. and et. al. A simple low-cost shared-aperture dual-band dual-polarized high-gain antenna for synthetic aperture radars // IEEE Trans. on Antennas Propagation. 2016. V. 64. № 7. P. 2914−2922.
  53. Zhong S.S., Sun Z., Kong L.B., Gao C., Wang W., Jin M.P. Tri-band dual-polarization shared-aperture microstrip array for SAR applications // IEEE Trans. Antennas Propagation. 2012. V. 60. № 9. P. 4157−4165.
Дата поступления: 14 декабря 2018 г.