Д.А. Бухтияров1, А.П. Горбачев2, И.И. Пимонов3, Н.В. Тарасенко4

1 Научно-исследовательский институт космических и авиационных материалов (г. Переславль-Залесский, Россия)

2-4 Новосибирский государственный технический университет (г. Новосибирск, Россия)

1 ghostandfound@mail.ru; 2 apgor1904@yandex.ru; 3 ilapimonov21@gmail.com; 4 natalyavtarasenko@gmail.com

Постановка задачи. Дипольные директорные антенны (ДДА) почти столетие являются источниками линейно-поляризован-ных радиоволн в составе радиотехнических и инфокоммуникационных систем различного назначения. Характерная особенность таких антенн заключается в том, что в качестве их элементов (возбудителя, рефлектора и директоров) применяют ординарные диполи, питание которых осуществляется в их центрах на близко расположенных смежных клеммах. В 2013 г. в Российской Федерации был запатентован излучатель дипольного вида, питаемый не центре, а на его концах. При использовании такого излучателя в качестве возбудителя печатных ДДА, когда рефлектор и директоры по-прежнему реализуются из коротко замкнутых ординарных диполей, появляется возможность существенно упростить реализацию подводящих линий питания и значительно расширить номенклатуру используемых для симметрирования противофазных делителей мощности в отношении 1:1.

Цель. Используя базовые принципы системного подхода в проектировании ДДА, проанализировать излучательные характеристики печатных ДДА с модифицированным возбудителем дипольного вида при концевом его питании и реализации в виде сэндвича с полосково-щелевым переходом в центральном проводящем слое.

Результаты. Проанализированы излучательные характеристики перспективной ДДА с применением метода наводимых электродвижущих сил в каждом из этапов формирования печатной компоновочной схемы директорной антенны с согласующе-симметрирующим устройством с тремя проводящими слоями в сэндвиче из двух диэлектрических подложек с отверстием в центральном проводящем слое. Показано, что при сохранении преимуществ классических печатных ДДА в терминах формы диаграммы направленности (ДН), согласования, высокой линейности поляризации и полосы рабочих частот появляется возможность увеличения числа степеней свободы при оптимизации и настройке такой антенны: в полосе частот 2,6–3,0 ГГц при центральной частоте 2,8 ГГц обеспечивается приемлемое согласование (КСВН < 1,5) с 50-омным коаксиальным кабелем при коэффициенте усиления антенны 6,8 дБ; уровень кросс-поляризационного излучения в обеих плоскостях сечения главного лепестка ДН превышает -21 дБ. Показано, что в структуре собранной печатной ДДА в виде сэндвича отсутствуют какие-либо сквозные металлизированные отверстия, что способствует улучшению показателей производственной и эксплуатационной технологичности излучающих систем с такими антеннами, в том числе и фазированных антенных решеток (ФАР) с синтезированной апертурой. По результатам предварительных эскизных проектов подтверждена пригодность предлагаемой антенны для подавления эффектов ослепления многоэлементной решетки в более широких секторах сканирования за счет сокращения площади общей заземленной металлизации, вдоль которой по оси решетки может распространяться поверхностная поперечная квази-ТЕМ-волна. Установлено, что подавлению эффектов ослепления будет способствовать также и тот факт, что центральный проводящий слой сэндвича с круглым отверстием для щелевой связи не имеет каких-либо гальванических соединений с какими-либо проводящими фрагментами топологии антенны, а характеризуется «плавающим потенциалом».

Практическая значимость. Представленная ДДА может быть использована при реализации печатных излучателей с увеличенным числом степеней свободы при оптимизации (фактически при настройке), что особенно эффективно при проектировании многоэлементных антенных систем, в том числе и ФАР с синтезированной апертурой и предотвращением эффектов ослепления решетки в более широких секторах сканирования.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-29-20048, https://rscf.ru/project/24-29-20048.

