radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2024-27-3-30-41radioelectronics-887Research ArticleЭЛЕКТРОДИНАМИКА, МИКРОВОЛНОВАЯ ТЕХНИКА, АНТЕННЫELECTRODYNAMICS, MICROWAVE ENGINEERING, ANTENNASПолуавтоматизированное проектирование двухдиапазонных антенн с концевым типом возбуждения для цифровых антенных решетокSemi-Automatic Design of Dual-Band End-Fed Antennas for Digital Antenna Arrayshttps://orcid.org/0000-0001-5000-7786АлексейцевС. А.AlekseytsevS. A.

Алексейцев Сергей Александрович - кандидат технических наук (2021), доцент кафедры систем сбора и обработки данных.

пр. К. Маркса, д. 20, Новосибирск, 630073

Sergey A. Aleksiytsev - Cand. Sci. (Eng.) (2021), Associate Professor of the Department of Data Collection and Processing Systems of Novosibirsk State Technical University.

Karl Marx Ave., 20, Novosibirsk 630073

alekseytsev.94@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0001-8288-473XКолесниковА. А.KolesnikovA. A.

Колесников Андрей Андреевич - аспирант кафедры радиоприемных и радиопередающих устройств НГТУ; инженер-электроник второй категории АО "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод им. Коминтерна".

пр. К. Маркса, д. 20, Новосибирск, 630073

Andrey A. Kolesnikov - graduate student of the Department of Radio Receiving and Transmitting Devices of Novosibirsk State Technical University; Second category electronics engineer at JSC "Research Institute of Measuring Instruments - Novosibirsk Plant n. a. Comintern".

Karl Marx Ave., 20, Novosibirsk 630073

andrewkolesnikov091@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8598-4154ПаршинЮ. Н.ParshinYu. N.

Паршин Юрий Николаевич - кандидат технических наук (2022), научный сотрудник лаборатории разработки широкополосных СВЧ систем и устройств.

пр. К. Маркса, д. 20, Новосибирск, 630073

Yuri N. Parshin - Cand. Sci. (Eng.) (2022), researcher of the Laboratory of Development of Broadband Microwave Systems and Devices of Novosibirsk State Technical University.

Karl Marx Ave., 20, Novosibirsk 630073

jurparnik@mail.ruНовосибирский государственный технический университетРоссияNovosibirsk State Technical UniversityRussian Federation2024010720242733041Copyright © Алексейцев С.А., Колесников А.А., Паршин Ю.Н., 20242024Алексейцев С.А., Колесников А.А., Паршин Ю.Н.Alekseytsev S.A., Kolesnikov A.A., Parshin Y.N.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/887Введение

Введение. В настоящее время вопрос реализации двухдиапазонного режима работы директорных дипольных антенн представлен широким рядом работ, практически все из которых посвящены изучению свойств классического диполя с центральным типом возбуждения. В то же самое время вопрос концевого возбуждения излучателей для двухдиапазонных директорных антенн остается открытым. Проектирование таких излучателей требует глубокого анализа с точки зрения разработки как математических, так и электродинамических моделей (топологий), соответствующих тактико-техническим требованиям современных цифровых антенных решеток. Компоновка излучателей с концевым возбуждением для двухдиапазонных приложений дает возможность решить ряд технологических задач, связанных с размещением дополнительных радиотехнических элементов на излучающем модуле.

Цель работы

Цель работы. Обоснование, в рамках системного подхода к проектированию антенных элементов и узлов, процедуры определения стартового облика возбудителя двухдиапазонной антенны, пригодной для полуавтоматизированного проектирования более сложных антенных систем, таких как фазированные антенные решетки и директорные антенны.

Материалы и методы

Материалы и методы. В рамках исследования для определения входного импеданса двухдиапазонной системы, состоящей из двух активных излучателей и двух пассивных директоров, используется метод наводимых электродвижущих сил. Модели двухдиапазонных директорных излучателей разработаны с применением пакета полноволнового электромагнитного моделирования CST Studio Suite 2021.

Результаты

Результаты. В статье представлены результаты разработки процедур полуавтоматического проектирования антенн с двухдиапазонной функцией входного импеданса с учетом специфики электродинамического режима возбуждения линейных диполеподобных проводников источником с разнесенными в пространстве выходными клеммами. Проанализированы варианты и предложены пути реализации печатной компоновки антенны, выполненной на стандартных радиотехнических компонентах, подразумевающих серийное изготовление.

Заключение

Заключение. На основе предложенных моделей могут быть спроектированы директорные, турникетные, кардиоидные антенны, а также антенные решетки.

