М.Т. Нгуен1, А.Ф. Алхадж Хасан2, Т.Р. Газизов3

1-3 Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (г. Томск, Россия)

1 nguyen.t.2213-2022@e.tusur.ru; 2 alhaj.hasan.adnan@tu.tusur.ru; 3 talgat@tu.tusur.ru

Постановка проблемы. Для дальнейшего развития антенных технологий требуется достижение компромисса между размерами, массой и требуемыми характеристиками антенн, поскольку разработка антенны с малыми размерами и массой может привести к снижению ее характеристик. В этой связи необходимы подходы и технологии, позволяющие достичь баланса между размерами, массой и характеристиками антенн с минимальными затратами на моделирование при проектировании антенн. Оптимизация процесса моделирования антенн - неотъемлемая часть сокращения временных и стоимостных ресурсов, затрачиваемых на моделирование. Разработка более эффективных и точных подходов к моделированию может существенно уменьшить затраты и повысить эффективность проектирования антенн. Для решения данной проблемы можно использовать аппроксимацию антенн проводной сеткой с применением оптимальной токовой сетки.

Цель. Провести верификацию модифицированного подхода к аппроксимации антенн проводной сеткой на примере рупорной антенны.

Результаты. Проведено сравнение результатов применения модифицированного подхода с данными, полученными измерением и вычисленными с помощью других подходов. Показано, что, используя модифицированный подход, можно моделировать разреженные структуры антенн с ме́ньшими вычислительными затратами (в 2,69 раза меньше памяти и 4,41 раза меньше времени) при массе, меньше в 1,64 раза, чем у исходной структуры. Обнаружено, что структура, полученная с помощью модифицированного подхода, имеет более низкий уровень боковых лепестков (на 1,92 дБ в плоскости Н и 0,93 дБ в плоскости Е).

Практическая значимость. Применение модифицированного подхода к аппроксимации антенн проводной сеткой в различных областях, включая телекоммуникации, радиотехнику и беспроводные сети, упрощает процесс моделирования и проектирования антенн. Разреженная структура антенны, полученная с помощью данного подхода, обладает существенно меньшей массой и может быть внедрена в производство без технических сложностей.

Нгуен М.Т., Алхадж Хасан А.Ф., Газизов Т.Р. Верификация модифицированного подхода к аппроксимации антенн проводной сеткой // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 12. С. 118−128. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202312-13