Бухтияров Д.А., Горбачев А.П., Пимонов И.И., Тарасенко Н.В. Печатная директорная антенна с возбудителем дипольного вида, реализованная в виде сэндвича с отверстием в его центральной металлизации // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 1. С. 110−119. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202501-10

1. Модель А. М. Анализ антенн типа волновой канал // Радиотехника. 1954. Т. 9. № 1. С. 55-62.
2. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред. Д. И. Воскресенского. Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Радиотехника. 2012. 744 с.
3. Handbook of antenna technologies / Editor-in-Chief Z. N. Chen. Singapore: Springer. 2016. 3473 p.
4. Cai Y., Guo Y. J., and Qin P.-Y. Frequency switchable printed Yagi-Uda dipole sub-array for base station antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2012. V. 60. № 3. P. 1639-1642.
5. Abbosh A. Ultra-wideband quasi-Yagi antenna using dual-resonant driver and integrated balun of stepped impedance coupled structure // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2013. V. 61. № 7. P. 3885-3888.
6. Wu S.-J., Kang C.-H., Chen K.-H., and Tarng J.-H. A multiband quasi-Yagi type antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2010. V. 58. № 2. P. 593-596.
7. Qin P.-Y., Guo Y. J., and Ding C. A beam switching quasi-Yagi dipole antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2013. V. 61. № 10. P. 4891-4899.
8. Wu J., Zhao Z., Nie Z., and Liu Q. H. Broadband enhancement of a planar printed quasi-Yagi antenna with size reduction // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2014. V. 62. № 1. P. 463-467.
9. Tang M. C., Shi T., and Ziolkowski R. W. Flexible efficient quasi-Yagi printed uniplanar antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2015. V. 63. № 12. P. 5343-5350.
10. Zhang Z., Lin S., Sun Y., Liao S., Che W., and Xue Q. Low-profile shared-structure dual-polarized Yagi-Uda antennas // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2022. V. 21. № 4. P. 843-847.
11. Lu J., Zhang H. C., He P. H., Wang M., and Cui T. J. Pattern reconfigurable Yagi antenna based on active corrugated stripline // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2023. V. 71. № 1. P. 1011-1016.
12. Yin Y., Wu K. Endfire circularly polarized planar antennas: a review of their development // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2023. V. 65. № 2. P. 63-75.
13. Горбачев А.П., Тарасенко Н.В. Печатные двухдиапазонные директорные антенны // Радиотехника. 2014. № 12. С. 35-40.
14. Бухтияров Д.А., Горбачев А.П., Шведова А.В. Модифицированная дипольная антенна, питаемая круглым волноводом с доминантной волной ТЕ11 // Антенны. 2015. № 9(220). С. 44-52.
15. Патент № 2472261 (РФ). Дипольный излучатель / Бухтияров Д.А., Горбачев А.П., Филимонова Ю.О. Опубл. 10.01.2013. Бюл. № 1.
16. Buhtiyarov D.A., Gorbachev A.P., Zhelezko S.Yu. Improvement of the quasi-Yagi antenna performances by using an ends-fed dipole driver // Universal Journal of Electrical and Electronic Engineering. 2014. V. 2. № 1. P. 6-17. DOI: 10.13189/ujeee.2014.020102
17. Newest updates in physical science research, volume 6 // Edited by M. Rafatullah. - London, Tarakeswar. United Kingdom & India: BPI Publishing, 2021. Chapter 8: A novel approach to improve the quasi-Yagi antenna performances by using an ends-fed dipole driver / Buhtiyarov D.A., Gorbachev A.P., Zhelezko S.Yu. P. 121-135. DOI: 10.9734/bpi/nupsr/v6/2339F.
18. Alekseytsev S.A., Gorbachev A.P. The novel printed dual-band quasi-Yagi antenna with end-fed dipole-like driver // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2020. V. 68. № 5. P. 4088-4090.
19. Алексейцев С.А., Паршин Ю.Н. Двухдиапазонный излучатель дипольного вида с концевым возбуждением для двухдиапазонных планарных антенных решеток // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 5. С. 163-171. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202405-18.
20. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Энергия. 1975. 528 с.
21. Balanis C.A. Antenna theory. Analysis and design. 4th Edition // John Wiley & Sons Inc. Hoboken. New Jersey. 2016. 1072 p.
22. Reid J.R., Marsh E.D., Webster R.T. Micromashined rectangular-coaxial transmission lines // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2006. V. 54. № 8. P. 3433-3442.
23. Abbosh A. M., Bialkowski M. E., and Mazierska J. An UWB planar out-of-phase power divider employing microstrip-slot and parallel stripline-microstrip transitions // Proceedings of Asia-Pacific Microwave Conference. 2006. V. 1. P. 905-908. DOI: 10.1109/APMC.2006.4429559.
24. Джуринский К. Зарубежные и отечественные радиочастотные соединители: современное состояние // Компоненты и технологии. 2011. № 2. С. 38-43.