radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2025-28-2-20-32radioelectronics-992Research ArticleЭЛЕКТРОДИНАМИКА, МИКРОВОЛНОВАЯ ТЕХНИКА, АНТЕННЫELECTRODYNAMICS, MICROWAVE ENGINEERING, ANTENNASСинтез фазокорректирующих элементов на основе полосового фильтра и их применение в антенных решетках проходного типаSynthesis of Phase-Correcting Elements Based on Band-Pass Filter and Their Application in Transmitarray Antennahttps://orcid.org/0009-0001-6059-5638СтанковскийА. В.StankovskyA. V.

Станковский Андрей Вадимович – кандидат технических наук (2023), инженер-исследователь, старший преподаватель кафедры радиотехники

пр. Свободный, д. 79, Красноярск, 660041

Andrey V. Stankovsky, Cand. Sci. (Eng.) (2023), Research Engineer, Senior Lecturer of Radio Engineering Department

79, Svobodny Ave., Krasnoyarsk 660041

stankovskiy_a@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1375-2629ПоленгаС. В.PolengaS. V.

Поленга Станислав Владимирович – магистр по направлению "Радиотехника", старший преподаватель кафедры радиотехники

пр. Свободный, д. 79, Красноярск, 660041

Stanislav V. Polenga, Master’s degree in Radio Engineering (2009), Senior Lecturer of Radio Engineering Department

79, Svobodny Ave., Krasnoyarsk 660041

twinlive@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-4442-8047СтриговаЕ. А.StrigovaYe. A.

Стригова Елена Алексеевна – кандидат технических наук (2022), старший преподаватель кафедры радиотехники

пр. Свободный, д. 79, Красноярск, 660041

Yelena A. Strigova, Cand. Sci. (Eng.) (2022), Senior Lecturer of Radio Engineering Department

79, Svobodny Ave., Krasnoyarsk 660041

ylitinskaya@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0003-0480-5826НемшонА. Д.NemshonA. D.

Немшон Андрей Даниилович – магистр по направлению "Радиотехника" (2013), техник кафедры радиотехники

пр. Свободный, д. 79, Красноярск, 660041

Andrey D. Nemshon, Master’s degree in Radio Engineering (2013), Technician of Radio Engineering Department

79, Svobodny Ave., Krasnoyarsk 660041

nemshon@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7810-7196ГафаровЕ. Р.GafarovE. R.

Гафаров Евгений Раисович – кандидат технических наук (2021), доцент кафедры радиотехники

пр. Свободный, д. 79, Красноярск, 660041

Evgeniy R. Gafarov, Cand. Sci. (Eng.) (2021), Associate professor of Radio Engineering Department

79, Svobodny Ave., Krasnoyarsk 660041

Egafarov@sfu-kras.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4309-226XСаломатовЮ. П.SalomatovYu. P.

Саломатов Юрий Петрович – кандидат технических наук (1982), профессор (2013) кафедры радиотехники

пр. Свободный, д. 79, Красноярск, 660041

Yury P. Salomatov, Cand. Sci. (Eng.) (1982), Professor (2013) of Department of Radio Engineering

79, Svobodny Ave., Krasnoyarsk 660041

ysalomatov@sfu-kras.ruСибирский федеральный университетРоссияSiberian Federal UniversityRussian Federation2025030520252822032Copyright © Станковский А.В., Поленга С.В., Стригова Е.А., Немшон А.Д., Гафаров Е.Р., Саломатов Ю.П., 20252025Станковский А.В., Поленга С.В., Стригова Е.А., Немшон А.Д., Гафаров Е.Р., Саломатов Ю.П.Stankovsky A.V., Polenga S.V., Strigova Y.A., Nemshon A.D., Gafarov E.R., Salomatov Y.P.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/992

