ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2026. №7

Оглавление выпуска

Текст статьи (pdf)

English page

 

 

DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.7.1

УДК: 621.373

 

 

МОДИФИКАЦИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ СШП АНТЕННЫ

НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИХ МОД

 

Ю.А. Андреев, В.П. Беличенко, В.В. Плиско

 

Институт сильноточной электроники СО РАН,

634055, Томск, проспект Академический, 2/3

 

Статья поступила в редакцию 3 июня 2026 г.

 

Аннотация. Представлен процесс модификации трехмерной СШП комбинированной антенны на основе анализа ее характеристических мод.  Он начинается с исследования свойств характеристических мод основных компонентов комбинированной антенны, а затем свойств характеристических мод антенны в целом, с целью выработки концепции эффективного расширения ее рабочей полосы частот. Для этого в частотной области анализируются основные атрибуты теории характеристических мод – частотные зависимости характеристических углов и модальных значимостей отдельных характеристических мод, а также осуществляется визуализация распределений характеристических токов этих мод. Это позволило получить ценную информацию о вкладе мощностей наиболее значимых характеристических  мод в излучаемую антенной мощность и, основываясь на тщательном анализе распределений токов мод в окрестности узла питания антенны, предложить продуктивный принцип расширения ее рабочей полосы частот. Этот принцип был воплощен в конструкции экспериментальной модели модифицированной комбинированной СШП антенны. Результаты полноволнового моделирования антенны и измерений ее параметров и характеристик хорошо согласуются. Диапазон рабочих частот антенны по уровню КСВН < 2 составляет  0.5 – 2.75  ГГц. Модифицированная антенна имеет более высокий коэффициент усиления, чем исходная антенна, практически во всей рабочей полосе частот. Наибольшее его увеличение наблюдается в диапазоне от 1.9 до 2.8 ГГц. Эффективный потенциал излучения rE_p модифицированной антенны  на 9 % (в эксперименте) и 11 % (при полноволновом моделировании) выше соответствующего значения для исходной комбинированной антенны.

Ключевые слова: характеристическая мода, комбинированная антенна, сверхширокополосная антенна, ТЕМ рупор, анализ в частотной и временной областях, рабочая полоса частот антенны.

Финансирование: работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации  (проект № FWRM-2026-0011).

Автор для переписки: Андреев Юрий Анатольевич, lhfehcei@yandex.ru

 

Литература

1. Koshelev V.I. et al. Ultrawideband radiators of high-power pulses // PPPS-2001 Pulsed Power Plasma Science 2001. 28th IEEE International Conference on Plasma Science and 13th IEEE International Pulsed Power Conference. Digest of Papers (Cat. No. 01CH37251). – IEEE, 2001. – Т. 2. – С. 1661-1664.

2. Андреев Ю.А., Буянов Ю.И., Кошелев В.И. Комбинированная антенна с расширенной полосой пропускания // Радиотехника и электроника. – 2005.  – Т. 50. – №. 5. – С. 585-594.

3. Andreev Y.A., Kornienko V.N., Liu S. Method for radiation center position measurements of a combined antenna in the pulsed mode // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2018. – Т. 66. – №. 8. – С. 4269-4276.

4. Andreev Y.A. et al. High-power ultrawideband radiation source // Laser and Particle Beams. – 2003. – Т. 21. – №. 2. – С. 211-217.

5. Efremov A.M. et al. Generation and radiation of ultra-wideband electromagnetic pulses with high stability and effective potential // Laser and Particle Beams.  – 2014. – Т. 32. – №. 3. – С. 413-418.

6. Koshelev V.I., Plisko V.V. Structure of arrays of ultrawideband combined antennas // Journal of Communications Technology and Electronics. – 2017.  – Т. 62. – №. 6. – С. 565-568.

7. Qiu Y. et al. A modularized high-power ultra-wideband radiation system based on the space-synthesis method // Review of Scientific Instruments. – 2022. – Т. 93.  – №. 4.

8. Koshelev V.I., Belichenko V.P., Buyanov Y.I. Ultrawideband short-pulse radio systems. – Artech House, 2017.

9. Andreev Y.A. et al. Generation and emission of high-power ultrabroadband picosecond pulses // Journal of communications technology and electronics. – 2011. – Т. 56. – №. 12. – С. 1429-1439.

10. Mehrdadian A., Forooraghi K. Design and fabrication of a novel ultrawideband combined antenna // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. – 2014.  – Т. 13. – С. 95-98.

11. Kim J.S. et al. A directive subminiature antenna for high-power ultrawideband pulse radiation // IEEE Antennas and wireless propagation letters. – 2014. – Т. 13. – С. 1565-1568.

