radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2018-21-5-25-32radioelectronics-256Research ArticleЭЛЕКТРОДИНАМИКА, МИКРОВОЛНОВАЯ ТЕХНИКА, АНТЕННЫELECTRODYNAMICS, MICROWAVE ENGINEERING, ANTENNASМОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ЯЧЕЙКИ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК НА КОЛЬЦЕВЫХ ЩЕЛЯХMODELING OF RING-SLOT-ELEMENT FLOQUET CELL FOR REFLECTARRAY ANTENNASБалландовичС. В.BallandovichSvyatoslav V.

Балландович Святослав Владимирович – кандидат технических наук (2015), ассистент (2009) кафедры теоретических основ радиотехники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор более 20 научных работ. Сфера научных интересов – электродинамика; антенно-фидерные устройства.

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

Svyatoslav V. Ballandovich – Ph.D. in Engineering (2015), Assistant of the Department of Theoretical Basics of Radio Engineering of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of more than 20 scientific publications. Area of expertise: technical electrodynamics; antenna-feeder devices.

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

sssr2123@yandex.ruКостиковГ. А.KostikovGrigory A.

Костиков Григорий Александрович – кандидат технических наук (2007), доцент кафедры теоретических основ радиотехники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор более 40 научных работ. Сфера научных интересов – электродинамика; антенно-фидерные устройства.

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

Grigory A. Kostikov – Ph.D. in Engineering (2007), Associate Professor of the Department of Theoretical Basics of Radio Engineering of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of more than 50 scientific publications. Area of expertise: technical electrodynamics; antenna-feeder devices.

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

gakostikov@gmail.comАнтоновЮ. Г.AntonovYury G.

Антонов Юрий Геннадьевич – кандидат технических наук (2007), доцент кафедры теоретических основ радиотехники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор более 30 научных работ. Сфера научных интересов – электродинамика и антенно-фидерные устройства.

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

Yury G. Antonov – Ph.D. in Engineering (2007), Associate Professor of the Department of Theoretical Basics of Radio Engineering of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of more than 30 publications. Area of expertise: electrodynamics; antennas.

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

yuryant@yandex.ruЛюбинаЛ. М.LiubinaLiubov M.

Любина Любовь Михайловна – магистр техники и технологии по направлению "Радиотехника" (2017), ассистент (2017) кафедры теоретических основ радиотехники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор более 20 научных работ. Сфера научных интересов – электродинамика; антенно-фидерные устройства.

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

Liubov M. Liubina – Master’s Degree in Radio Engineering (2017), Assistant of the Department of Theoretical Basics of Radio Engineering of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of more than 20 publications. Area of expertise: electrodynamics; antennas.

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

invers93@gmail.comСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)РоссияSaint Petersburg Electrotechnical University "LETI"Russian Federation201828102018052532Copyright © Балландович С.В., Костиков Г.А., Антонов Ю.Г., Любина Л.М., 20182018Балландович С.В., Костиков Г.А., Антонов Ю.Г., Любина Л.М.Ballandovich S.V., Kostikov G.A., Antonov Y.G., Liubina L.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/256

Исследуется элементарная ячейка однослойной отражательной антенной решетки на кольцевых щелевых элементах. Математическая модель отражательного элемента основана на интегральном уравнении относительного магнитного тока на щели, которое решается методом моментов с использованием функции Грина в спектральной области. В качестве базиса для разложения в ряд магнитного тока используются высшие моды коаксиальной линии, выраженные через цилиндрические функции. Показано, что щелевым отражательным элементам свойственно наличие пораженных частот, на которых возникают объемные резонансные моды. Эти частоты определяются полюсами функции Грина в спектральной области. Причем резонансная мода низшего порядка при определенных условиях может оказаться в рабочей полосе частот. Приводятся зависимости фазы рассеянного поля от размеров кольцевой щели, демонстрирующие, что на пораженной частоте отражательный элемент неработоспособен. Построены картины силовых линий, показывающие, что распределение электрического поля на щели при резонансной моде значительно отличается от распределения в нормальном режиме. Также установлено, что тщательным подбором геометрических параметров отражательного элемента удается вытеснить пораженные частоты за пределы рабочего диапазона.

