А. А. Слободяненко1, В. С. Кулик2
1 Новосибирский государственный технический университет (г. Новосибирск, Россия)
2 Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (г. Томск, Россия)

1 sepwood@gmail.com, 2 kulik_vs@mail.ru

Постановка проблемы. Точность определения диаграммы направленности (ДН) антенны на основе измерений ближнего поля напрямую связана с ошибками измерений, среди которых наибольшее влияние оказывают систематические ошибки, обусловленные влиянием измерительной антенны (зонда). С повышением частоты на результатах определения ДН также начинают сказываться ошибки позиционирования зонда, для минимизации которых требуется разработка высокоточных сканеров и специализированной технологической оснастки с возможностью ее прецизионной юстировки, обладающих высокой стоимостью производства. Поэтому крайне важной является разработка экономически более эффективного подхода, заключающегося не в устранении, а в коррекции ошибок путем введения соответствующих поправок в методы обработки и преобразования результатов измерений ближнего поля. Наиболее перспективным среди них является метод реконструкции источников, в котором влияние зонда может быть учтено путем обобщения уравнений связи между источниками и измеренными полями.

Цель. Разработать эффективный численный метод реконструкции источников, учитывающий положение и влияние измерительной антенны при измерениях ближнего поля, а также продемонстрировать возможность повышения точности определения ДН за счет соответствующей коррекции измерений.

Результаты. На основе строгих уравнений теории рассеяния, теоремы эквивалентности и теоремы взаимности предложен новый метод реконструкции источников, учитывающий приемные характеристики и положение зонда при измерениях ближнего поля. Эффективность предложенного метода достигнута за счет применения проекционных алгоритмов, основанных на последовательной и рандомизированной процедуре Качмажа, что экспериментально подтверждено на примере микрополосковой антенной решетки. Также экспериментально подтверждена возможность метода реконструкции источников по устранению систематической ошибки измерений, связанной с влиянием зонда.

Практическая значимость. Предложенный метод реконструкции источников может быть использован для повышения точности определения ДН антенны по результатам измерения ближнего поля при наличии ошибок позиционирования зонда.

Слободяненко А.А., Кулик В.С. Обобщенный метод реконструкции источников для антенных измерений в ближней зоне: теория и эксперимент // Антенны. 2026. № 1. С. 53–68. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202601-05

