ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2025, № 11 · РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

Характеристики антенн, нагруженных на отражающие и неотражающие частотно-селективные цепи

Н.Д. Малютин1, М.О. Коноваленко1, Г.А. Малютин1, А.А. Арутюнян1, Е.И. Тренкаль1, Т.А. Чепко1

1 Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Томск, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2025.11.31 УДК 621.372 EDN RYUUBI

Аннотация

На примере компактной микрополосковой широкополосной антенны, предназначенной для применения в составе малоразмерных БПЛА, исследованы особенности ее характеристик в зависимости от частотных свойств нагрузок. Рассмотрено три варианта нагрузок: в виде согласованной цепи; полосно-пропускающего фильтра отражающего типа; полосно-пропускающего неотражающего фильтра. Проведены исследования частотных характеристики СВЧ тракта, состоящего из антенны, полосно-пропускающего фильтра отражающего или неотражающего типа и источника/приемника сигналов в режиме работы на излучение и обратного рассеяния при облучении антенны. Установлено, что при облучении антенны, нагруженной на фильтр отражающего типа, наблюдается увеличение эффективной площади рассеяния (ЭПР) на отдельных частотах вследствие эффекта переотражения внеполосных частот от нагрузки. Замена отражающего фильтра на неотражающий с единственной полосой пропускания приводит к снижению ЭПР. При этом частотные зависимости коэффициента отражения, диаграммы направленности, ЭПР и коэффициента усиления в первой полосе пропускания близки к параметрам, получаемым при использовании традиционного фильтра отражающего типа. На частотах же вне полосы пропускания при широкополосном облучении антенны наряду со снижением ЭПР наблюдается эффект подавления паразитных полос пропускания СВЧ тракта приема вследствие поглощения энергии СВЧ колебаний в буферной резонансной цепи неотражающего фильтра. При этом нагрузка в виде неотражающего фильтра согласована как по входу, так и между антенной и фильтром.

  • антенна
  • нагрузки антенны
  • отражающий фильтр
  • неотражающий фильтр
  • эффективная площадь рассеяния
Abstract (in English)

Antennas characteristics loaded with reflective and non-reflective frequency-selective circuits

Using a compact microstrip broadband antenna designed for use in small-sized UAVs as an example, the features of its characteristics depending on the frequency properties of the loads are investigated. Three load options are considered: in the form of a matched circuit; a band-pass reflective filter; a band-pass non-reflective filter. The frequency characteristics of the microwave path consisting of an antenna, a band-pass reflective or non-reflective filter, and a signal source/receiver in the radiation and backscatter modes during antenna irradiation are studied. It is found that when irradiating an antenna loaded with a reflective filter, an increase in the effective scattering cross-section (RCS) is observed at individual frequencies due to the effect of re-reflection of out-of-band frequencies from the load. Replacing the reflective filter with a non-reflective one with a single passband leads to a decrease in the RCS. In this case, the frequency dependences of the reflection coefficient, directivity pattern, RCS and gain in the first passband are close to the parameters obtained using a traditional reflective filter. At frequencies outside the passband with broadband irradiation of the antenna, along with a decrease in the RCS, an effect of suppression of parasitic passbands of the microwave receiving path is observed due to the absorption of microwave oscillation energy in the buffer resonant circuit of the non-reflective filter. In this case, the load in the form of a non-reflective filter is matched both at the input and between the antenna and the filter.

Для цитирования

Малютин Н.Д., Коноваленко М.О., Малютин Г.А., Арутюнян А.А., Тренкаль Е.И., Чепко Т.А. Характеристики антенн, нагруженных на отражающие и неотражающие частотно-селективные цепи // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – № 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.11.31

