К. В. Люлюкин1, С. Л. Чернышев2, А. В. Жильцов3, Е. С. Литвинов3
1, 3, 4 НИИ РЭТ МГТУ имени Н.Э. Баумана (Москва, Россия)
2 МГТУ имени Н.Э. Баумана (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Применение низкопрофильных полосковых и микрополосковых излучателей, высота которых не превышает 0,1 длины волны в свободном пространстве, привлекательно для построения на их основе современных систем связи и радиолокации, что связано с их малыми массогабаритными характеристиками. Однако проектирование и разработка фазированных антенных решеток с широкоугольным сканированием луча на их основе имеют ряд проблем. К ним относятся относительно узкая полоса рабочих частот классических конструкций и топологий низкопрофильных излучателей, достаточно высокий уровень взаимного влияния излучателей, который приводит к рассогласованию излучателей при широкоугольном сканировании луча, а в отдельных случаях к «ослеплению» фазированной антенной решетки. При этом в процессе разработки требуется обеспечить простоту и технологичность конструкции, а также минимальные массогабаритные характеристики.

Цель. Разработать полосковый излучатель линейной фазированной антенной решетки L-диапазона частот с относительной шириной рабочей полосы частот не менее 15% и линейной поляризацией, причем антенная решетка должна обеспечивать широкоугольное сканирование луча в секторе с углом раскрыва 90°, обладать максимальной простотой и технологичностью конструкции при минимальном профиле.

Результаты. Разработан макет излучающего раскрыва малоэлементной фазированной антенной решетки L-диапазона. Предложены два варианта исполнения на основе двух- и трехрезонансных низкопрофильных полосковых излучателей. Проведено полноволновое электродинамическое моделирование излучателя в канале Флоке и макета малоэлементной фазированной антенной решетки в сборе. Изготовлен макетный образец и проведено его экспериментальное исследование. Сделан вывод о хорошем совпадении теоретических и экспериментальных характеристик и об успешной разработке предложенного варианта полоскового излучателя для работы в составе линейной малоэлементной фазированной антенной решетки с относительной шириной полосы не менее 15% и сектором сканирования луча 90°.

Практическая значимость. На основе предложенных вариантов излучателей можно создавать типоряд как линейных, так и плоских низкопрофильных фазированных антенных решеток, работающих в широком секторе углов сканирования луча, с технологичным и простым в изготовлении излучателем. Данный вариант исполнения полосковых излучателей может быть масштабирован для применения и в других диапазонах частот с учетом ограничений, накладываемых технологией изготовления, связанных с минимально допустимыми размерами щелей в излучателе.

Люлюкин К.В., Чернышев С.Л., Жильцов А.В., Литвинов Е.С. Низкопрофильный широкополосный излучатель фазированной антенной решетки с широкоугольным сканированием луча // Антенны. 2022. № 6. С. 45–54. DOI: https://doi.org/10.18127/ j03209601-202206-03

1. Амитей Н., Галиндо В., Ву Ч. Теория и анализ фазированных антенных решеток. М.: Мир. 1974.
2. Bhattacharyya A.K. Phased array antennas – Floquet analysis, synthesis, BFNs and active array systems. Hoboken, NJ: Wiley. 2006.
3. Volakis J.L. Antenna engineering handbook. McGraw-Hill Education. 2007.
4. Синани А.И., Гринев А.Ю., Мосейчук Г.Ф., Багно Д.В., Зайкин А.Е., Ильин E.В. Результаты исследований и разработки излучающих систем антенных решеток // Антенны. 2021. № 5. С. 52–64. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202105-06.
5. Kumar G., Ray K.P. Broadband microstrip antennas. Artech House. 2003.
6. Pozar D., Schaubert D. Scan blindness in infinite phased arrays of printed dipoles // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1984. V. 32. № 6. P. 602–610.
7. Панченко Б.А., Князев С.Т., Нечаев Ю.Б., Николаев В.И., Шабунин С.Н. Электродинамический расчет характеристик полосковых антенн. М.: Радио и связь. 2002.
8. Bhattacharyya A.K. Phased array antennas – Floquet analysis, synthesis, BFNs and active array systems. Hoboken, NJ: Wiley. 2006.
9. Виленский А.Р., Литун В.И., Люлюкин К.В., Митрохин В.Н. Широкополосный печатный элемент антенной решетки с воздушной полостью в экране // Антенны. 2017. № 9. С. 13–25.
10. Vilenskiy A.R., Litun V.I., Lyulyukin K.V. Wideband beam steering antenna array of printed cavity-backed elements with integrated EBG structure // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2019. № 2. P. 245–249. DOI: 10.1109/LAWP.2018.2888487.
11. Ciydem M., Miran E.A. Dual-polarization wideband sub-6 GHz suspended patch antenna for 5G base station // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2020. V. 19. № 7. P. 1142–1146.
12. Belamgi S.B., Ray S. A compact suspended planar patch antenna for microwave imaging sensor array // Proceedings of the 2015 Third International Conference on Computer, Communication, Control and Information Technology (C3IT). 2015. P. 1–4.
13. Low X.N., Chen Z.N., Toh W.K. Ultrawideband suspended plate antenna with enhanced impedance and radiation performance // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2008. V. 56. № 8. P. 2490–2495.
14. Патент № 2722999 РФ. Антенно-фидерное устройство / А.В. Хомяков, В.П. Клапов, Е.В. Манаенков и др. Опубл. 05.06.2020. Бюл. № 16.
15. Bhardwaj S., Rahmat-Samii Y. C-shaped, E-shaped and U-slotted patch antennas: Size, bandwidth and cross-polarization characterizations // 2012 6th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP). 2012. P. 1674–1677.
16. Mozharov E.O., Noniashvili M.I., Lyulyukin K.V. Special aspects of backscattering amplitude characteristics measurement of small and ultrasmall RCS objects in Ka-band // ITM Web of Conferences. EDP Sciences. 2019. V. 30. P. 11013.