The ring-slot-element cell for reflectarray antennas is investigated. The mathematical model of the unit cell is based on the integral equation that is solved by the moment method with the use of the spectral domain Green’s function. Coaxial-line higher modes expressed in terms of cylindrical functions are used as the basis for magnet-current representation. It is shown that “stricken” frequencies at which resonance modes occur are an inherent part of slot elements. These frequencies are determined by the Green’s function poles. Moreover, the lowest resonance mode may occur in the operating band under certain conditions. Reflection-phase dependencies on the ring-slot size are provided, demonstrating that at “stricken” frequencies the unit cell does not operate properly. Field plots are presented, which show that the resonance-mode field distribution on the ring slot is significantly different from the normal-mode field distribution. It is found that the “stricken” frequencies might be shifted beyond the operating band by means of thorough selection of unit-cell geometric parameters.

отражательные антенные решеткиинтегральное уравнениещелевые элементыфункция Грина в спектральной областиспектральная областьметод моментовкольцевой излучательreflectarray antennasintegral equationslot elementsmethod of momentsspectral-domain Green’s functionspectral domainring elementReferencesJohn Huang, Jose Antonio Encinar. Reflectarray Antennas. New Jersey: A John Wiley & Sons, 2007. 320 p.John Huang, Jose Antonio Encinar. Reflectarray Antennas. New Jersey: A John Wiley & Sons, 2007, 320 p.Nayery P., Yang F., Elsherbeni A. Z. Reflectarray Antennas: Theory, Designs and Applications // IEEE Press. 2018. 424 p.Nayery P., Yang F., Elsherbeni A. Z. Reflectarray Antennas: Theory, Designs and Applications. IEEE Press, 2018, 424 p.Reflectarray Antennas for Dual Polarization and Broadband Telecom Satellite Applications Rafael Florencio / J. A. Encinar, R. R. Boix, V. Losada, G. Toso // IEEE Trans. on Ant. and Propag. 2015. Vol. 63, No 4. P. 1234–1246.Encinar J. A., Boix R. R., Losada V., Toso G. Reflectarray Antennas for Dual Polarization and Broadband Telecom Satellite Applications Rafael Florencio. IEEE Trans. on Ant. and Propag. 2015, vol. 63, no. 4, pp. 1234–1246.Design, Manufacture, and Measurement of a LowCost Reflectarray for Global Earth Coverage / D. R. Prado, A. Campa, M. Arrebola, M. R. Pino, J. A. Encinar, F. LasHeras // Ant. and Wireless Propag. Lett. 2016. Vol. 15. P. 1418–1421Prado D. R., Campa A., Arrebola M., Pino M. R., Encinar J. A., Las-Heras F. Design, Manufacture, and Measurement of a Low-Cost Reflectarray for Global Earth Coverage. Ant. and Wireless Propag. Letters. 2016, vol. 15, pp. 1418–1421Design and Analysis of a Reflectarray Using Slot Antenna Elements for Ka-band SatCom / Q. Luo, S. Gao, C. Zhang, D. Zhou, T. Chaloun, W. Menzel, V. Ziegler, M. Sobhy // IEEE Trans. on Ant. and Propag. 2015. Vol. 63, No 4. P. 1365–1374.Luo Q., Gao S., Zhang C., Zhou D., Chaloun T., Menzel W., Ziegler V., Sobhy M. Design and Analysis of a Reflectarray Using Slot Antenna Elements for Ka-band SatCom. IEEE Trans. on Ant. and Propag. 2015, vol. 63, no. 4, pp. 1365–1374.Millimeter-Wave Waveguide Reflectarray / S. V. Polenga, A. V. Stankovsky, R. M. Krylov, A. D. Nemshon, Y. A. Litinskaya, Y. P. Salomatov // 2015 Intern. Siberian Conf. on Control and Communications (SIBCON), Omsk, 21–23 May 2015. Piscataway: IEEE, 2015. P. 1–4.Polenga S. V., Stankovsky A. V., Krylov R. M., Nemshon A. D., Litinskaya Y. A., Salomatov Y. P. Millimeter-Wave Waveguide Reflectarray. 