А.О. Пелевин1, Г.Ф. Заргано2, А.М. Лерер3

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

1 Филиал ФГУП «Главный радиочастотный центр» в Южном  и Северо-Кавказском федеральных округах (г. Ростов-на-Дону, Россия)

Постановка проблемы. Волноводно-щелевые антенны являются широко используемым элементом для построения плоских фазированных антенных решеток (АР) [1-3]. Если эти элементы располагаются вплотную друг к другу, то период АР определяется линейным размером (в частности, шириной) волновода и напрямую зависит от рабочей длины волны [4, 5]. Таким образом, угловой интервал фазового сканирования для АР из волноводов с продольными щелями пропорционален отношению длины волны к ширине волновода. Соответственно, добиться расширения этого интервала можно либо уменьшив поперечное сечение волноводного элемента при заданной частоте либо увеличив рабочую длину волны при заданном сечении, что можно реализовать, либо используя гребневые волноводы (или П-волноводы) [6, 7], либо путем диэлектрического заполнения полости волновода [8-10]. Данная работа является развитием результатов, полученных в [11].

Цель. На основе CST-моделирования исследовать возможность построения фазированной АР из П-волноводов с частичным диэлектрическим заполнением в виде горизонтального слоя, параллельного широкой стенке. 

Результаты. Рассмотрены и оптимизированы параметры отдельного волноводно-щелевого элемента. Проанализированы антенные характеристики плоской АР с фазовым сканированием. Исследовано применение П-волновода с диэлектрическим заполнением для построения линейных и плоских щелевых АР. В результате проведенного моделирования установлено, что металлический гребень, расположенный по центру прямоугольного волновода, смещает рабочий диапазон АР вниз по частоте без смены поперечного сечения волновода, а диэлектрическое заполнение увеличивает длину волны без внесения изменений в конструкцию антенны. Показано, что в сравнении с планарными щелевыми АР на прямоугольных и П-волноводах с воздушным заполнением, АР на П-волноводах с диэлектрическим заполнением в процессе фазового сканирования обеспечивают бóльший угол отклонения главного лепестка диаграммы направленности, сохраняя низкий уровень ее побочного максимума.

Практическая значимость. Применение П-волноводов с частичным диэлектрическим заполнением позволяет построить планарную АР из четырнадцати 20-щелевых волноводных элементов сечением 16×8 мм с диэлектрическим слоем толщиной 

1 мм и диэлектрической проницаемостью ε1=2, которая обеспечивает возможность фазового сканирования в интервале ±45° при низком уровне побочного максимума ДН и коэффициенте усиления порядка 30 дБ для диапазона частот 9…10 ГГц.

Пелевин А.О., Заргано Г.Ф., Лерер А.М. Планарные щелевые антенные решетки на П-волноводах с диэлектрическим слоем // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 7. С. 108−114. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202107-15

1. Воскресенский Д.И. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток. М.: Радиотехника. 2012. 744 с.
2. Elliot R.S. Antenna Theory & Design. Wiley-IEEE Press. 2003. 612 p.
3. Обуховец В.А. Проектирование фазированных антенных решеток. Таганрог: Южный федеральный университет. 2016. 80 с.
4. Обуховец В.А. Сканирующая волноводная антенная решетка с диэлектрическим укрытием // Известия ЮФУ. Технические науки. 2016. № 5. С. 85−91.
5. Обуховец В.А. Расчет полей ФАР с многослойным укрытием. Антенны. 2015. № 8. С. 20−25.
6. Пелевин А.О., Земляков В.В., Заргано Г.Ф. Исследование характеристик щелевой антенной решетки на основе П-волноводов // Антенны. 2018. № 3. С. 3-7.
7. Пелевин А.О., Заргано Г.Ф., Вяткина С.А. Сравнительный анализ ФАР на прямоугольных и гребневых волноводах // Телекоммуникации. 2019. № 3. С. 22−28.
8. Егоров Е.В. Частично заполненные прямоугольные волноводы. М.: Советское радио. 1967. 216 с.
9. Заргано Г.Ф., Лерер А.М., Пелевин А.О. Исследование волноводно-щелевой антенной решетки с диэлектрическим заполнением // Физические основы приборостроения. 2020. № 3. С. 28−31.
10. Пелевин А.О., Лерер А.М., Заргано Г.Ф. Исследование антенных решеток на основе волноводно-щелевых антенн с диэлектрическим заполнением // Техника радиосвязи. 2021. Вып. 1(48). С. 42–47. 
11. Пелевин А.О., Заргано Г.Ф. Щелевые антенны на основе П-волновода с частичным диэлектрическим заполнением // Антенны. 2021. № 1. С. 5−10.
12. Фельдштейн А.Л. Справочник по элементам волноводной техники. М.-Л.: Государственное энергетическое издательство. 1963. 652 с.