Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2017, № 5 · ELECTRODYNAMICS

Исследование характеристик СШП плоских двумерно-периодических решеток ТЕМ рупоров

V.A. Kaloshin1,2, K.Z. Nguen2

1 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
2 Московский физико-технический институт (государственный университет)
Full text (PDF) UDC 621.396.67 EDN ZFHYFN

Abstract

Using the finite element method a numerical study of the matching and radiation characteristics of two types of UWB two-dimensional periodic planar arrays of TEM horns is conducted. The first type is regular TEM horn array, the second type is array of TEM horns with the partially metallization space between the horns. An infinite two dimensional planar array and a 36-element array (6x6 elements) are investigated. It is shown that two types of infinite planar in-phase arrays are matched in the frequency bandwidth more than 1:40, and 36-element array - in the frequency bandwidth more than 1:10. At the scanning regime the operating frequency bandwidth of the arrays is narrowed both by matching and growth of the side lobes, as a result of which the frequency bandwidth of the infinite array of the first type is retained only in the sector of 90x30 degrees, the infinite array of the second type only in the sector of 60x60 degrees, where the first angle refers to E plane, and the second - to H plane. For the 36-element array of the first type, the frequency bandwidth is retained scanning range of 30 degrees in E - plane, and for the 36-element array of the second type the frequency bandwidth is retained in the scanning sector of 60x60 degrees. Special attention is paid to analysis of side lobes and backward radiation of the arrays, the increase of which limits the operating frequency bandwidth of the arrays.

  • planar antenna array
  • scanning
  • backward radiation
Аннотация (на русском)

Исследование характеристик СШП плоских двумерно-периодических решеток ТЕМ рупоров

С использованием метода конечных элементов проведено численное моделирование характеристик согласования и излучения сверхширокополосных двумерно-периодических плоских ТЕМ решеток двух типов. Первый тип - решетка классических ТЕМ рупоров, второй - решетка ТЕМ рупоров с металлизацией части межрупорного пространства. Исследована бесконечная по двум декартовым координатам решетка и 36 элементная решетка (6х6 элементов). Показано, что синфазные бесконечные решетки обоих типов согласованы в полосе частот более 1:40, а синфазные 36-элементные - в полосе частот - более 1:10. В режиме сканирования полоса рабочих частот решеток сужается как за счет согласования, так и роста боковых лепестков, в результате чего полоса частот бесконечной решетки первого типа сохраняется только в секторе 45х15 градусов, у решетки второго типа - только в секторе 30х30 градусов, где первый угол относится к Е плоскости, а второй - к Н плоскости. У 36 элементной решетки первого типа полоса согласования сохраняется только при сканирования 15 градусов в Е - плоскости, а решетки второго типа - в секторе 30х30 градусов. Особое внимание в работе уделено анализу бокового и заднего излучения решеток, возрастание которых ограничивает полосу рабочих частот решеток.

For citation

Kaloshin V.A., Nguen K.Z. Исследование характеристик СШП плоских двумерно-периодических решеток ТЕМ рупоров // Journal of Radio Electronics. – 2017. – No. 5.