12. Hyvernaud J. et al. Optoelectronic generation of transient waveforms for UWB radars with rejected frequencies // International Journal of Microwave and Wireless Technologies. – 2020. – Т. 12. – №. 7. – С. 543-550.

13. Wang S., Xie Y. Design and optimization of high-power UWB combined antenna based on Klopfenstein impedance taper // IEEE transactions on antennas and propagation. – 2017. – Т. 65. – №. 12. – С. 6960-6967.

14. Wang S., Xie Y., Qiu Y. A compact narrow-width combined antenna for the radiation of the UWB electromagnetic pulses // Review of Scientific Instruments.  – 2021. – Т. 92. – №. 7.

15. Park H.S. et al. Modified low-frequency compensated TEM (LFCTEM) horn antenna to improve the radiation performance // 2013 Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings (APMC). – IEEE, 2013. – С. 1163-1165.

16. Andreev Y.A., Kornienko V.N., Liu S. Optimization of a combined high-power ultrawideband antenna // Journal of communications technology and electronics.  – 2017. – Т. 62. – №. 9. – С. 976-983.

17. Elmansouri M., Filipovic D.S. Design of combined-antennas using spherical modes // Proc. Antenna Appl. Symp. – 2014. – С. 167-187.

18. Elmansouri M.A., Filipovic D.S. Miniaturization of TEM horn using spherical modes engineering // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2016.  – Т. 64. – №. 12. – С. 5064-5073.

19. Mohamed Ali. Elmansouri, Dejan S. Filipovic. “Combined TEM-horn antenna” Application US 2020/0028268 A1, H01Q 13/02 (2006.01), H01Q 13/08 (2006.01). Published 23.01.2020.

20. Marengo E.A., Ziolkowski R.W. Nonradiating and minimum energy sources and their fields: Generalized source inversion theory and applications // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2002. – Т. 48. – №. 10.  – С. 1553-1562.

21. Marengo E.A., Devaney A.J., Gruber F.K. Inverse source problem with reactive power constraint // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2004.  – Т. 52. – №. 6. – С. 1586-1595.

22. Chen Y., Wang C.F. Characteristic modes: Theory and applications in antenna engineering. – John Wiley & Sons, 2015.

23. Cabedo-Fabres M. et al. The theory of characteristic modes revisited:  A contribution to the design of antennas for modern applications // IEEE Antennas and Propagation Magazine. – 2007. – Т. 49. – №. 5. – С. 52-68.

24. Vogel M. et al. Characteristic mode analysis: Putting physics back into simulation // IEEE Antennas and Propagation Magazine. – 2015. – Т. 57. – №. 2.  – С. 307-317.

25. Hansen J.E. (ed.). Spherical near-field antenna measurements. – Iet, 1988. – Т. 26.

26. Kollipara V., Peddakrishna S. Circularly Polarized Antennas Using Characteristic Mode Analysis: A Review // Advances in Technology Innovation. – 2022. – Т. 7.  – № 4. – С. 242-257.

27. Elias B.B.Q. et al. A Review of Antenna Analysis Using Characteristic Modes // IEEE Access. – 2021. – Т. 9. – С. 98833 – 98862.

28. Gustafsson M. et al. Unified Theory of Characteristic Modes: Part I  – Fundamentals // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2022.  – Т. 70. – № 12. – С. 11801-11813.

29. Gustafsson M. et al. Unified theory of characteristic modes – Part I: Fundamentals // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2022. – Т. 70. – №. 12.  – С. 11801-11813.

30. Кудин В.П., Фаняев И.А. Метод характеристических мод // Антенны. – 2024.  – № 3. – С. 7–20.

31. Garbacz R.J. Modal expansions for resonance scattering phenomena // Proceedings of the IEEE. – 1965. – Т. 53. – №. 8. – С. 856-864.

32. Garbacz R., Newman E. Characteristic modes of a symmetric wire cross // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 1980. – Т. 28. – №. 5. – С. 712-715.

33. Harrington R., Mautz J. Theory of characteristic modes for conducting bodies // IEEE transactions on antennas and propagation. – 1971. – Т. 19. – №. 5.  – С. 622-628.

34. Harrington R., Mautz J. Computation of characteristic modes for conducting bodies // IEEE Transactions on antennas and propagation. – 1971. – Т. 19. – №. 5.  – С. 629-639.

35. Rao S., Wilton D., Glisson A. Electromagnetic scattering by surfaces of arbitrary shape // IEEE Transactions on antennas and propagation. – 1982. – Т. 30. – №. 3.  – С. 409-418.

 

Для цитирования:

Андреев Ю.А., Беличенко В.П., Плиско В.В. Модификация комбинированной СШП антенны на основе анализа ее характеристических мод // Журнал радиоэлектроники. – 2026. – №. 7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.7.1