ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2024, № 3 · ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Проектирование двухдиапазонных антенн на основе возбудителя дипольного вида с концевым типом возбуждения

С.А. Алексейцев1, Ю.Н. Паршин2

1 Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Россия
2 НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод им. Коминтерна, Новосибирск, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2024.3.10 УДК 621.396.676 EDN XAFZVG

Аннотация

Целью работы является разработка на основе системного подхода к проектированию антенных элементов и систем алгоритма проектирования двухдиапазонных антенн дипольного вида с нестандартным возбуждением. Концевой тип возбуждения, описанный в работе, позволяет освободить центральную часть подложки для установки дополнительных радиотехнических элементов, а также, уменьшить электромагнитное взаимодействие питающих полосков симметрирующей схемы. Метод возбуждения двух диполеподобных излучателей осуществляется с использованием противофазного равноамплитудного делителя мощности, сигналы с выходных выводов которого подаются на разнесенные плечи диполей. Таким образом, максимум амплитуды поверхностного тока проводимости наблюдается не на смежных концах, как в классической компоновке, а на удаленных. Оценены основные электродинамические характеристики двухдипольнго возбудителя при концевом типе возбуждения. Вся конструкция расположена на печатной плате из стандартного диэлектрического материала ФАФ-4 Д с относительной диэлектрисеской проницаемостью 2.5. Таким образом, вся антенна вместе с симметрирующим блоком является полностью планарной, создавая предпосылки к снижению массогабаритных параметров системы, где будет установлена. Предложена методика проектирования двухдиапазонного излучателя дипольного вида с концевым типом возбуждения. В основу алгоритма параметрической оптимизации тонкопроволочной модели, а также печатного эквивалента, положены формальные соотношения для входного импеданса и обобщенной функции направленности излучателя. Обобщенная функция направленности возбудителя выражена как зависимость интенсивности его осевого излучения от геометрических параметров, таких как длины диполей, межэлементное расстояние, и фазовый сдвиг сигналов возбуждения в точках возбуждения. Соответствующие выражения в замкнутом виде задают начальные приближения независимых параметров геометрии, рассчитанные для заданных центральных частот согласования. Заявленная последовательность процедур позволяет в рамках системного подхода определять начальные приближения геометрических параметров возбудителя. На последующих этапах проектирования решается задача сопряжения возбудителя и согласующе-симметрирующей схемы. Таким образом, вся задача декомпозируется на самостоятельные вычислительные блоки, упрощая и снижая вычислительные затраты.

  • концевой тип возбуждения
  • двухдиапазонный возбудитель
  • согласование
  • направленность
  • оптимизация
Abstract (in English)

On the design of a dual-band ends-fed dipole-like antenna

The project is aimed at the designing, based on a systematic approach to the design of antenna elements and systems, an algorithm for design of dual-band dipole antennas with non-traditional excitation. The ends-fed excitation technique, proposed in the work, makes it possible to space the central part of the substrate for placing additional radioelectronic components, and at the same time to reduce the electromagnetic interaction of the supply strips of the balun circuit. The proposed excitation technique allows designing new types of antenna, such as cardioid antenna, turnstile antenna, antenna array with principally different electrodynamic regimes. The parametric optimization algorithm for the thin-wire model, as well as the printed equivalent, is based on formal relationships for the input impedance and the generalized directivity function of the driver proposed. The corresponding closed-form expressions specify initial approximations of independent geometry parameters calculated for given central matching frequencies. The stated sequence of procedures allows, within the framework of a systematic approach, to determine the initial approximations of the geometric parameters of the driver. At subsequent design stages, the problem of pairing the driver and the matching-balun circuit is solved. Thus, the entire task is decomposed into independent computational blocks, simplifying and reducing computational costs.

Для цитирования

Алексейцев С.А., Паршин Ю.Н. Проектирование двухдиапазонных антенн на основе возбудителя дипольного вида с концевым типом возбуждения // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – № 3. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.3.10

Литература

  1. Hidetsugu Y. Directive-projecting system of electric waves: пат. 1745342 США. - 1930.
  2. Rezaeieh S.A., Antoniades M.A., Abbosh A.M. Miniaturized planar Yagi antenna utilizing capacitively coupled folded reflector // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. - 2017. - Т. 16. - С. 1977-1980.
  3. Chopra R., Kumar G. Uniplanar microstrip antenna for endfire radiation // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 2019. - Т. 67. - № 5. - С. 3422-3426.
  4. Gaya S., et al. Pattern reconfigurable Yagi-Uda antenna with seven switchable beams for WiMAX application // Microwave and Optical Technology Letters. -2020. - Т. 62. - № 3. - С. 1329-1334.
  5. Gorbachev A.P., Egorov V.M. The Dipole Radiating Integrated Module: Experimental Results // IEEE Transaction on Antennas and Propagation. - 2007. - Т. 55. - № 11. - С. 3085 - 3087.
  6. Weily A.R., Bird T.S., and Guo Y.J. A reconfigurable high-gain partially reflecting surface antenna // IEEE Transaction on Antennas and Propagation. - 2008. - Т. 56. - № 11. - С. 3382-3390.
  7. Wu S.-J., et al. A multiband quasi-Yagi type antenna. IEEE Transaction on Antennas and Propagation. - 2010. - Т. 58. - № 2. - С. 593-596.
  8. Qin P.-Y., et al. Frequency reconfigurable quasi-Yagi folded dipole antenna. IEEE Transaction on Antennas and Propagation. - 2010. - Т. 58. - № 8. - С. 2742-2747.
  9. Ding Y., et al. Design of a Multiband Quasi-Yagi-Type Antenna with CPW-to-CPS Transition // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. - 2011. - Т. 10. - С. 1120-1123.
  10. Balanis C.A. Antenna Theory: Analysis and Design, 4th ed. - John Wiley & Sons. - 2016. - С. 1072.
  11. Chen Z.N., Liu D., Nakano H., Qing X., Zwick T. Handbook of Antenna Technologies. - Singapore: Springer. - 2016. - С. 3473.
  12. Kaneda N., et al. A broadband planar quasi-Yagi antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 2002. - Т. 50. - № 8. - С. 1158-1160.
  13. Qin P.Y., et al. Frequency reconfigurable quasi-Yagi folded dipole antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 2010. - Т. 58. - № 8. - С. 2742-2747.
  14. Cai Y., Guo Y.J., Qin P.Y. Frequency switchable printed Yagi-Uda dipole sub-array for base station antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 2011. - Т. 60. - № 3. - С. 1639-1642.
  15. Wu S.J. et al. A multiband quasi-Yagi type antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 2010. - Т. 58. - № 2. - С. 593-596.
  16. Gorbachev A.P., Tarasenko N.V., Atuchin V.V. Planar dual-frequency quasi-Yagi antenna // Electromagnetics. - 2016. - Т. 36. - № 5. - С. 328-339.