1. Банков С.Е., Курушин А.А. Проектирование СВЧ устройств и антенн с Ansoft HFSS // Журнал радиоэлектроники. 2009. № 5.
2. Ferrara F., Gennarelli C., Guerriero R. Near-field antenna measurement techniques / In Handbook of Antenna Technologies. Singapore: Springer. 2016. P. 2107–2163.
3. Chen H. et al. Use of computational electromagnetics to enhance the accuracy and efficiency of antenna pattern measurements // IEEE Journal on Multiscale and Multiphysics Computational Techniques. 2018. V. 3. P. 214–224.
4. Romodin V.B., Shebalkova L.V., Slobodyanenko A.A., Kulik V.S. Simulation approach to the probe correction methods in the near-field antenna measurements // 2024 IEEE 3rd International Conference on Problems of Informatics, Electronics and Radio Engineering (PIERE). Novosibirsk, Russian Federation. 2024. P. 170–175.
5. Бахрах Л.Д., Кременецкий С.Д., Курочкин А.П. и др. Методы измерений параметров излучающих систем в ближней зоне. Л.: Наука. 1985.
6. Newell A.C., Crawford M.L. Planar near-field measurements on high performance array antennas. 1974.
7. Appel-Hansen J. On cylindrical near-field scanning techniques // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2003. V. 28. № 2. P. 231–234.
8. Hansen J.E. Spherical near-field antenna measurements / In IEE Electromagnetic Waves Series 26. London, U.K.: Peter Peregrinus. 1988.
9. Taaghol A., Sarkar T.K. Near-field to near/far-field transformation for arbitrary near-field geometry, utilizing an equivalent magnetic current // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 1996. V. 38. № 3. P. 536–542.
10. Sarkar T.K., Taaghol A. Near-field to near/far-field transformation for arbitrary near-field geometry utilizing an equivalent electric current and MoM // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2002. V. 47. № 3. P. 566–573.
11. Colton D., Kress R. Integral equation methods in scattering theory. New York: John Wiley & Sons. 1983.
12. Alvarez Y., Las-Heras F., Pino M.R. Reconstruction of equivalent currents distribution over arbitrary three-dimensional surfaces based on integral equation algorithms // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2007. V. 55. № 12. P. 3460–3468.
13. Воронин Е.Н., Нечаев Е.Е., Шашенков В.Ф. Реконструктивные антенные измерения. М.: Наука. Физматлит. 1995.
14. Mojabi P. et al. Electromagnetic inversion for biomedical imaging, antenna characterization, and sea ice remote sensing applications // 2016 URSI Asia-Pacific Radio Science Conference (URSI AP-RASC). IEEE. 2016. P. 586–589.
15. López Y.A. et al. An improved super-resolution source reconstruction method // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2009. V. 58. № 11. P. 3855–3866.
16. Wang Y., Yagola A.G., Yang C. Optimization and regularization for computational inverse problems and applications. Springer. 2011.
17. Colinas J., Goussard Y., Laurin J.J. Application of the Tikhonov regularization technique to the equivalent magnetic currents near-field technique // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2004. V. 52. № 11. P. 3122–3132.
18. Bod M. et al. Hybrid Tikhonov source current reconstruction method for large-scale problems // IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2018. V. 12. № 1. P. 77–81.
19. Jørgensen E. et al. Antenna diagnostics on planar arrays using a 3D source reconstruction technique and spherical near-field measurements // 2012 6th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP). IEEE. 2012. P. 2547–2550.
20. Las-Heras F., Galocha B., Alvarez Y. On the sources reconstruction method application for array and aperture antennas diagnostics // Microwave and Optical Technology Letters. 2009. V. 51. № 7. P. 1664–1668.
21. Las-Heras F. et al. Evaluating near-field radiation patterns of commercial antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2006. V. 54. № 8. P. 2198–2207.
22. Cappellin C. et al. Array antenna diagnostics with the 3D reconstruction algorithm // 34th Annual Antenna Measurement Techniques Association Symposium. 2012. P. 117–121.
23. López Y.Á. et al. Geometry reconstruction of metallic bodies using the sources reconstruction method // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2010. V. 9. P. 1197–1200.
24. Persson K. et al. Radome diagnostics – source reconstruction of phase objects with an equivalent currents approach // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2014. V. 62. № 4. P. 2041–2051.
25. Quijano J.L.A. et al. Suppression of undesired radiated fields based on equivalent currents reconstruction from measured data // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2011. V. 10. P. 314–317.
26. Saporetti M. et al. Overview on combination of numerical modelling and near-field measurements for complex electromagnetic systems // 2020 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and North American Radio Science Meeting. IEEE. 2020. P. 1689–1690.
27. Mackenzie A.I., Rao S.M., Baginski M.E. Method of moments solution of electromagnetic scattering problems involving arbitrarily-shaped conducting/dielectric bodies using triangular patches and pulse basis functions // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2009. V. 58. № 2. P. 488–493.
28. Wexler A. Solution of waveguide discontinuities by modal analysis // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2003. V. 15. № 9. P. 508–517.
29. Balanis C.A. Advanced engineering electromagnetics. John Wiley & Sons. 2012.
30. Kuhn E. A mode-matching method for solving field problems in waveguide and resonator circuits // Archiv fur Elektronik und Ubertragungstechnik. 1973. V. 27. № 12. P. 511–518.
31. Nguyen C. Mode-matching method / In Analysis methods for RF, microwave, and millimeter-wave planar transmission line structures. John Wiley & Sons Limited. 2001.
32. Gibson W.C. The method of moments in electromagnetics. Chapman & Hall/CRC. Taylor & Francis Group, UK. 2008.
33. Rao S.M., Wilton D.R., Glisson A.W. Electromagnetic scattering by surfaces of arbitrary shape // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1982. V. 30. P. 409–418.
34. Kaczmarz S. Angenäherte auflösung von systemen linearer gleichungen // Bulletin International de l’ Académie Polonaise des Sciences et des Lettres. Cl. Sci. Math. Nat. A. 1937. V. 35. P. 355–357.
35. Слободяненко А.А., Кулик В.С. Верификация и оценка точности метода реконструкции источников в задачах определения диаграммы направленности антенн по измерениям электромагнитного поля в ближней зоне // Антенны. 2025. № 2. С. 66–85.
36. Joy E., Leach W., Rodrigue G. Applications of probe-compensated near-field measurements // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1978. V. 26. № 3. P. 379–389.
37. Francis M.H. et al. IEEE recommended practice for near-field antenna measurements. 2012.