Кириллов Виталий Витальевич – магистр техники и технологии по направлению "Конструирование и технология электронных средств" (2018), аспирант кафедры микрорадиоэлектроники и технологии радиоаппаратуры
ул. Профессора Попова, д. 5 Ф, Санкт-Петербург, 197022
Vitalii V. Kirillov, Master in Design and technology of electronic means (2018), Postgraduate student of the Department of Microradioelectronics and Technology of Radio Equipment
5 F, Professor Popov St., St Petersburg 197022
Мунина Ирина Владимировна – кандидат технических наук (2015), доцент кафедры микрорадиоэлектроники и технологии радиоаппаратуры
ул. Профессора Попова, д. 5 Ф, Санкт-Петербург, 197022
Irina V. Munina, Cand. Sci. (Eng.) (2015), Associate Professor of the Department of Microradioelectronics and Technology of Radio Equipment
5 F, Professor Popov St., St Petersburg 197022
Туральчук Павел Анатольевич – кандидат физико- математических наук (2010), доцент кафедры микрорадиоэлектроники и технологии радиоаппаратуры
ул. Профессора Попова, д. 5 Ф, Санкт-Петербург, 197022
Pavel A. Turalchuk, Cand. Sci. (Phys.-Math.) (2010), Associate Professor of the Department of Microradioelectronics and Technology of Radio Equipment
5 F, Professor Popov St., St Petersburg 197022
Введение. В настоящее время пропускная способность канала является одним из важнейших параметров современных систем связи ввиду увеличения числа пользователей, высоких скоростей передачи данных и быстрого развития интернета вещей. В беспроводных системах связи ограничение пропускной способности возникает из-за низкого отношения сигнал/шум, и одной из причин этого являются высокие потери при распространении электромагнитных волн. Их можно компенсировать с помощью антенных систем с высоким коэффициентом усиления, таких, как метаповерхности, проходные или отражающие решетки.
Цель работы. Разработка и исследование проходной одноразрядной фазированной антенной решетки (ФАР) с пространственным возбуждением для использования в системах беспроводной связи для частот, близких к 6 ГГц. Обсуждается вопрос уменьшения вносимых потерь, связанных с геометрией ячейки и управляющих компонентов. Особое внимание уделяется учету паразитных параметров p–i–n-диодов, используемых в качестве управляющих элементов для установки фазы в составе единичной ячейки. Также исследуются способы подавления кроссполяризации в единичной ячейке с целью уменьшения вносимых потерь.
Материалы и методы. Основным методом исследования характеристик единичных ячеек проходной антенной решетки является численное электродинамическое моделирование в системе автоматизированного проектирования CST Microwave Studio. Полученные результаты подтверждены экспериментальным исследованием изготовленных образцов.
Результаты. Предложена уникальная конструкция единичной ячейки, являющейся основным элементом проходной ФАР. В результате была спроектирована и изготовлена ФАР, результаты измерений которой показывают уровень вносимых потерь в рабочей полосе частот 210 МГц (3.6 %) не более 1.5 дБ. Уровень кроссполяризации составляет не более 24 дБ в диапазоне отклонения луча от 45 до -45°, ослабление коэффициента усиления не превышает 2.5 дБ.
Заключение. Простота конструкции, низкие потери и уровень кроссполяризации показывают, что разработанная проходная одноразрядная ФАР с пространственным возбуждением может быть успешно использована в современных системах связи.
Introduction. Due to the increasing number of users, growing rates of data transmission, and rapid advancement of the Internet of Things, the parameter of channel capacity is acquiring greater importance in modern communication systems. In wireless communication systems, capacity limitation occurs due to a low signal-to-noise ratio, one reason for which consists in high losses associated with the propagation of electromagnetic waves. These losses can be compensated using high-gain antenna systems, such as metasurfaces, transmitarrays, or reflectarrays.
Aim. Development and research of a one-bit transmit phased antenna array with spatial excitation for use in wireless communication networks across sub-6 GHz frequencies. The issues of reducing the insertion losses associated with the cell geometry and control components are discussed. Account is taken of the parasitic parameters of p–i–ndiodes used as control elements for phase adjustment in a unit cell. Methods for suppressing cross-polarization in a unit cell with the purpose of reducing insertion losses are studied.
Materials and methods. The characteristics of unit cells in a transmit antenna array were studied by numerical electrodynamic modeling in the CST Microwave Studio computer-aided design system. The obtained results were confirmed by an experimental study of samples.
Results. A unique design of a unit cell comprising the main element of a transmitarray was proposed. On its basis, a transmitarray was designed and manufactured, whose measurements proved the level of insertion losses to be lower than 1.5 dB in the operating frequency band of 210 MHz (3.6 %). The level of cross-polarization was found to be lower than 24 dB, and the gain attenuation did not exceed 2.5 dB in the range of beam deflection from 45° to -45°.
Conclusion. The design simplicity, low losses, and acceptable cross-polarization levels of the developed one-bit transmit phased antenna array with spatial excitation confirm its feasibility for modern communication systems.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.