Удосконалена методика розрахунку антени у вигляді відкритого кінця прямокутного хвилеводу з частковим діелектричним заповненням та штирем збудження
DOI:
https://doi.org/10.20535/RADAP.2020.82.5-13Ключові слова:
прямокутний хвилевід, часткове діелектричне заповнення, штир збудження, коефіцієнт стоячої хвилі за напругою, узгодження, коаксіально-хвилеводний перехідАнотація
Представлено удосконалену методику розрахунку антени у вигляді відкритого кінця прямокутного хвилеводу з частковим діелектричним заповненням (ЧДЗ) та штирем збудження. Удосконалення методики розрахунку антени полягає в одночасному врахуванні ефективної діелектричної проникності часткового діелектричного заповнення, зміни розмірів штиря збудження та його зміщення відносно осі хвилеводу для зменшення геометричних розмірів поперечного перетину хвилеводу та покращення узгодження антени у визначеній смузі частот. З цією метою значення ефективної діелектричної проникності знаходиться через власні поперечні векторні функції порожнистого хвилеводу. В методиці зокрема наводиться удосконалений вираз (9) для розрахунку нормованої провідності коаксіально-хвилеводного переходу зі сторони прямокутного хвилеводу, який дозволяє забезпечити узгодження штиря збудження з коаксіальною лінією живлення шляхом визначення (оптимізації) його розмірів та положення у хвилеводі. Використовується отримана формула для нормованої шунтуючої провідності, що вноситься штирем, навантаженим на опори z1 та z2 , яка може бути застосована в різних часткових випадках за зміни характеру опорів навантажень z1 та z2 при розрахунку та проектуванні інших антен і елементів техніки надвисоких частот. Представлені графіки залежностей коефіцієнта стоячої хвилі за напругою (КСХН) від частоти за різних радіусу, довжини штиря збудження та його зміщення відносно осі прямокутного хвилеводу. За оптимальних розмірів та положення штиря збудження покращено узгодження антени у визначеній смузі частот (зменшено КСХН до рівня, що не перевищує 1,18 у смузі частот 6–8 ГГц). Також застосування ЧДЗ дозволяє зменшувати геометричні розміри поперечного перетину хвилеводу (до 61% і більше) за його незмінного електричного розміру (для смуги частот 6–8 ГГц розмір поперечного перетину прямокутного хвилеводу для хвилі типу H10 складає 23 x 10 мм за відносної діелектричної проникності пластин товщиною cx = 6 мм, яка дорівнює εr = 1,9). Наводяться графіки нормованих діаграм спрямованості антени в площинах Е та Н. Достовірність та обґрунтованість отриманих результатів забезпечується збіжністю результатів розрахунку за граничних умов із відомими результатами та збіжністю отриманих формул за одиницями вимірювання.
Посилання
Перелік посилань
Steven Gao. Advanced Antennas for Small Satellites / Gao Steven, Rahmat-Samii Yahya, E. Hodges Richard, Yang Xue-Xia // Proceedings of the IEEE. — 2018. — Vol. 106, No. 3. — pp. 391–403. DOI:10.1109/JPROC.2018.2804664.
Berenguer A. Analysis of Multipactor Effect in a Partially Dielectric-Loaded Rectangular Waveguide / A. Berenguer, Á. Coves, F. Mesa, E. Bronchalo, B. Gimeno // IEEE Transactions on Plasma Science. — 2019. — Vol. 47, No. 1. — pp. 259–265. DOI:10.1109/TPS.2018.2880652.
Nefyodov E. I. Electromagnetic Fields and Waves: Microwave and mmWave Engineering with Generalized Macroscopic Electrodynamics /E. I.Nefyodov, S. M. Smolskiy. — Textbooks in Telecommunication Engineering, 2019. — 315p. ISBN:978-3-319-90847-2.
Nefyodov E. Transmission lines of microwave and mm-wave ranges: computerized lecture course / E.Nefyodov,,B. Kliuev. — Textbook. LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co., Saarbrucken, Germany, 2016. — 544 p.
Гольдштейн Л. Д. Электромагнитные поля и волны / Гольдштейн Л.Д., Зернов Н.В. — Москва: Сов. радио, 1971. — 615 с.
Shcherbinin V. I. Cutoff Frequencies of a Dielectric-Loaded Rectangular Waveguide With Arbitrary Anisotropic Surface Impedance / V. I. Shcherbinin, B. A. Kochetov, A. V. Hlushchenko, V. I. Tkachenko // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. — 2018. — Vol. 67, No. 2. — pp. 577–583. DOI: 10.1109/TMTT.2018.2882493.
Shcherbinin V. I. HE-and EH-hybrid waves in a circular dielectric waveguide with ananisotropic impedance surface / V. I. Shcherbinin, G. I. Zaginaylov, V. I. Tkachenko // Problems of Atomic Science and Technology. — 2015. — Vol. 98, No. 4. — pp. 89–93.
Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов /Воскpесенский Д. И., Грановская Р. А., Гостюхин В. Л., Филиппов В. С. — Москва: Сов. радио, 1972. — 320 с.
Егоров Ю. В. Частично заполненные прямоугольные волноводы/ Ю. В. Егоров. — Москва: Cов. Радио, 1967. — 216 с.
Вайнштейн В. А. Электромагнитные волны/В. А. Вайнштейн. – Москва: Радио и связь, 1988. — 436 с.
Donchenko A. V. Measurements of the Permittivity of Materials Using the Double-Ridged Waveguide / A.V. Donchenko, G.F. Zargano, V.V.Zemlyakov // 14th International Scientific-Technical Conference APEIE, Novosibirsk. — 2018. — pp. 29–32.
Donchenko A. V. Hybrid types of waves in the ridged waveguide with the piecewise-layered dielectric filling / A. V. Donchenko, G. F. Zargano // 2016 International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering (APEDE), Saratov. — 2016. — pp. 1–6. DOI: 10.1109/APEDE.2016.7878892.
Манойлов В. П. Розрахунок хвилеводів з частковим діелектричним заповненням / В.П. Манойлов , В.В. Чухов// Вісник НТУУ „КПІ”. Радіотехніка. Радіоапаратобудування. — 2006. — Вип. 33. — С. 91–100.
Іванов В. О. Теорія електромагнітного поля : підручник / В. О. Іванов, Є. І. Габрусенко, Л. В. Сібрук. — Київ : НАУ, 2017. — 334 с.
Кочин В. Н. Моделирование несимметричного вертикального вибратора конечной толщины при осесимметричном возбуждении / В. Н. Кочин // Радиофизика и радиоастрономия. — 2002. — Т. 7, № 1. — С. 17–28.
Айзенберг Г. З. Антенны ультракоротких волн / Г. З. Айзенберг. — Москва: Связьиздат, 1957. — 699 с.
Лебедев И. В. Техника и приборы СВЧ / И. В. Лебедев. — Москва: Высш. школа, 1970. — 437 с.
Шаров Г.А. Основы теории сверхвысокочастотных линий передачи, цепей и устройств / Г.А.Шаров. — Москва: Горячая линия – Телеком, 2016. — 470 c.
Фрадин А. З. Антенно-фидерные устройства: учебн. пособие. / А. З. Фрадин. — Москва: Связь, 1977. — 440 с.
Шифрин Я. С. Антенны / Я.С. Шифрин. — Харьков: ВИРТА им. Л. А. Говорова, 1976. — 408 с.
Markina A. Reducing the problem of waveguide excitation by currents in cross-section to a system of integral volterra equations /A.Markina, N. Pleshchinskii, D.Tumakov // 3CTIC. Cuadernos de desarrollo aplicados a las TIC. — 2019. — pp.106–125. DOI:10.17993/3ctic.2019.83-2.106-125.
Манойлов В. П. Дослідження електродинамічних характеристик антени у вигляді відкритого кінця прямокутного хвилеводу із частковим діелектричним заповненням та штирем збудження / В.П. Манойлов, В. В. Чухов, Н.М. Каращук // Вісник ЖДТУ. Технічні науки. — 2019. — № 1 (86). — С. 219–227.
Jentschura U. D. Advanced Classical Electrodynamics. Green Functions, Regularizations, Multipole Decompositions / U. D. Jentschura. – Singapore: World Scientific Publishing Company, 2017. — 370 p. DOI:10.1142/10514.
Данилин А. А. Измерения в радиоэлектронике: учебное пособие / А. А. Данилин, Н. С. Лавренко. — Санкт-Петербург: Идательство “Лань”, 2017. — 408 с.
References
Gao S., Rahmat-Samii Y., Hodges R.E. and Yang X. (2018) Advanced Antennas for Small Satellites. Proceedings of the IEEE, Vol. 106, Iss. 3, pp. 391-403. DOI: 10.1109/jproc.2018.2804664
Berenguer A., Coves A., Mesa F., Bronchalo E. and Gimeno B. (2019) Analysis of Multipactor Effect in a Partially Dielectric-Loaded Rectangular Waveguide. IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 47, Iss. 1, pp. 259-265. DOI: 10.1109/tps.2018.2880652
Nefyodov E. I., Smolskiy S. M. (2019) Electromagnetic Fields and Waves: Microwave and mmWave Engineering with Generalized Macroscopic Electrodynamics. Textbooks in Telecommunication Engineering, 315p. ISBN: 978-3-319-90847-2.
Nefyodov E., Kliuev B. (2016) Transmission lines of microwave and mm-wave ranges: computerized lecture course. Saarbrucken, Germany, Textbook. LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co., 544 p.
Goldshtejn L. D., Zernov N.V. (1971) Ehlektromagnitnye polya i volny [Electromagnetic fields and waves]. Moskva, Sov. radio, 615 p.
Shcherbinin V.I., Kochetov B.A., Hlushchenko A.V. and Tkachenko V.I. (2019) Cutoff Frequencies of a Dielectric-Loaded Rectangular Waveguide With Arbitrary Anisotropic Surface Impedance. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 67, Iss. 2, pp. 577-583. DOI: 10.1109/tmtt.2018.2882493
Shcherbinin V. I., Zaginaylov G. I., Tkachenko V. I. (2015) HE-and EH-hybrid waves in a circular dielectric waveguide with ananisotropic impedance surface. Problems of Atomic Science and Technology, Vol. 98, No. 4., pp. 89–93.
Voskpesenskyi D.Y., Hranovskaia R.A., Hostiukhyn V.L., Fylyppov V.S. (1972) Antennы y ustroistva SVCh. Raschet y proektyrovanye antennykh reshetok y ykh yzluchaiushchykh elementov [Calculation and design of antenna arrays and their radiating elements]. Moskva, Sov. radyo Publ., 320 p.
Ehorov Yu.V. (1967) Chastychno zapolnennye priamouholnye volnovody [Partially Filled Rectangular Waveguides]. Moskva, Sov. radyo Publ., 216 p.
Vainshtein V.A. (1988) Elektromahnytnye volny [Electromagnetic waves]. Moskva, Radyo y sviaz Publ., 436p.
Donchenko A.V., Zargano G.F. and Zemlyakov V.V. (2018) Measurements of the Permittivity of Materials Using the Double-Ridged Waveguide. 2018 XIV International Scientific-Technical Conference on Actual Problems of Electronics Instrument Engineering (APEIE), pp. 29–32. DOI: 10.1109/apeie.2018.8546230
Donchenko A.V. and Zargano G.F. (2016) Hybrid types of waves in the ridged waveguide with the piecewise-layered dielectric filling. 2016 International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering (APEDE), pp. 1–6. DOI: 10.1109/apede.2016.7878892
Manoilov V. P., Chukhov V. V.(2006) Rozrakhunok khvylevodiv z chastkovym dielektrychnym zapovnenniam [Calculation of the waveguied with the shape dielectric fulfills]. Visnyk NTUU KPI Seriia Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia, No. 33, pp. 91–100.
Ivanov V. O., Habrusenko Ye. I., Sibruk L. V. (2017) Teoriia elektromahnitnoho polia: pidruchnyk [Electromagnetic field theory: study guide]. Kyiv : NAU, 334 p.
Kochyn V. N. (2002) Modelyrovanye nesymmetrychnoho vertykalnoho vybratora konechnoi tolshchyny pryosesymmetrychnom vozbuzhdenyy [Modeling of an asymmetric vertical vibrator of finite thickness under axisymmetric excitation]. Radio physics and radio astronomy, Vol. 7, No. 1, pp.17–28. DOI:10.15407/rpra.
Aizenberh H. Z. (1957) Antenny ultrakorotkykh voln [VHF Antennas]. Moskva, Sviazyzdat Publ., 699 p.
Lebedev Y. V. (1970) Tekhnyka y prybory SVCh [Microwave equipment and devices]. Moskva, Vyssh. shkola Publ., 437 p.
Sharov H. A. (2016) Osnovy teoryy sverkhvysokochastotnykh lynyi peredachy, tsepei y ustroistv [Fundamentals of the theory of microwave transmission lines, circuits and devices]. Moskva: Horiachaia lynyia – Telekom, 470 p.
Fradyn A. Z. (1977) Antenno-fydernye ustroistva: uchebn. posobye. [Antenna feeder devices: study guide]. Moskva, Sviaz Publ., 140 p.
Shyfryn Ya. S. (1976) Antenny [Antennas]. Kharkov, VYRTA ym. L. A. Hovorova Publ., 408 p.
Markina A., Pleshchinskii N. and Tumakov D. (2019) Reducing the problem of waveguide excitation by currents in cross-section to a system of integral volterra equations. 3C TIC: Cuadernos de desarrollo aplicados a las TIC, pp. 106-125. DOI: 10.17993/3ctic.2019.83-2.106-125
Manoilov V. P., Chukhov V. V., Karashchuk N. M. (2019) Research of electrodynamics characteristics of antennas in the form of an open end of a rectangular waveguide with partial dielectric filling and excitation pin. The Journal of Zhytomyr State Technological University. Series: Engineering, Iss. 1(83), pp. 219-227. DOI: 10.26642/tn-2019-1(83)-219-227
Jentschura U. D. (2017) Advanced Classical Electrodynamics. Green Functions, Regularizations, Multipole Decompositions. Singapore: World Scientific Publishing Company, 370 p. DOI:10.1142/10514.
Danylyn A. A. (2017) Yzmerenyia v radyoelektronyke: uchebnoe posobye [Measurements in Electronics: A Training Manual]. Sankt-Peterburh: Ydatelstvo “Lan”, 408 p.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Л. М. Артюшин , Ю. О. Колос , Н. М. Каращук, Р. О. Авсієвич , Д. В. Коваль
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
