Проектирование многочастотной вибраторной антенны на меандровой линии с включениями резонансного типа и фрагментированной «плавающей землей

С.Н. Бойко; А.М. Егиазарян; О.В. Корышев; И.М. Трухачев

doi:10.18127/j00338486-202309-13

Проектирование многочастотной вибраторной антенны на меандровой линии с включениями резонансного типа и фрагментированной «плавающей землей

С.Н. Бойко¹, А.М. Егиазарян², О.В. Корышев³, И.М. Трухачев⁴

научная статья УДК 621.396.673 Страницы: 149-167 doi.org/10.18127/j00338486-202309-13

^1,2,3,4 АО «НИИ КП» (Москва, Россия)

Ключевые слова: Вибраторная антенна длинная линия LC-контур меандровая линия «плавающая земля»входной импеданс резонанс-ная частота диаграмма направленности

Аннотация

Постановка проблемы. В большинстве устройств УКВ-связи применяются многочастотные вибраторные антенны, среди которых вибраторные антенны с реактивными включениями являются наиболее компактными и простыми в изготовлении. Используемые на практике индуктивные включения в антеннах данного типа не обеспечивают отсечку токов на высших рабочих частотах, что приводит к искажениям в диаграммах направленности (ДН), а включения в виде резонансных контуров не обеспечивают достаточного укорочения вибраторной антенны из-за возникновения наведенных шунтирующих индуктивностей. Следовательно, необходимо создать многочастотные вибраторные антенны с совершенно иным механизмом работы.

Цель. Предложить вариант построения многочастотной вибраторной антенны, основанный на гибриде меандровой линии с включениями параллельных LC-контуров и фрагментированной «плавающей земли», сформировать эквивалентную схему расчета характеристик, разработать методику расчета характеристик вибраторных антенн данного типа (входного импеданса, КСВн, распределения тока по вибратору и ДН в дальней зоне), в соответствии с которой выполнить расчет характеристик несимметричного вибратора на меандровой линии с включениями и проверить полученные результаты.

Результаты. Представлена конструкция многочастотной вибраторной антенны на меандровой линии с включениями в виде параллельных LC-контуров и фрагментированной «плавающей землей». Приведена эквивалентная схема для расчета характеристик антенны. Описан алгоритм расчета входных характеристик и распределения токов в антенне (меандре и «плавающей земле»). Результаты расчета входного импеданса, КСВн, распределения токов и диаграмм направленности в вибраторной антенне с двумя LC-включениями контуров в меандровую линию проверены по КСВн и ДН в дальней зоне, полученным экспериментально. Анализ расчетных и экспериментальных данных подтвердил работоспособность предложенного подхода к проектированию многочастотных вибраторных антенн на меандровой линии.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании многочастотных вибраторных антенн УКВ-диапазона с включениями в виде резонансных контуров, обладающих идентичными ДН на всех рабочих частотах.

Поступила: 23.06.2023
Одобрена: 03.07.2023
Принята: 28.08.2023

Для цитирования

Бойко С.Н., Егиазарян А.М., Корышев О.В., Трухачев И.М. Проектирование многочастотной вибраторной антенны на меандровой линии с включениями резонансного типа и фрагментированной «плавающей землей» // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 9. С. 5-23. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202309-00