Introduction

Introduction. The topic of implementing a dual-band mode of operation for director dipole antennas is represented by a wide range of works, almost all of which are dedicated to studying the properties of a classic dipole. However, the issue of end excitation of radiators for dual-band director antennas remains open. The development of such radiators requires a deep analysis both from the point of view of developing mathematical and electrodynamics models, which corresponds to the tactical and technical requirements of modern digital antenna arrays.

Aim

Aim. To substantiate a procedure for determining the initial appearance of a dual-band antenna exciter from the standpoint of the systems approach to the design of antenna elements and nodes. This procedure is suitable for a semi-automated design of more complex antenna systems.

Materials and methods

Materials and methods. As part of the research, the input impedance of a dual-band system consisting of two active radiators and two passive directors was determined using the method of induced electromotive forces (EMF). Models of dual-band director radiators were developed using the CST Studio Suite 2021 full-wave electromagnetic simulation.

Results

Results. The results of developing procedures for a semi-automatic design of antennas with a dual-band function of input impedance are presented. Following a comparative analysis, approaches to implementing the printed layout of an antenna comprising standard radio engineering components, which imply serial production, are proposed.

Conclusion

Conclusion. The proposed models can be used when designing director, turnstile, and cardioid antennas, as well as antenna arrays. These designs are analogous to antennas based on a classic central excited dipole.