Литература

  1. Банков С.Е., Давыдов А.Г., Курушин А.А. Антенна-фильтр // Журнал радиоэлектроники. - 2010. - №. 4.
  2. Chen F.C., Chen J.F., Chu Q.X., and Lancaster M.J. X-band waveguide filtering antenna array with nonuniform feed structure // IEEE Trans. Microw. Theory Techn. 2017. vol. 65. No. 12. Pp. 4843-4850. https://doi.org/10.1109/TMTT.2017.2705697
  3. Mahmud R.H., and Lancaster M.J. High-gain and wide-bandwidth filtering planar antenna array-based solely on resonators // IEEE Trans. Antennas Propag. 2017. Vol. 65. No. 5. Pp. 2367-2375. https://doi.org/10.1109/TAP.2017.2670443
  4. Yu-Ming Wu; Sai-Wai Wong, Hang Wong, Fu-Chang Chen. A Design of Bandwidth-Enhanced Cavity-Backed Slot Filtenna Using Resonance Windows // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2019. Vol. 67. Issue 3. P. 1926 - 1930. https://doi.org/10.1109/TAP.2016.2593933
  5. Adnan Nadeem, Nosherwan Shoaib, Dimitra Psychogiou, Photos Vryonides, Symeon Nikolaou. Wideband Circularly Polarized Reflectionless Filtenna. 2025 19th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP). 30 March 2025 - 04 April 2025. https://doi.org/10.23919/EuCAP63536.2025.10999881
  6. Ying Liu, Yongtao Jia, Shuxi Gong. Antenna Radar Cross Section: Theory and Design. Springer. 2025. 253 P. ISBN 978-981-96-1225-3. ISBN 978-981-96-1226-0 (eBook).
  7. Рыжиков М.Б. Изменение эквивалентного поля рассеяния при применении микрополосковых излучателей различной формы // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2004. Вып. 1.
  8. Оводенко А.А., Красюк В.Н., Бестугин А.Р., Рыжиков М.Б. Радиозаметность антенных окон гиперзвуковых летательных аппаратов // Изв. Вузов. Приборостроение. 2011. Т. 54, № 8. С. 5-11.
  9. Lutsev L.V., Yakovlev S.V. Microwave properties of granular structures with ferromagnetic nanoparticles.International Conference "Functional Materials", ICFM-2003, Crimea (Ukraine). 6-11 October 2003. https://doi.org/10.1063/1.1913797
  10. Петров В., Николайчук Г., Сергей Яковлев С., Луцев Л. Многоцелевые радиопоглощающие материалы на основе магнитных наноструктур: получение, свойства и применение // Компоненты и технологии. 2008. № 10. С. 147-150.
  11. Топалов Ф.С. Численное исследование характеристик рассеяния цилиндрической системы активного гашения на основе управляемой решетки Ван-Атта // Журнал Радиоэлектроники, 2019. №1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.1.12
  12. Collin R.E. The Receiving Antenna, Antenna Theory, Part1, R.E. Collin and F.J. Zucker(eds.), McGraw-Hill, New York. 1969. Pp. 123-133.
  13. Hansen R.C., Relationships Between Antennas as Scatters and as Radiators, Pro. IEEE. 1989. Vol. 77. Pp. 659-662.
  14. Смирнов Е.В. Обобщенная антенная теорема // T-Comm - Телекоммуникации и Транспорт. 2014. №12. С. 83-87.
  15. Кинберн Б.Е., Попов М.П. Обобщение оптической теоремы на случай антенн // Доклады АНСССР. 1989. Т. 308. № 3. С. 615-619.
  16. Ерохин Г.А., Кочержевский В.Г. Связь характеристик излучения и рассеяния антенн и проблема минимизации (максимизации) рассеянной мощности // Радиотехника и электроника. 1997. Т. 42. №1. С. 86-91.
  17. Ерохин Г.А., Кочержевский В.Г. Связь энергии взаимодействия излученного поля и поля рассеяния произвольной антенны с ее диаграммой направленности // Журнал Радиоэлектроники. 1999. № 3.
  18. Смирнов Е.В. Об эквивалентной схеме информационного канала взаимодействия приемных антенн // В сборнике: Технологии информационного общества. Сборник трудов XVIII Международной отраслевой научно-технической конференции. Москва, 2024. С. 81-83.
  19. Смирнов Е.В. Исследование влияния согласования антенны и ее нагрузки на информационную составляющую поля рассеяния приемных антенн // В сборнике: технологии информационного общества // XI Международная отраслевая научно-техническая конференция: сборник трудов. 2017. С. 187-189.
  20. Смирнов Е.В. Минимизация рассеяния приемных антенн при заданной принимаемой мощности // Антенны. 2008. № 2 (129). С. 74-80.
  21. Лощилов А.Г., Малютин Н.Д., Чинь То Тхань, Малютин Г.А. Уменьшение возвратных потерь и подавление внеполосных колебаний в межкаскадных соединениях систем связи с помощью неотражающих частотно-селективных цепей СВЧ // Системы управления, связи и безопасности. 2024. № 4. С. 72-94. https://doi.org/10.24411/2410-9916-2024-4-72-94
  22. Чинь То Тхань, Малютин Н.Д. Малогабаритный неотражающий полосно-пропускающий фильтр // Патент на изобретение RU 2820780, опубл. 10.06.2024, бюл. № 16.
  23. Лощилов А. Г, Чинь Т.Т., Малютин Г.А. Полосковый неотражающий полосно-пропускающий перестраиваемый фильтр // Патент на изобретение RU 2819096, бюл. № 1.
  24. Евдокимов С.В., Шишкин М.С., Бадеха А.И., Лисовский Д.А., Барышников Е.С., Снигирев С.Д., Маталасов С.Ю. Пат.RU 219304 U1. Двухдиапазонная компактная антенна для беспилотного летательного аппарата. Заявка: 2023105033, 06.03.2023. Опубл. 11.07.2023. Бюл. № 20.
  25. Шишкин М.С. Разработка компактной широкополосной антенны со стабильной формой диаграммы направленности для применения в составе малоразмерных БПЛА. // Журнал радиоэлектроники. 2024. №. 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.12.10
  26. Ying Liu, Yongtao Jia, Shuxi Gong. Antenna Radar Cross Section: Theory and Design. 2025. P. 252. https://doi.org/10.1007/978-981-96-1226-0