Список источников

Неганов В.А., Табаков Д.П., Яровой Г.П. Современная теория и практические применения антенн / Под ред. В.А. Неганова. М.: Радиотехника. 2009. 720 с.
Кочержевский Г.Н., Ерохин Г.А., Козырев Н.Д. Антенно-фидерные устройства. М.: Радио и связь. 1989. 352 с.
Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства. М.: Связь. 1977. 440 с.
Войтович Н.И., Ершов А.В., Соколов А.Н. УКВ вибраторные антенны: Учеб. пособие. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ. 2002. 85 с.
Овсянников В.В. Электрически малые вибраторные, спиральные и петлевые антенны // Радиофизика и электроника. 2017.
Т. 8(22). № 1. С. 57–67.
Volakis J. Antenna Engineering Handbook. 4th Ed. New York: Mcgraw-Hill. 2007. 1755 p.
Ротхаммель К. Антенны. Изд. 11-е, испр. 2019. 417 с.
Бойко С.Н., Зевакин Е.А., Корышев О.В., Трухачев И.М. Методика расчёта входных характеристик вибраторной антенны с реактивными включениями // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 5(10). С. 53–66. DOI: 10.18127/j00338486-202005(10)-06.
Бойко С.Н., Зевакин Е.А., Корышев О.В., Трухачев И.М. Методика проектирования спиральных вибраторных антенн с реактивными включениями // Антенны. 2020. № 6(268). С. 54–67.
Овсянников В.В. Вибраторные антенны с реактивными нагрузками. М.: Радио и связь. 1985. 120 с.
Weglarz V.M., Weisser C.F., Cohen J.S. Triple frequency, split monopole, emergency locator transmitter antenna. US 6,411,260 B1, H01Q 5/01, H01Q 9/32. Publ. 25.06.2002. Appl. No. 08/847,804.
Бойко С.Н., Егиазарян А.М., Корышев О.В., Трухачев И.М. Проектирование многочастотной вибраторной антенны с включениями в виде параллельных LC-контуров // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 5. С. 145−157. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202205-17.
Вычислительные методы в электродинамике / Под ред. Р. Митры. М.: Мир. 1977. 488 с.
Неганов В.А., Табаков Д.П., Морозов С.В. Математическая модель широкополосного тонкопроволочного электрического вибратора // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2015. Т. 18. № 4. С. 34–40.
Неганов В.А., Табаков Д.П. Сингулярные интегральные представления электромагнитного поля как средство корректного решения антенных задач// Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2014. Т. 17. № 3. С. 9–23.
Hosono R., Guan N., Tayama H., Furuya H. An Equivalent Circuit Model for Meander-line Monopole Antenna Attached to Metallic Plate // Proceedings of ISAP 2012. Nagoya. Japan. 2012. P. 1421-1424.
Rouissi I., Floc’h J.M., Travelsi H. Design of frequency reconfigurable multiband meander antenna using varactor diode for wireless communication // International Journal of Advanced Computer Science and Applications. 2017. V. 8. № 3. P. 159-164.
Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа. 1988. 432 с.
Бахарев С.И., Вольман В.И., Либ Ю.Н. и др. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств / Под ред. В.И. Вольмана. М.: Радио и связь. 1982. 328 с.
Щелкунов С.А., Фриис Г.Т. Антенны (Теория и практика) / Пер. с англ. под ред. Л.Д. Бахраха. М.: Советское радио. 1955. 604 с.
Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В, Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. Т. 2. СПб: Питер. 2003. 575 с.
Bhavarthe P.P., Rathod S.S., Reddy K.T.V. A Compact Dual Band Gap Electromagnetic Band Gap Structure // IEEE Transactions on antennas and propagation. 2019. V. 67. № 1. P. 596-600.
Демирчян К.С., Нейман Л.Р, Коровкин Н.В, Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. Т. 3. СПб: Питер. 2003. 463 с.
Olaode O.O., Palmer W.D., Joines W.T. Characterization of Meander Dipole Antennas with a Geometry-Based, Frequency-Independed Lumped Element Model // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2012. V. 11. P. 346–349.
Иоссель Ю.А., Кочанов Э.С., Струнский М.Г. Расчет электрической емкости. Изд. 2-е, перераб. и доп. Ленинград: Энерго-издат, Ленингр. отделение. 1981. 288 с.
Tan W., Shen Z. A Dual-Band Dual-Sleeve Monopole Antenna // IEEE Antennas and wireless propagation letters. 2017. V. 16.
P. 2951-2954.
Antoniades M.A., Eleftheriades G.V. Multiband Compact Printed Dipole Antennas Using NRI-TL Metamaterial Loading // IEEE Transactions on antennas and propagation. 2012. V. 60. № 12. P. 5613-5626.

[1] Неганов В.А., Табаков Д.П., Яровой Г.П. Современная теория и практические применения антенн / Под ред. В.А. Неганова. М.: Радиотехника. 2009. 720 с.

[2] Кочержевский Г.Н., Ерохин Г.А., Козырев Н.Д. Антенно-фидерные устройства. М.: Радио и связь. 1989. 352 с.

[3] Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства. М.: Связь. 1977. 440 с.

[4] Войтович Н.И., Ершов А.В., Соколов А.Н. УКВ вибраторные антенны: Учеб. пособие. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ. 2002. 85 с.

