Д.Ю. Крюков1, А.В. Останков2, С.А. Антипов3, К.А. Разинкин4

1-4 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж, Россия)

Постановка проблемы. Эффективное функционирование большинства современных радиотехнических систем и комплексов в СВЧ- и КВЧ-диапазонах невозможно без использования антенн c высоким коэффициентом полезного действия (КПД), способных формировать в пространстве остронаправленные лучи диаграммы направленности (ДН). Применение в антеннах вытекающей волны дифракционного типа (АВВДТ) равномерного профиля излучающего раскрыва в реальных технических задачах не позволяет реализовать наилучшие характеристики антенны. Актуальной проблемой является установление наилучшей закономерности изменения профиля излучающего раскрыва, которое сможет обеспечить требуемую ширину главного лепестка ДН антенны при малом уровне бокового излучения.

Цель. Представить базовые методики проектирования АВВДТ с неравномерным профилем изучающего раскрыва и дать рекомендации по улучшению характеристик направленности антенны путем изменения глубины канавок и вариации в продольном направлении прицельного расстояния.

Результаты. Предложены методики и рекомендации, позволяющие реализовать структурно-параметрический синтез АВВДТ с неравномерным профилем излучающего раскрыва. В результате экспериментальных исследований показано, что глубинное профилирование позволяет скорректировать амплитудное распределение на раскрыве антенного полотна и обеспечить наилучшее согласование плоского диэлектрического волновода с гребенчатой дифракционной решеткой. Показано что для распределительно-излучающей системы, состоящей из 30 канавок с шагом 10 мм, на частоте 24 ГГц уровень боковых лепестков (УБЛ) составил -18,4 дБ, а коэффициент усиления (КУ) равен 25,4 дБ. Установлено, что вариация прицельного расстояния позволяет улучшить исходные показатели направленности антенны за счет повышения степени концентрации излучения в пределах главного лепестка ДН и снижения УБЛ, а также увеличить КУ антенны. Экспериментально установлено, что при изменении прицельного расстояния в соответствии с полученной закономерностью удается снизить УБЛ на 66% и одновременно увеличить КУ на 7% по сравнению со случаем постоянного прицельного расстояния.

Практическая значимость. С помощью предложенных методик можно реализовать синтез высокоэффективных АВВДТ. Результаты проведенного электродинамического моделирования позволяют оценить степень улучшения характеристик антенн при применении неравномерного профиля излучающего раскрыва. Представленные практические рекомендации по выбору конструктивных параметров АВВДТ могут быть использованы для построения перспективных систем беспроводной связи.

Крюков Д.Ю., Останков А.В., Антипов С.А., Разинкин К.А. Подходы к вариации профиля излучающего раскрыва антенны вытекающей волны дифракционного типа для улучшения характеристик направленности // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 7. С. 25-32. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202207-05

1. Останков А.В. Анализ и оптимизация дифракционной антенны поверхностной волны // Антенны. 2010. № 9(160). С. 44-53.
2. Steshenko S., Kirilenko A.A., Boriskin A.V., Zhadobov M., Sauleau R. Advanced Modeling of choke ring antennas for MM-wave applications // 6th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP-2012). 2012. P. 650-654.
3. Стешенко С.А. Синтез антенны вытекающих волн по заданному распределению поля на апертуре // Радиофизика и радиоастрономия. 2013. Т. 18. № 4. C. 373-380.
4. Wang D., Gillard R., Loison R. A notched dielectric resonator antenna unit-cell for 60 GHz passive repeater with endfire radiation // European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP-2014). 2014. P. 3167-3170.
5. Cai B.G., Li Y.B., Ma H.F., Jiang W.X., Cheng Q., Cui T.J. Leaky-wave radiations by modulating surface impedance on subwavelength corrugated metal structures // Scientific Reports. 2016. V. 6. Iss. 1. P. 23974.
6. Крюков Д.Ю., Останков А.В. Улучшение показателей направленности антенны дифракционного излучения методом вариации профиля излучающего раскрыва // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2022. Т. 18. №1. С. 79-90.
7. Останков А.В. Электродинамические модели резонансных гребенчатых структур для анализа и синтеза высокоэффективных дифракционных антенн: Автореф. дисс. … докт. техн. наук. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет». 2011. 415 с.
8. Останков А.В. Синтез излучающего гребенчатого раскрыва антенны вытекающей волны // Радиотехника. 2012. № 2. С. 38-44.
9. Крюков Д.Ю., Останков А.В. Оптимизация характеристик антенны дифракционного излучения за счет глубинного профилирования одномерной квазипериодической гребенчатой решетки // Сб. докл. 23-й Междунар. науч.-техн. конф. «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж. 2017. Т. 3. С. 1054-1060.
10. Крюков Д.Ю., Останков А.В. Особенности учета конечных размеров диэлектрического волновода и условий его несовершенного возбуждения в электродинамической модели антенны дифракционного излучения // Сб. трудов 24-й Междунар. науч.-техн. конф. «Радиолокация, навигация, связь». В 5-ти томах. Воронеж. 2018. С. 188-200.
11. Вирсански Э. Генетические алгоритмы на Python / Пер. с англ. А.А. Слинкина. М.: ДМК Пресс. 2020. 286 с.
12. Евдокимов А.П., Крыжановский В.В. Плоские антенные решетки с косекансной формой диаграммы направленности 8-мил-лиметрового диапазона волн // Электромагнитные волны и электронные системы. 2003. Т. 8. № 10. С. 52-58.
13. Евдокимов А.П., Крыжановский В.В. Дифракционные явления в антеннах вытекающих волн // Антенны. 2003. № 3-4(70-71). С. 50-56.
14. Мележик П.Н., Сидоренко Ю.Б., Провалов С.А., Андренко С.Д., Шило С.А. Плоскостная антенна дифракционного излучения радиолокационного комплекса миллиметрового диапазона // Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника. 2010. Т. 53. № 5. С. 12-21.
15. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радиотехника. 2012. 744 с.
16. Активные фазированные антенные решетки / Под ред. Д.И. Воскресенского, А.И. Канащенкова. М.: Радиотехника. 2004. 487 с.
17. Крюков Д.Ю., Останков А.В. Улучшение показателей направленности антенны дифракционного излучения методом вариации профиля излучающего раскрыва // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2022. Т. 18. № 1.
    С. 79-90.