С. Н. Бойко1, О. В. Корышев2, И. М. Трухачев3
1–3 АО «НИИ КП» (Москва, Россия)

1 boyko_sn@orkkniikp.ru, 2 koryshev_ov@orkkniikp.ru, 3 trukhachev_im@orkkniikp.ru

Постановка проблемы. Антенны линейной поляризации с диаграммами направленности (ДН) тороидального вида широко применяются в УКВ-радиосвязи, в частности для обмена сигналами между объектами на земной и водной поверхности. В подвижных объектах наиболее широко применяемыми являются четвертьволновые вибраторные антенны. Однако классические вибраторные антенны имеют сравнительно большой вертикальный размер, что может затруднять движение носителей такой аппаратуры через зоны габаритных ограничений (в тоннелях, под мостами или в лесистой местности). Альтернативой вибраторам могут служить короткозамкнутые кольцевые микрополосковые антенны (МПА) с типом колебаний E01, который порождает аксиально симметричное поле и, следовательно, поддерживает линейную поляризацию излучения при тороидальной форме ДН. Для уменьшения поперечных размеров короткозамкнутые кольцевые МПА могут быть свернуты, что позволит кратно уменьшить их радиальные размеры при незначительном росте размера по вертикали. Такой подход требует развития методики расчета согласования и ДН свернутых короткозамкнутых кольцевых МПА.

Цель. Предложить и апробировать методику расчета согласования и ДН для свернутой короткозамкнутой кольцевой МПА с осесимметричным полем.

Результаты. Приведены эквивалентная схема и методика расчета согласования и ДН свернутой короткозамкнутой кольцевой МПА с осесимметричным полем. Установлено, что расчет согласования с питающим фидером по предложенной методике обеспечивает относительную погрешность резонансных частот, определяемых по минимуму коэффициента стоячей волны по напряжению, менее 2%. Определены габаритные размеры четырехкратно свернутой короткозамкнутой кольцевой МПА: диаметр 0,096λ, высота 0,026λ, где λ – рабочая длина волны.

Практическая значимость. Предложенная методика расчета может быть успешно применена при проектировании низкопрофильных антенн УКВ-диапазона с тороидальной (всенаправленной) формой ДН.

Бойко С.Н., Корышев О.В., Трухачев И.М. Расчет свернутой короткозамкнутой микрополосковой антенны с тороидальной формой диаграммы направленности // Антенны. 2023. № 6. С. 21–34. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202306-03

1. Неганов В.А., Табаков Д.П., Яровой Г.П. Современная теория и практические применения антенн / Под ред. В.А. Неганова. М.: Радиотехника. 2009.
2. Кочержевский Г.Н., Ерохин Г.А., Козырев Н.Д. Антенно-фидерные устройства. М.: Радио и связь. 1989.
3. Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства. М.: Связь. 1977.
4. Войтович Н.И., Ершов А.В., Соколов А.Н. УКВ вибраторные антенны: Учеб. пособие. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ. 2002.
5. Овсянников В.В. Вибраторные антенны с реактивными нагрузками. М.: Радио и связь. 1985.
6. Volakis J. Antenna engineering handbook. Ed. 4th. New York: Mcgraw-Hill. 2007.
7. Ротхаммель К. Антенны: Пер. с нем. Изд. 11-е, испр. Т. 1. М.: ДМК Пресс. 2019.
8. Andrenko A., Ida I., Kikuzuki T. Dual-band patch antenna with monopole-like radiation patterns for BAN communications // 7th European Conference on Antennas and Propagation. Convened Sessions. 2013. P. 1922–1926.
9. Панченко Б.А., Нефедов Е.И. Микрополосковые антенны. М.: Радио и связь. 1986.
10. Банков С.Е., Давыдов А.Г., Папилов К.Б. Малогабаритные печатные антенны круговой поляризации // Журнал радиоэлектроники. 2010. № 8.
11. Podilchak S.K., Murdoch A.P., Antar Y.M.M. Compact, microstrip-based folded-shorted patches // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2017. V. 59. № 2. P. 88–95.
12. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн. М.-Л.: Энергия. 1967.
13. Wolf I., Knoppik N. Rectangular and circular microstrip disk capacitors and resonators // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1974. V. 22. № 10. P. 857–864.
14. Lin Y., Shafai L. Characteristics of concentrically shorted circular patch microstrip antennas // IEE Proceedings. 1990. V. 137. Pt. H. № 1. P. 18–24.
15. González V.P., Segovia D.V., Rajo E.I., Vázquez J.R., Martín C.P. Analysis of short circuited ring patch operated at TM01 mode // Revista Facultad de Ingeniería – Universidad de Tarapacá. 2005. V. 13. № 2. P. 21–30.
16. González V.P., Segovia D.V., Rajo E.I., Vázquez J.R., Martín C.P. Approximate analysis of short circuited ring patch antenna working at TM01 mode // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2006. V. 54. № 6. P. 1875–1879.
17. Liu Zh.-X., Zhu L., Liu N.-W. A compact omnidirectional patch antenna with ultrawideband harmonic suppression // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2020. V. 68. № 11. P. 7640–7645.
18. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Физматгиз. 1963.
19. Бойко С.Н., Зевакин Е.А., Корышев О.В., Трухачев И.М. Методика расчета входных характеристик вибраторной антенны с реактивными включениями // Радиотехника. 2020. № 5 (10). С. 53–66. DOI: 10.18127/j00338486-202005(10)-06.
20. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В, Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. Т. 2. СПб.: Питер. 2003.
21. Бойко С.Н., Зевакин Е.А., Корышев О.В., Трухачев И.М. Методика проектирования спиральных вибраторных антенн с реактивными включениями // Антенны. 2020. № 6. С. 54–67. DOI: 10.18127/j03209601-202006-07.
22. Васильев А. MathCad 13 на примерах. СПб.: БХВ-Петербург. 2006.