излучатель дипольного видаконцевой тип возбуждениядиректорная антеннадвухдиапазонный режим работыполуавтоматическое проектированиеdipole-type radiatorend-fed excitationdirector antennadual-band operation modesemi-automatic designИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-79-01093, https://rscf.ru/project/23-79-01093/.The research was carried out with the support of a grant from the Russian Science Foundation No. 23-79-01093, https://rscf.ru/project/23-79-01093/.ReferencesDual-Band and Wideband Design of a Printed Dipole Antenna Integrated with Dual-Band Balun / Xi Li, Lin Yang, Shu-Xi Gong, Yan-Jiong Yang // Progress In Electromagnetics Research Letters. 2009. Vol. 6. P 165-174. doi: 10.2528/PIERL08120504Xi Li, Lin Yang, Shu-Xi Gong, Yan-Jiong Yang. Dual-Band and Wideband Design of a Printed Dipole Antenna Integrated with Dual-Band Balun. Progress In Electromagnetics Research Letters. 2009, vol. 6, pp. 165-174. doi: 10.2528/PIERL08120504Son Xuat Ta, Ikmo Park, Chien Dao-Ngoc. A Hybrid of T-Dipole and QuasiYagi Antenna for Dual-band WLAN Access Point // REV J. on Electronics and Communications. 2012. Vol. 2, № 1-2. P. 63-67. doi: 10.21553/rev-jec.37Son Xuat Ta, Ikmo Park, Chien Dao-Ngoc. A Hybrid of T-Dipole and QuasiYagi Antenna for Dual-band WLAN Access Point. REV J. on Electronics and Communications. 2012, vol. 2, no. 1-2, pp. 63-67. doi: 10.21553/rev-jec.37Avila-Navarro E., Cayuelas C., Reig C. Dual-band printed dipole antenna for Wi-Fi 802.11 n applications // Electronics letters. 2010. Vol. 46, № 21. P. 1421-1422. doi: 10.1049/el.2010.2000Avila-Navarro E., Cayuelas C., Reig C. Dual-Band Printed Dipole Antenna for Wi-Fi 802.11 N Applications. Electronics letters. 2010, vol. 46, no. 21, pp. 1421-1422. doi: 10.1049/el.2010.2000Balanis C. A. Antenna theory. Analysis and de-sign. 4th Ed. NJ, Hoboken: John Wiley & Sons Inc., 2016. 1072 p.Balanis C. A. Antenna Theory. Analysis and Design. 4th Ed. NJ, Hoboken, John Wiley & Sons Inc., 2016, 1072 p.Pocklington H. C. Electrical oscillations in wires // Proc. Cambridge Phil. Soc. 1897. Vol. 9. P. 324-332.Pocklington H. C. Electrical Oscillations in Wires. Proc. Cambridge Phil. Soc. 1897, vol. 9, pp. 324-332.King R., Wu T. Currents, charges, and near fields of cylindrical receiving and scattering antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1965. Vol. 13, № 6. P. 978-979. doi: 10.1109/TAP.1965.1138563King R., Wu T. Currents, Charges, and Near Fields of Cylindrical Receiving and Scattering Antennas. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1965, vol. 13, no. 6, pp. 978-979. doi: 10.1109/TAP.1965.1138563Compact and Low-Profile Omnidirectional Circularly Polarized Antenna with Four Coupling Arcs for UAV Applications / D. Wu, X. Chen, L. Yang, G. Fu, X. Shi // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2017. Vol. 16. P. 2919-2922. doi: 10.1109/LAWP.2017.2752358Wu D., Chen X., Yang L., Fu G., Shi X. Com-pact and Low-Profile Omnidirectional Circularly Polarized Antenna with Four Coupling Arcs for UAV Applications. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2017, vol. 16, pp. 2919-2922. doi: 10.1109/LAWP.2017.2752358Wideband Omnidirectional Circularly Polarized Patch Antenna Based on Vortex Slots and Shorting Vias / D. Yu, S. X. Gong, Y. T. Wan, Y. L. Yao, Y. X. Xu, F. W. Wang // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2014. Vol. 62, № 8. P. 3970-3977. doi: 10.1109/TAP.2014.2325961Yu D., Gong S. X., Wan Y. T., Yao Y. L., Xu Y. X., Wang F. W. Wideband Omnidirectional Circularly Polarized Patch Antenna Based on Vortex Slots and Shorting Vias. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2014, vol. 62, no. 8, pp. 3970-3977. doi: 10.1109/TAP.2014.2325961A single-microstrip-fed S-shaped magneto-electric dipole array with broadband circular polarisation for MMW applications / C. Zhang, L. Li, R. Zhang, Yu Shao, Feng Lin // IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2021. Vol. 15(14). P. 1743¬1753. doi: 10.1049/mia2.12185Zhang C., Li L., Zhang R., Yu Shao, Feng Lin. A Single-Microstrip-Fed S-Shaped Magneto-Electric Dipole Array with Broadband Circular Polarisation for MMW Applications. IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2021, vol. 15 (14), pp. 1743-1753. doi: 10.1049/mia2.12185Design of a Dual Band Printed Dipole Antenna for WIFI Application / N. Malek, S. Karsin, S. Mohamad, F. Mohd Isa, A. Asnawi, A. M. Ramly // J. of Tele-communication, Electronic and Computer Engineering (JTEC). 2017. Vol. 9(4). P. 63-68.Malek N., Karsin S., Mohamad S., Mohd Isa F., Asnawi A., Ramly A. M. Design of a Dual Band Printed Dipole Antenna for WIFI Application. J. of Telecommunication, Electronic and Computer Engineering (JTEC). 2017, vol. 9 (4), pp. 63-68.A Dual-Broadband Printed Dipole Antenna for 2G/3G/4G Base Station Applications / Xiong Zhi Zhu, Jin Ling Zhang, Tong Cui, Zhan Qi Zheng // Intern. J. of Antennas and Propagation. 2019. Vol. 2019. 7 p. doi: 10.1155/2019/4345819Xiong Zhi Zhu, Jin Ling Zhang, Tong Cui, Zhan Qi Zheng. A Dual-Broadband Printed Dipole Antenna for 2G/3G/4G Base Station Applications. Intern. J. of Antennas and Propagation. 2019, vol. 2019, 7 p. doi: 10.1155/2019/4345819Alekseytsev S. A., Gorbachev A. P. The Novel Printed Dual-Band Quasi-Yagi Antenna with End-Fed Dipole-Like Driver // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2020. Vol. 68, № 5. P. 4088-4090. doi: 10.1109/TAP.2019.2950837Alekseytsev S. A., Gorbachev A. P. The Novel Printed Dual-Band Quasi-Yagi Antenna with End-Fed Dipole-Like Driver. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2020, vol. 68, no. 5, pp. 4088-4090. doi: 10.1109/TAP.2019.2950837Zhang H., Xin H. A Dual-Band Dipole Antenna With Integrated-Balun // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2009. Vol. 57, № 3. P. 786-789. doi: 10.1109/TAP.2009.2013440Zhang H., Xin H. A Dual-Band Dipole Antenna With Integrated-Balun. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2009, vol. 57, no. 3, pp. 786-789. doi: 10.1109/TAP.2009.2013440Bialkowski M. E., Abbosh A. M. Design of a compact UWB out-of-phase power divider // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2007. Vol. 17 (4). P. 289-291. doi: 10.1109/LMWC.2007.892979Bialkowski M. E., Abbosh A. M. Design of a Compact UWB Out-Of-Phase Power Divider. IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2007, vol. 17 (4), pp. 289-291. doi: 10.1109/LMWC.2007.892979Abbosh M., Bialkowski M. E., Mazierska J. An UWB planar out-of-phase power divider employing microstrip-slot and parallel stripline-microstrip transitions// Asia-Pacific Microwave Conf., Yokohama, Japan, 2006. P. 905-908. doi: 10.1109/APMC.2006.4429559Abbosh M., Bialkowski M. E., Mazierska J. An UWB Planar Out-Of-Phase Power Divider Employing Microstrip-Slot and Parallel Stripline-Microstrip Transitions. Asia-Pacific Microwave Conf., Yokohama, Japan, 2006, pp. 905-908. doi: 10.1109/APMC.2006.4429559

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