Введение. Представлена процедура синтеза фазокорректирующих элементов (ФКЭ) на основе полосового фильтра с помощью специально разработанного программного обеспечения (ПО). Проведено сравнение амплитудно-частотных характеристик синтезированных ФКЭ и LC-фильтров на сосредоточенных элементах. Полученные структуры могут быть применены в отклоняющих и фокусирующих антенных решетках (АР) проходного типа и в низкопрофильных сканирующих антенных системах (АС) наземных терминалов спутниковых систем связи. Это особенно актуально в условиях активного развития спутниковой связи, особенно при использовании средне- и низкоорбитальных космических аппаратов.Цель работы. Разработка ПО для синтеза ФКЭ на основе полосового фильтра и последующее их применение в отклоняющих и фокусирующих АР проходного типа. Материалы и методы. Для расчета характеристик фильтров использовались программы MATLAB, Filter Solutions и AWR DE. Характеристики ФКЭ получены при помощи электродинамического моделирования методом конечных элементов и методом конечного интегрирования.Результаты. Произведены расчеты полосовых LC-фильтров по заданным характеристикам: центральная частота – 10 ГГц; полоса пропускания – 40 %; неравномерность в полосе пропускания – 0.1 дБ. Разработано ПО для синтеза ФКЭ на основе фильтров Чебышева 1-го типа четного и нечетного порядков с 3-го по 9-й. Получено хорошее совпадение характеристик фильтра на связанных резонаторах и ФКЭ. Синтезированы отклоняющая и фокусирующая структуры и проведено их электродинамическое моделирование. Угол наклона диаграммы направленности отклоняющей структуры составил 20º. Коэффициент отражения фокусирующей структуры в диапазоне 10.7…12.7 ГГц не превысил –15 дБ. Коэффициент направленного действия изменялся от 25.8 до 28 дБ.Заключение. Разработанное ПО позволяет синтезировать резонаторные фильтры и ФКЭ различных порядков по заданным характеристикам. ПО позволяет в значительной степени сократить время, затрачиваемое на расчет и синтез большого количества ФКЭ. Синтезированные отклоняющие и фокусирующие структуры могут быть использованы как самостоятельно, так и в качестве управляющих слоев в низкопрофильных сканирующих АС.

Introduction. This paper presents a procedure for synthesis of phase-correcting elements (PCE) based on band-pass filter using specialized software developed for these purposes. The amplitude response of the synthesized PCE and LC-filters based on lumped elements is compared. The obtained structures can be applied in deflecting and focusing transmitarrays and in low-profile scanning antenna systems of ground terminals of satellite communication systems, which is particularly significant for the advancement of satellite communications used by medium- and low-orbit spacecrafts.Aim. Software development for PCE synthesis based on band-pass filters (BPF) for application in deflecting and focusing transmitarrays.Materials and methods. The filter characteristics were calculated using the MATLAB, Filter Solutions, and AWR DE software applications. Characteristics of the synthesized PCE were obtained by electrodynamic modeling using the finite element and finite integration methods.Results. BPF were calculated in different software applications according to the given characteristics: center frequency – 10 GHz; bandwidth – 40%; and irregularity in the bandwidth – 0.1 dB. A software environment for synthesis of PCE was developed based on Chebyshev filters of type 1 of even and odd orders from 3 to 9. A satisfactory match between the characteristics of the coupled resonator filter and PCE was obtained. The deflecting and focusing structures were synthesized, and their electrodynamic modeling was carried out. The slope angle of the radiation pattern of the deflecting structure was 20º. The reflection coefficient of the focusing structure ranged within 10.7…12.7 GHz, not exceeding –15 dB. The directivity coefficient varied from 25.8 to 28 dB.Conclusion. The synthesized deflecting and focusing structures can be used both independently and as control layers in low-profile scanning antenna systems. The developed software provides a significant reduction in the time required for the calculation and synthesis of a large number of PCE.