1. Бердникова Н.А., Белов О.А., Лопатин А.В. Исследование и оптимизация режима изготовления высокоточного композитного рефлектора антенны космического аппарата // Космические аппараты и технологии. 2019. Т. 3. № 2(28). С. 59–72. DOI: 10.26732/2618-7957-2019-2-59-72.
2. Olivová J., Popela M., Richterová M., Štefl E. Use of 3D printing for horn antenna manufacturing // Electronics. MDPI AG. 2022. V. 11. № 10. P. 1539. DOI: 10.3390/electronics11101539.
3. Lukacs P., Pietrikova A., Vehec I., Provazek P. Influence of various technologies on the quality of ultra-wideband antenna on a polymeric substrate // Polymers. MDPI AG. 2022. V. 14. № 3. P. 507. DOI: 10.3390/polym14030507.
4. Masuk A., Balajti I. Mechatronics engineering aspects of VHF band antenna design of industry 4.0 applications // 2022 23rd International Radar Symposium (IRS), Gdansk, Poland. 2022. P. 77–82. DOI: 10.23919/IRS54158.2022.9905051.
5. Газизов Т.Р. Система компьютерного моделирования сложных структур проводников и диэлектриков // Материалы Всеросс. науч.-практич. конф., посвященной 40-летию ТУСУР. 2–4 октября 2002 г. В 2-х томах. Т. 1. Томск. С. 126–128.
6. Mahfuz M.H., Islam M.R., Park C.W., Elsheikh E.A., Suliman F.M., Habaebi M.H. Wearable textile patch antenna: challenges and future directions // IEEE Access. 2022. V. 10. P. 38406–38427. DOI: 10.1109/ACCESS.2022.3161564.
7. Boudjerda M., Reddaf A., Kacha A., Hamdi-Cherif K., Alharbi T.E.A., Alzaidi M.S., Alsharef M., Ghoneim S.S.M. Design and optimization of miniaturized microstrip patch antennas using a genetic algorithm // Electronics. MDPI AG. 2022. V. 11. № 14. P. 2123. DOI: 10.3390/electronics11142123.
8. Дремухин М.А., Наговицин В.Н. Разработка и моделирование неметаллической формообразующей оснастки для изготовления полимерных композиционных рефлекторов спутниковых антенн // Космические аппараты и технологии. 2021. № 4(38). C. 183–190. DOI: 10.26732/j.st.2021.4.01.
9. Al-Alem Y., Sifat S. M., Antar Y.M.M., Kishk A.A., Freundorfer A.P., Xiao G. Low-cost circularly polarized millimeter-wave antenna using 3D additive manufacturing // IEEE Access. 2022. V. 10. P. 20539–20546. DOI: 10.1109/ACCESS.2022.3152532.
10. Song L., Zhang B., Zhang D., Rahmat-Samii Y. Embroidery electro-textile patch antenna modeling and optimization strategies with improved accuracy and efficiency // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2022. V. 70. № 8. P. 6388–6400. DOI: 10.1109/TAP.2022.3145443.
11. Харрингтон Р.Ф. Применение матричных методов к задачам теории поля // Труды института инженеров по электронике и радиотехнике. 1967. № 2. С. 5–19.
12. Zheng S., Zhang P., Okhmatovski V.I. Analysis of benchmark biconical antenna with RWG method of moments for IEEE P2816 project // 2022 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and USNC-URSI Radio Science Meeting (AP-S/URSI). Denver, CO. USA. 2022. P. 649–650. DOI: 10.1109/AP-S/USNC-URSI47032.2022.9886141.
13. Jafari S.F., Shirazi R.S., Moradi G., Sibille A., Wiart J. Non-invasive absorbed power density assessment from 5G millimeter-wave mobile phones using method of moments // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2023. DOI: 10.1109/TAP.2023.3278834.
14. Hawkins J.D., Lok L.B., Brennan P.V., Nicholls K.W. HF Wire-mesh dipole antennas for broadband ice-penetrating radar // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2020. V. 19. № 12. P. 2172–2176. DOI: 10.1109/LAWP.2020.3026723.
15. Topa T. Porting wire-grid MoM framework to reconfigurable computing technology // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2020. V. 19. № 9. P. 1630–1633. DOI: 10.1109/LAWP.2020.3012587.
16. Карасев А.С., Степанов М.А. Синтез разреженной линейной антенной решетки с сохранением ширины главного лепестка и минимальным пиковым уровнем боковых лепестков при помощи генетического алгоритма // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2022. № 5. DOI: 10.30898/1684-1719.2022.5.5.
17. Черняк В.С. О свойствах MIMO РЛС с разреженными антенными решетками // Успехи современной радиоэлектроники. 2017. № 3. С. 61–70.
18. Kerzhner Y., Epstein A. Metagrating-assisted high-directivity sparse regular antenna arrays for scanning applications // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2023. V. 71, № 1. P. 650–659. DOI: 10.1109/TAP.2022.3222645.
19. Alhaj Hasan A., Klyukin D.V., Kvasnikov A.A., Komnatnov M.E., Kuksenko S.P. On wire-grid representation for modeling symmetrical antenna elements // Symmetry. 2022. V. 14. № 7. Р. 1354. DOI: 10.3390/sym14071354.
20. Alhaj Hasan A., Nguyen T.M., Kuksenko S.P., Gazizov T.R. Wire-grid and sparse MoM antennas: past evolution, present implementation and future possibilities // Symmetry. 2023. V. 15. № 2. Р. 378. DOI: 10.3390/sym15020378.