[5] Овсянников В.В. Электрически малые вибраторные, спиральные и петлевые антенны // Радиофизика и электроника. 2017.
Т. 8(22). № 1. С. 57–67.

[6] Volakis J. Antenna Engineering Handbook. 4th Ed. New York: Mcgraw-Hill. 2007. 1755 p.

[7] Ротхаммель К. Антенны. Изд. 11-е, испр. 2019. 417 с.

[8] Бойко С.Н., Зевакин Е.А., Корышев О.В., Трухачев И.М. Методика расчёта входных характеристик вибраторной антенны с реактивными включениями // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 5(10). С. 53–66. DOI: 10.18127/j00338486-202005(10)-06.

[9] Бойко С.Н., Зевакин Е.А., Корышев О.В., Трухачев И.М. Методика проектирования спиральных вибраторных антенн с реактивными включениями // Антенны. 2020. № 6(268). С. 54–67.

[10] Овсянников В.В. Вибраторные антенны с реактивными нагрузками. М.: Радио и связь. 1985. 120 с.

[11] Weglarz V.M., Weisser C.F., Cohen J.S. Triple frequency, split monopole, emergency locator transmitter antenna. US 6,411,260 B1, H01Q 5/01, H01Q 9/32. Publ. 25.06.2002. Appl. No. 08/847,804.

[12] Бойко С.Н., Егиазарян А.М., Корышев О.В., Трухачев И.М. Проектирование многочастотной вибраторной антенны с включениями в виде параллельных LC-контуров // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 5. С. 145−157. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202205-17.

[13] Вычислительные методы в электродинамике / Под ред. Р. Митры. М.: Мир. 1977. 488 с.

[14] Неганов В.А., Табаков Д.П., Морозов С.В. Математическая модель широкополосного тонкопроволочного электрического вибратора // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2015. Т. 18. № 4. С. 34–40.

[15] Неганов В.А., Табаков Д.П. Сингулярные интегральные представления электромагнитного поля как средство корректного решения антенных задач// Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2014. Т. 17. № 3. С. 9–23.

[16] Hosono R., Guan N., Tayama H., Furuya H. An Equivalent Circuit Model for Meander-line Monopole Antenna Attached to Metallic Plate // Proceedings of ISAP 2012. Nagoya. Japan. 2012. P. 1421-1424.

[17] Rouissi I., Floc’h J.M., Travelsi H. Design of frequency reconfigurable multiband meander antenna using varactor diode for wireless communication // International Journal of Advanced Computer Science and Applications. 2017. V. 8. № 3. P. 159-164.

[18] Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа. 1988. 432 с.

[19] Бахарев С.И., Вольман В.И., Либ Ю.Н. и др. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств / Под ред. В.И. Вольмана. М.: Радио и связь. 1982. 328 с.

[20] Щелкунов С.А., Фриис Г.Т. Антенны (Теория и практика) / Пер. с англ. под ред. Л.Д. Бахраха. М.: Советское радио. 1955. 604 с.

[21] Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В, Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. Т. 2. СПб: Питер. 2003. 575 с.

[22] Bhavarthe P.P., Rathod S.S., Reddy K.T.V. A Compact Dual Band Gap Electromagnetic Band Gap Structure // IEEE Transactions on antennas and propagation. 2019. V. 67. № 1. P. 596-600.

[23] Демирчян К.С., Нейман Л.Р, Коровкин Н.В, Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. Т. 3. СПб: Питер. 2003. 463 с.

[24] Olaode O.O., Palmer W.D., Joines W.T. Characterization of Meander Dipole Antennas with a Geometry-Based, Frequency-Independed Lumped Element Model // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2012. V. 11. P. 346–349.

[25] Иоссель Ю.А., Кочанов Э.С., Струнский М.Г. Расчет электрической емкости. Изд. 2-е, перераб. и доп. Ленинград: Энерго-издат, Ленингр. отделение. 1981. 288 с.

[26] Tan W., Shen Z. A Dual-Band Dual-Sleeve Monopole Antenna // IEEE Antennas and wireless propagation letters. 2017. V. 16.
P. 2951-2954.

[27] Antoniades M.A., Eleftheriades G.V. Multiband Compact Printed Dipole Antennas Using NRI-TL Metamaterial Loading // IEEE Transactions on antennas and propagation. 2012. V. 60. № 12. P. 5613-5626.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи