radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2018-21-1-32-37radioelectronics-207Research ArticleЭЛЕКТРОДИНАМИКА, МИКРОВОЛНОВАЯ ТЕХНИКА, АНТЕННЫELECTRODYNAMICS, MICROWAVE ENGINEERING, ANTENNASПредельные характеристики согласования приемных рамочных антенн с помощью нефостеровских цепейLimiting Characteristics for Receiving Small Size Frame Antenna Matching Using Converter Negative ImpedanceГоловковА. А.GolovkovA. A.

Головков Александр Алексеевич – доктор технических наук (1993), профессор (1995) кафедры радиоэлектронных средств.

Автор 126 научных работ, 49 авторских свидетельств и патентов.

Сфера научных интересов – СВЧ-техника; антенны. 

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург,  197376.

Aleksander A. Golovkov – D.Sc. in Engineering (1993), Professor (1995) of the Department of Radio Electronic Facilities.

The author of 126 scientific publications, 49 copyright certificates and patents.

Area of expertise: microwave and theory of antennas. 

 

algol110843@yandex.ruМожаеваЕ. И.MozhaevaE. I.

Можаева Екатерина Игоревна – магистр по направлению "Радиотехника" (2017), аспирантка кафедры радиоэлектронных средств.

Автор 10 научных публикаций.

Сфера научных интересов – СВЧтехника; антенны.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург,  197376.

Ekaterina I. Mozhaeva – Master's Degree in Radio Engineering (2017), postgraduate student of the Department of Radio Electronic Facilities.

The author of 10 scientific publications.

Area of expertise: microwave and theory of antennas. 

5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg.

kolychka-kate@rambler.ruСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина).РоссияSaint Petersburg Electrotechnical University "LETI".Russian Federation201828022018013237Copyright © Головков А.А., Можаева Е.И., 20182018Головков А.А., Можаева Е.И.Golovkov A.A., Mozhaeva E.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/207

Исследуются предельные характеристики согласования электрически малоразмерной рамочной антенны с помощью простейшей нефостеровской цепи – отрицательной индуктивности. Рассмотрены различные варианты включения отрицательной индуктивности в структуру рамочной антенны. Получено аналитическое предельное соотношение для рабочей полосы частот рамочной антенны при включении отрицательной индуктивности в разрыв проводника рамки. Показано, что для практической реализации наиболее удобной является схема с включением отрицательной индуктивности между проводящей плоскостью и свободным выводом рамки. При таком включении нефостеровского элемента существует небольшой проигрыш в ширине рабочей полосы частот по сравнению с включением этой индуктивности в разрыв проводящей плоскости рамки, однако в 2 раза выше наводимая в рамке ЭДС. Получено интегральное выражение для максимальной полосы согласования рамочной антенны при включении отрицательной индуктивности у заземленного вывода, интеграл в котором вычислялся численно для различных добротностей рамочной антенны и соотношений между резонансной частотой рамки и рабочим диапазоном частот. Полученные результаты подобны ограничению Фано–Юлы для пассивных согласующих цепей.

The limiting characteristics of electrically small-sized loop antenna matching by means of non-Foster's negative inductance are studied. Various options for including negative inductance in frame antenna structure are considered. The analytical limit expression for the operating frequency band of the small-sized loop antenna with the inclusion of negative inductance in the gap of the conductor frame is obtained. It is shown that for practical implementation the most convenient is the scheme with the inclusion of negative inductance between the conducting plane and the free output of the frame. Such inclusion of negative inductance causes small loss in width of the working frequency band compared with the inclusion of this inductance in the gap of the frame conductive plane, but EMF induced in the frame is twice as large.  An integral expression is obtained for the maximum band matching of the small-sized loop antenna with the inclusion of negative inductance in grounded output, the integral in which is calculated numerically for various small-sized loop antenna quality factor and ratios between resonant frequency of the frame and operating frequency range. The results obtained are similar to Fano-Yula restriction for passive matching chains.

согласованиедобротностьэлектрически малая антеннанефостеровские элементыконвертор отрицательного импедансаMatcgingQ-factorElectrically Small AntennaNon-Foster ElementsNegative Impedance ConverterReferencesSussman-Fort S. E., Rudish R. V. Non-Foster Impedance Matching of Electrically-Small Antennas // IEEE Trans. on Ant. and Prop. 2009. Vol. AP-57. P. 2230–2241.Sussman-Fort S. E., Rudish R. V. Non-Foster Impedance Matching of Electrically-Small Antennas, IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2009, vol. 57, pp. 2230-2241.Keum-Su Song, Rojas R. G. Non-Foster Impedance Matching of Electrically Small Antenna // IEEE Intern. Symp. on Antennas and Propagation and CNC/USNC/URSI National Radio Science Meeting, Toronto, Ontario, Canada, July 11–17, 2010. IEEE Trans. on Ant. and Prop. S/URSI. 2010. P. 215–402.Keum-Su Song, Roberto G. Rojas. Non-Foster Impedance Matching of Electrically Small Antennas. 2010 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and CNC/USNC/URSI National Radio Science Meeting, Toronto, Ontario, Canada, July 11–17.Bandwidth Limitations of Dipoles Matched with nonFoster Impedances / M. Hirvonen, A. Hujanen, J. Holmberg, J. C.-E. Sten // Proc. of Europ. Conf. on Antennas Propagat., EUCAP 2007, 6–10 Nov. 2007. URL: https://aaltodoc.aalto.fi/bitstream/handle/123456789/3017/article3.pdf (дата обращения: 20.02.2018).Hirvonen M., Hujanen A., Holmberg J., Carl-Erik Sten J. Bandwidth Limitation of Dipoles Matched with nonFoster Impedances, Proceedings of European Conference on Antennas Propagat., EUCAP 2007, Nov. 2007, 5 p.Головков А. А., Можаева Е. И. Ограничение полосы согласования приемных штыревых антенн нефостеровскими цепями// Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2016. № 2. С. 59–63.Golovkov А. А., Mozhaeva Е. I. Bandwidth Limitations Matching of Electrically-Small Whip Antennas with Non-Foster Network. Izvestija SPb GETU «LETI» [Proceedings of Saint Petersburg Electrotechnical University]. 2016, no. 2, p. 59–63. (In Russian)John Dr., Volakis L. Antenna Engineering. Handbook. New York: McGraw-Hill, 2007. 1755 p.Dr. John, Volakis L. Antenna Engineering. Handbook. McGraw-Hill, 2007, p.1755.Aberle J. T. Two-Port Representation of an Antenna with Application to Non-Foster Matching Network // IEEE Trans. on Ant. and Prop. 2008. Vol. AP-56, № 5. P. 1218–1222.Aberle J. T. Two-Port Representation of an Antenna with Application to Non-Foster Matching Network. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. May 2008, vol. 56, pp. 1218–1222.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.