полосовой фильтрфазокорректирующий элементпериодическая структурапространственный фильтрфильтр Чебышеваband-pass filterphase-correcting elementperiodic structurespatial filterChebyshev filterИсследование выполнено в рамках государственного задания ФГАОУ ВО Сибирский федеральный университет (номер FSRZ-2023-0008).The study was carried out as part of the state task of the Siberian Federal University (number FSRZ-2023-0008).ReferencesАнтенные системы с широкоугольным механоэлектрическим сканированием / А. В. Станковский, С. В. Поленга, Е. А. Стригова, Ю. П. Саломатов // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2023. Т. 26, № 5. С. 50–62. doi: 10.32603/1993-8985-2023-26-5-50-62Stankovsky A. V., Polenga S. V., Strigova Ye. A., Salomatov Yu. P. Antenna Systems with Wide-Angle Mechanoelectrical Beam Steering. J. of the Russian Universities. Radioelectronics. 2023, vol. 26, iss. 5, pp. 50–62. (In Russ.) doi: 10.32603/1993-8985-2023-26-5-50-62Khan M. R. A beam steering technique using dielectric wedges / Department of' Electronic and Electrical Engineering, University College London. 1985. 206 p.Khan M. R. A beam steering technique using dielectric wedges. Department of' Electronic and Electrical Engineering, University College London, 1985, 206 p.Griffiths H. D., Khan M. R. Antenna beam steering technique using dielectric wedges // IEE Proc. H. Microwaves, Antennas and Propagation. 1989. Vol. 136, iss. 2. P. 126–131.Griffiths H. D., Khan M. R. Antenna Beam Steering Technique Using Dielectric Wedges. IEE Proc. H. Microwaves, Antennas and Propagation. 1989, vol. 136, iss. 2, pp. 126–131.Вендик И. Б., Вендик О. Г. Метаматериалы и их применение в технике сверхвысоких частот (обзор) // Журн. техн. физики. 2013. Т. 83, № 1. С. 3–28. doi: 10.1134/S1063784213010234Vendik I. B., Vendik O. G. Metamaterials and Their Application in Microwaves: A Review. J. of Technical Physics. 2013, vol. 83, no. 1, pp. 3–28. (In Russ.) doi: 10.1134/S1063784213010234Гуляев Ю. В., Лагарьков А. Н., Никитов С. А. Метаматериалы: фундаментальные исследования и перспективы применения // Вестн. РАН. 2008. Т. 78, № 5. С. 438–449.Guljaev Ju. V., Lagar'kov A. N., Nikitov S. A. Metamaterials: Fundamental Research and Prospects of Application. Bulletin of the Russian Academy of Sciences. 2008, vol. 78, no. 5, pp. 438–449. (In Russ.)Engheta N., Ziolkowski R. W. Metamaterials: physics and engineering explorations. New Jersey: John Wiley & Sons, 2006. 440 p. doi: 10.1002/0471784192Engheta N., Ziolkowski R. W. Metamaterials: Physics and Engineering Explorations. New Jersey, John Wiley & Sons, 2006, 440 p. doi: 10.1002/0471784192Полосно-пропускающий фильтр из диэлектрических слоев с субволновыми решетками полосковых проводников на границах / Б. А. Беляев, В. В. Тюрнев, А. С. Волошин, Ан. А. Лексиков, Р. Г. Галеев, В. Ф. Шабанов // Докл. РАН. Физика, технические науки. 2020. Т. 494, № 1. С. 75–81. doi: 10.31857/s2686740020050041Beljaev B. A., Tjurnev V. V., Voloshin A. S., Leksikov An. A., Galeev R. G., Shabanov V. F. Band-pass Filter on Dielectric Layers with Strip Conductor Grids on Their Interface. Reports of the Russian Academy of Sciences. Physics, Technical Sciences. 2020, vol. 494, no. 1, pp. 75–81. (In Russ.) doi: 10.31857/s2686740020050041Al-Joumayly M. A., Behdad N. Wideband Planar Microwave Lenses Using Sub-Wavelength Spatial Phase Shifters // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2011. Vol. 59, № 12. P. 4542–4552. doi: 10.1109/TAP.2011.2165515Al-Joumayly M. A., Behdad N. Wideband Planar Microwave Lenses Using Sub-Wavelength Spatial Phase Shifters. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2011, vol. 59, no. 12, pp. 4542–4552. doi: 10.1109/TAP.2011.2165515White C. R., Ebling J. P., Rebeiz G. A wide-scan printed planar K-band microwave lens // IEEE Antennas and Propagation Society Intern. Symp. 2005. Vol. 4. P. 313–316. doi: 10.1109/APS.2005.1552652White C. R., Ebling J. P., Rebeiz G. A Wide-Scan Printed Planar K-Band Microwave Lens. IEEE Antennas and Propagation Society Intern. Symp. 2005, vol. 4, pp. 313–316. doi: 10.1109/APS.2005.1552652Singh N., Choure K. K., Kumari M. A Survey on Free-Standing Phase Correcting gain enhancement Devices // Int. J. of Sci. & Eng. Research. 2013. Vol. 4, iss. 7. P. 109–115.Singh N., Choure K. K., Kumari M. A Survey on Free-Standing Phase Correcting gain enhancement Devices. Int. J. of Sci. & Eng. Research. 