References

  1. Ефимова Н.А., Калошин В.А., Мартынов Е.С., Скородумова Е.А. Исследование рупорно-параболической ТЕМ антенны // Журнал Радиоэлектроники. 2011. № 12. http://jre.cplire.ru/jre/dec11/17/text.pdf
  2. Ефимова Н.А., Калошин В.А. Исследование рупорно - линзовой ТЕМ антенны // Радиотехника и электроника. 2012. Т.57. № 9. C.1020-1027
  3. McDonald J.L., Filipovic D.S. A monocone - bicone collinear array // IEEE Trans. Antennas. Propag. 2010. Vol. 58. No. 12. pp. 3905-3912
  4. Калошин В.А., Нгуен К.З. Исследование коллинеарных сверхширокополосных антенных решеток из цилиндро - конических и поликонических элементов // Антенны. 2016. № 2. С. 34-41.
  5. Калошин В.А., Нгуен К.З. Исследование характеристик Е - плоскостных линейных решеток ТЕМ рупоров, ibid, http://jre.cplire.ru/jre/may17/12/text.pdf
  6. Бирюков В.Л., Ефимова Н.А., Калиничев В.И., Калошин В.А., Пангонис Л.И. Исследование сверхширокополосной кольцевой антенной решетки // Журнал Радиоэлектроники. 2013. № 1. http://jre.cplire.ru/jre/jan13/20/text.pdf
  7. Калошин В.А., Нгуен К.З. Сверхдиапазонные излучатели и антенные решетки на основе биконических рупоров // Антенны. 2016. №8. С. 69 - 76
  8. Wang Z.P., Hall P.S., Kelly J., Gardner P. TEM horn circular array for wide band pattern notch reconfigurable antenna system // Loughborough Antennas & Propagation Conference. Nov. 2010. pp. 365 - 367
  9. Elmansouri M.A., Ha J., Filipovic D.S. Ultrawideband TEM horn circular array // IEEE Trans. Antennas Propag. 2017. Vol. 65. No 3. pp. 1374 - 1379
  10. Дупленкова М.Д., Калиничев В.И., Калошин В.А. Сверхширокополосная цилиндрическая антенная решетка на основе поликонических излучателей // Журнал Радиоэлектроники. 2015. № 11. http://jre.cplire.ru/jre/nov15/13/text.pdf
  11. Калошин В.А., Нгуен К.З. Сверхдиапазонные излучатели и антенные решетки на основе биконических рупоров // Антенны. 2016. №8. С. 69 - 76
  12. McGrath D.T. Blindness effects in ground plane - backed TEM horn arrays // IEEE Antennas Propag. Society International Symposium, June 1998. pp. 1024 - 1027
  13. McGrath D.T., Baum C.E. Scanning and impedance properties of TEM horn arrays for transient radiation // IEEE Trans. Antennas Propag. 1999. Vol.47. No. 3. pp. 469-473
  14. Holzman E.L. A wide band TEM horn array radiator with a novel microstrip feed // IEEE International Conf. Phased Array Systems Tech. May 2000. pp. 441 - 444
  15. Herd J. S, Kao P.S. Broadband TEM horn array for FOPEN radar // IEEE Antennas Propag. Society International Symposium, July 2001. pp. 452 - 455
  16. Wang J., Tian C., Luo G., Chen Y., Ge D. Four-element TEM horn array for radiating ultrawideband electromagnetic pulses // Microw. Opt. Technology Lett. 2001. Vol. 31. No. 3. pp. 190 - 194
  17. Wu F., Yuan N. The radiation characteristic of UWB planar TEM horn antenna array // CIE International Conference Radar. China, 16-19 Oct. 2006
  18. Strauss G., Breitsameter K. A circular polarized TEM horn antenna array with large scanning angle // IEEE Radio Wireless Symposium. Jan. 2011. pp. 98 - 101
  19. Keskin A.K., Senturk M.D., Turk A.S. Quasi TEM horn antenna array for rescue radar buried victims under rubble // 8th International Workshop on Advanced Ground Penetrating Radar (IWAGPR). Italy, 7-10 July 2015
  20. Банков С.Е., Калошин В.А., Нгуен К.З. К теории антенных решеток из ТЕМ рупоров // Труды IV Всероссийской Микроволновой конференции, г. Москва, 26 - 28 ноября 2016. С. 410 - 413
  21. Нгуен К.З. Анализ и оптимизация сверхширокополосных малоэлементных решеток линейной поляризацией с целью расширения полосы частот. Дисс. канд. физ-мат. наук. М., МФТИ, 2017
  22. Chio T., Schaubert D.H. Parameter study and design of wide-band widescan dual-polarized tapered slot antenna arrays // IEEE Trans. Antennas Propag. 2000. V. 48. No 6. pp. 879-886
  23. Kasturi S., Schaubert D.H. Effect of dielectric permittivity on infinite arrays of single-polarized Vivaldi antennas // IEEE Trans. Antennas Propag. 2006. Vol. 54. No. 2. pp.351 - 358
  24. Maaskant R., Ivashina M.V., Iupikov O., Redkina E.A., Kasturi S., Schaubert D.H. Analysis of large microstrip-fed tapered slot antenna arrays by combining electrodynamic and quasi-static field models // IEEE Trans. Antennas Propag. 2011. Vol. 59. No. 6. pp. 1798 - 1807
  25. Reid E.W., Ortiz-Balbuena L., Ghadiri A., Moez K. A 324-element Vivaldi antenna array for radio astronomy instrumentation // IEEE Trans. Instrum. Meas. 2012. Vol. 61. No. 1. pp. 241 - 250
  26. Kindt R.W., Pickles W.R. Ultrawideband all-metal flared-notch array radiator // IEEE Trans. Antennas Propag. 2010. V. 58. No 11. pp. 3568-3575
  27. Yan J., Gogineni S., Camps-Raga B., Brozena J. A dual-polarized 2-18 GHz Vivaldi array for airborne radar measurements of snow // IEEE Trans. Antennas Propag. 2016. V. 64. No 2. pp. 781-785
  28. Банков С.Е., Дупленкова М.Д., Калошин В.А. Сверхширокополосная облучающая система на основе линейной решетки из антенн Вивальди для многолучевых гибридных антенн // Журнал Радиоэлектроники. 2015. № 12. http://jre.cplire.ru/jre/dec15/18/text.html