Гибкие аппроксимирующие функции: резонансные нагрузки

   Введение. Широкое распространение в беспилотных летательных аппаратах нашли патч-антенны, обладающие рядом свойств, полезных в данной сфере применения. Однако проблемным вопросом остается согласование антенны, которая по существу представляет собой резонатор. Существующие публикации носят преимущественно частный характер и отмечают типичные значения полосы согласования 5–7 %, что не всегда оказывается достаточным, когда необходимо использовать спектр сигналов до сотен мегагерц. Поэтому интерес для инженеров может представлять исследование, направленное на использование более основательных системных методов широкополосного согласования.

   Цель работы. Разработка методики широкополосного согласования на основе обобщенного метода синтеза по Дарлингтону с использованием гибких аппроксимирующих функций (АФ) для моделей нагрузок с резонансными свойствами.

   Материалы и методы. В основу статьи положен обобщенный метод синтеза по Дарлингтону. Для расширения возможностей метода используются аппроксимирующие функции с повышенными вариативными свойствами. Гибкое управление весовыми коэффициентами АФ позволяет реализовать как гладкие, так и волновые
частотные характеристики. Метод является аналитическим и не использует итеративных процедур. Математический аппарат метода основан на анализе вычетов в нулях передачи функции сопротивления нагрузки.

   Результаты. Гибкие аппроксимирующие функции оказались эффективным средством для синтеза согласующих цепей с резонансными свойствами. Получены решения для согласования нагрузок с кратными нулями передачи как в начале координат, так и в бесконечности. Показана возможность создания патч-антенн с полосой согласования до 40 % и более.

   Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о том, что потенциальные оценки пределов согласования патч-антенны значительно превышают достигнутые и доступны только для аналитических методов.

1. Янцевич М. А., Филиппович Г. А. Методика синтеза широкополосных согласующих устройств с использованием ограниченно-плоских аппроксимирующих функций // Изв. Гомельского гос. ун-та им. Ф. Скорины. 2021. № 6 (129). С. 154–158.

2. Филиппович Г. А., Янцевич М. А. Гибкие аппроксимирующие функции для широкополосного согласования // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2022. Т. 25, № 2. С. 6–15. doi: 10.32603/1993-8985-2022-25-2-6-15

3. An Approach for Calculating the Limiting Bandwidth–Reflection Coefficient Product for Microstrip Patch Antennas / A. Ghorbani, R. Abd-Alhameed, N. J. McEwan, D. Zhou // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2006. Vol. 54, № 4. Р. 1328–1331. doi: 10.1109/TAP.2006.872641

4. Compact and wideband transmit opto-antenna for radio frequency over fiber / O. Caytan, L. Bogaert, H. Li, J. V. Kerrebrouck // Optics Express. 2019. Vol. 27, № 6. P. 8395–8413. doi: 10.1364/OE.27.008395

5. Sharma S., Tripathi C. C., Rishi R. Impedance matching techniques for microstrip patch antenna // Ind. J. of Science and Technology. 2017. Vol. 10, № 28. Р. 1–16. doi: 10.17485/ijst/2017/v10i28/97642

6. Гайнутдинов Т. А., Гаранкина Н. И., Кочержевский В. Г. Добротность простых вибраторных антенн // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2017. Т. 11, № 8. С. 18–26.

7. Guan C. E., Fujimoto T. Design of a wideband l-shape fed microstrip patch antenna backed by conductor plane for medical body area network // Electronics. 2020. Vol. 9, iss. 1. P. 1–15. doi: 10.3390/electronics9010021

8. Comparison of different feeding techniques for a patch antenna at an X frequency band to evaluate its quantitative impact on the antenna parameters / R. Shafique, K. Kanwar, F. Hussain, R. Morales-Menendez, M. K. Siddiqui // J. of Applied Research and Technology. 2020. Vol. 18. P. 341–361. doi: 10.13140/RG.2.2.28089.80489

9. Демшевский В. В., Богачёв И. А. Влияние способа возбуждения на характеристики микрополосковой патч-антенны Х-диапазона // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2019. Т. 1. С. 146–150.

10. Балакирев И. Согласование чип-антенн на печатной плате // Беспроводные технологии. 2020. Вып. 11. С. 21–22.

11. A capacitive fed microstrip patch antenna with air gap for wideband applications / M. M. Fakharian, P. Rezaei, A. Azadi, M. Dadras // Intern. J. of Engineering. 2014. Vol. 27, № 5. P. 715–722. URL: https://www.semanticscholar.org/paper/A-Capacitive-Fed-Microstrip-Patch-Antenna-with-Air-Fakharian-Rezaei/9a61ca8c4d2b68f6d743b02f3689572509f40b6a

12. Wang Z., Fang S., Fu S. Wideband dual-layer patch antenna fed by a modified l-strip // J. of Microwaves, Optoelectronics a. Electromagnetic Applications. 2010. Vol. 9, № 2. P. 89–99. doi: 10.1590/S2179-10742010000200003

13. Nacsimento D. C., da S. Lacava J. C. Probe-fed linearly-polarized electrically equivalent microstrip antennas on FR4 substrates // J. of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications. 2014. Vol. 13, № 1. P. 55–66. doi: 10.1590/S2179-10742014000100005

14. Bashri M. S. R., Ibrahimy M., Motakabber S. A planar wideband inductively coupled feed patch antenna for UHF RFID tag // IEEE intern. conf. on FRID-technologies and applications. 2013. Johor Bahru, Malaysia, 04–05 Sept. 2013. IEEE, 2013. doi: 10.1109/RFID-TA.2013.6694504

15. Филиппович Г. А. Широкополосное согласование сопротивлений. Минск: Военная академия РБ, 2004. 176 с.