Полуавтоматизированное проектирование двухдиапазонных антенн с концевым типом возбуждения для цифровых антенных решеток

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

1. Dual-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/PIERL08120504

2. Son 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.37

3. Avila-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.2010.2000

4. Balanis C. A. Antenna theory. Analysis and de-sign. 4th Ed. NJ, Hoboken: John Wiley & Sons Inc., 2016. 1072 p.

5. Pocklington H. C. Electrical oscillations in wires // Proc. Cambridge Phil. Soc. 1897. Vol. 9. P. 324-332.

6. 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.1965.1138563

7. Compact 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.2017.2752358

8. Wideband 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.2014.2325961

9. A 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/mia2.12185

10. Design 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.

11. 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: 10.1155/2019/4345819

12. Alekseytsev 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.2019.2950837

13. Zhang 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.2009.2013440

14. Bialkowski 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.2007.892979

15. Abbosh 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.2006.4429559