2013, vol. 4, iss. 7, pp. 109–115.Munk B. A. Frequency Selective Surfaces: Theory and Design. New York: Wiley-Interscience, 2000. 440 p. doi: 10.1002/0471723770Munk B. A. Frequency Selective Surfaces: Theory and Design. New York, Wiley-Interscience, 2000, 440 p. doi: 10.1002/0471723770A broadband sub-wavelength phase-correcting element for transmit antenna arrays / A. D. Nemshon, A. M. Alexandrin, S. V. Polenga, A. V. Stankovsky, V. S. Panko, Yu. P. Salomatov // 24th Intern. Crimean Conf. Microwave & Telecommunication Technology, Sevastopol, 07−13 Sept. 2014. IEEE, 2014. P. 469−470. doi: 10.1109/CRMICO.2014.6959483Nemshon A. D., Alexandrin A. M., Polenga S. V., Stankovsky A. V., Panko V. S., Salomatov Yu. P. A Broadband Sub-Wavelength Phase-Correcting Element for Transmit Antenna Arrays. 24th Intern. Crimean Conf. Microwave & Telecommunication Technology. Sevastopol, 07−13 Sept. 2014, IEEE, 2014, pp. 469−470. doi: 10.1109/CRMICO.2014.6959483Synthesis of Spatial Band-Pass Filter Based on Frequency-Selective Surfaces / A. V. Stankovsky, Ye. A. Litinskaya, A. D. Nemshon, S. V. Polenga, Yu. P. Salomatov // Ural Symp. on Biomedical Eng., Radioelectronics and Information Technology, Yekaterinburg, Russia, 13–14 May 2021. IEEE, 2021. P. 234–237. doi: 10.1109/USBEREIT51232.2021.9455106Stankovsky A. V., Litinskaya Ye. A., Nemshon A. D., Polenga S. V., Salomatov Yu. P. Synthesis of Spatial Band-Pass Filter Based on Frequency-Selective Surfaces. Ural Symp. on Biomedical Eng., Radioelectronics and Information Technology. Yekaterinburg, Russia, 13–14 May 2021. IEEE, 2021. P. 234–237. doi: 10.1109/USBEREIT51232.2021.9455106Simple and accurate analytical model of planar grids and high-impedance surfaces comprising metal strips or patches / O. Luukkonen, C. Simovski, Gé. Granet, G. Goussetis, D. Lioubtchenko, A. V. Raisanen, S. A. Tretyakov // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2008. Vol. 56, № 6. P. 1624–1632. doi: 10.1109/TAP.2008.923327Luukkonen O., Simovski C., Granet Gé., Goussetis G., Lioubtchenko D., Raisanen A. V., Tretyakov S. A. Simple and Accurate Analytical Model of Planar Grids and High-Impedance Surfaces Comprising Metal Strips or Patches. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2008, vol. 56, no. 6, pp. 1624–1632. doi: 10.1109/TAP.2008.923327Li M., Al-Joumayly M. A., Behdad N. Broad-band True-Time-Delay Microwave Lenses Based on Miniaturized Element Frequency Selective Surfaces // IEEE transactions on antennas and propagation. 2013. Vol. 61, № 3. P. 1166–1179. doi: 10.1109/TAP.2012.2227444Li M., Al-Joumayly M. A., Behdad N. Broad-band True-Time-Delay Microwave Lenses Based on Miniaturized Element Frequency Selective Surfaces. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2013, vol. 61, no. 3, pp. 1166–1179. doi: 10.1109/TAP.2012.2227444Gagnon N., Petosa A. Using Rotatable Planar Phase Shifting Surfaces to Steer a High-Gain Beam // IEEE transactions on antennas and propagation. 2013. Vol. 61, № 6. P. 3086–3092. doi: 10.1109/TAP.2013.2253298Gagnon N., Petosa A. Using Rotatable Planar Phase Shifting Surfaces to Steer a High-Gain Beam. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2013, vol. 61, no. 6, pp. 3086–3092. doi: 10.1109/TAP.2013.2253298Zverev A. I. Handbook of filter synthesis. New York: John Wiley and Sons, 1967. 592 p.Zverev A. I. Handbook of Filter Synthesis. New York, John Wiley and Sons, 1967, 592 p.Al-Joumayly M. A., Behdad N. A generalized method for synthesizing low-profile, band-pass frequency selective surfaces with non-resonant constituting elements // IEEE transactions on antennas and propagation. 2010. Vol. 58, № 12. P. 4033–4041. doi: 10.1109/TAP.2010.2078474Al-Joumayly M. A., Behdad N. A Generalized Method for Synthesizing Low-Profile, Band-Pass Frequency Selective Surfaces with Non-Resonant Constituting Elements. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2010, vol. 58, no. 12, pp. 4033–4041. doi: 10.1109/TAP.2010.2078474Алексеев Л. В., Знаменский А. Е., Лоткова Е. Д. Электрические фильтры метрового и дециметрового диапазонов. М.: Связь, 1976. 281 c.Alekseev L. V., Znamensky A. E., Lotkova E. D. Electric Filters of Meter and Decimeter Ranges. Moscow, 1976, 281 p. (In Russ.)

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