2015 Intern. Siberian Conf. on Control and Communications (SIBCON), Omsk, 21–23 May 2015. Piscataway, IEEE, 2015, pp. 1–4.Yong Heui Cho, Woo Jin Byun, Myung Sun Song. High Gain Metal-Only Reflectarray Antenna Composed of Multiple Rectangular Grooves // IEEE Trans. on Ant. and Propag. 2011. Vol. 59, No 12. P. 4559–4568Yong Heui Cho, Woo Jin Byun, Myung Sun Song. High Gain Metal-Only Reflectarray Antenna Composed of Multiple Rectangular Grooves. IEEE Trans. on Ant. and Propag. 2011, vol. 59, no. 12, pp. 4559–4568Hsi-Tseng Chou, Chen-Ying Lin, Ming-Hsi Wu. A High Efficient Reflectarray Antenna Consisted of Periodic All-Metallic Elements for the Ku-band DTV Applications // IEEE Ant. and Wireless Propag. Lett. 2015. Vol. 14. P. 1542–1545.Hsi-Tseng Chou, Chen-Ying Lin, Ming-Hsi Wu. A High Efficient Reflectarray Antenna Consisted of Periodic All-Metallic Elements for the Ku-band DTV Applications. IEEE Ant. and Wireless Propag. Letters. 2015, vol. 14, pp. 1542–1545.Wenxing An, Shenheng Xu, Fan Yang. A MetalOnly Reflectarray Antenna Using Slot-Type Elements // IEEE Antennas and Wireless Propagation Lett. 2014. Vol. 13. P. 1553–1556.An Wenxing, Xu Shenheng, Yang Fan. A Metal-Only Reflectarray Antenna Using Slot-Type Elements. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2014, vol. 13, pp. 1553–1556.A Low-Cost Metal-Only Reflectarray Using Modified Slot-Type Phoenix Element With 360° Phase Coverage / Ruyuan Deng, Fan Yang, Shenheng Xu, Maokun Li // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2016. Vol. 64, iss. 4. P. 1556–1560.Deng R., Yang F., Xu S., Li M. A Low-Cost Metal-Only Reflectarray Using Modified Slot-Type Phoenix Element With 360° Phase Coverage. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2016, vol. 64, iss. 4, pp. 1556–1560.Design of a Low-Cost Single-Layer X/Ku DualBand Metal-Only Reflectarray Antenna / Ruyuan Deng, Shenheng Xu, Fan Yang, Maokun Li // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2017. Vol. 16. P. 2106–2109.Deng R., Xu S., Yang F., Li M. Design of a Low-Cost Single-Layer X/Ku Dual-Band Metal-Only Reflectarray Antenna. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2017, vol. 16, pp. 2106–2109.Характеристики плоских отражательных антенных решеток, выполненных на основе фрезерованных композитных панелей / Ю. Г. Антонов, С. В. Балландович, Г. А. Костиков, М. И. Сугак // Антенны. 2010. No 10. С. 5–10.Antonov Y. G., Ballandovich S. V., Kostikov G. A., Sugak M. I. Characteristics of Planar Reflectarray Antennas Based on Machined Composite Panels. Antenny, no. 10, 2010, pp. 5-10. (In Russian)K-Band Slot Reflectarray Antennas / M. I. Sugak, S. V. Ballandovich, G. A. Kostikov, Y. G. Antonov, L. M. Liubina // 2018 IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, St. Petersburg, 29 Jan.–1 Feb. 2018. Piscataway: IEEE, 2018. P. 516–520.Sugak M. I., Ballandovich S. V., Kostikov G. A., Antonov Y. G., Liubina L. M. K-Band Slot Reflectarray Antennas. 2018 IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, St. Petersburg, 29 Jan.–1 Feb. 2018. Piscataway, IEEE, 2018, pp. 516–520.Investigation of Slot Reflectarray Antennas / M. I. Sugak, S. V. Ballandovich, G. A. Kostikov, L. M. Liubina // Electronic and Networking Technologies (MWENT), 2018 Moscow Workshop on, Moscow, 14–16 March 2018. P. 1–4.Sugak M. I., Ballandovich S. V., Kostikov G. A., Liubina L. M. Investigation of Slot Reflectarray Antennas. Electronic and Networking Technologies (MWENT), 2018 Moscow Workshop on, Moscow, 14–16 March 2018, pp. 1–4.Felsen L. B., Marcuvitz N. Radiation and Scattering of Waves. New Jersey: John Wiley & Sons Inc, 2003. P. 888.Felsen L. B., Marcuvitz N. Radiation and Scatter-ing of Waves. New Jersey, John Wiley & Sons Inc, 2003, p. 888.

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