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, № 9 · ELECTRODYNAMICS

Частотно-фазовое сканирование волноводно-щелевых антенных решеток, заполненных диэлектриком

V.I. Kalinichev1, A.A. Babaskin2

1 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
2 Bona Venture LLC, Сеул, Юж. Корея
Full text (PDF) EDN ZRJEGD

Abstract

Two-dimensional periodic scanning leaky wave antenna arrays are studied, which consist of rectangular dielectric-filled waveguides with reflection-cancelling transverse slot pairs. The radiation characteristics of infinite and finite-size arrays are computed in the regime of uniform excitation of all inputs with a linear phase shift. The width of the frequency-phase scanning sector is investigated depending on the dielectric permittivity of the material filling the waveguides. Studies have shown that the considered antenna arrays have a relatively wide single-beam scan sector. In the frequency range 8.75 - 10.75 GHz the elevation scanning capabilities for the arrays with the filling materials ε = 2.25 and ε = 9 are characterized by the angular sectors of 30° and 71°, respectively. The azimuth scanning is determined by the beam tilt by 45° - 59° at the phase shift of 120° (ε = 2.25) and by 44° - 60° at the phase shift of 60° (ε = 9), in the same frequency range. It is also shown that at a given frequency and with a change in the phase shift the beam scans along the surface of an almost circular cone with a constant elevation angle at its vertex measured relative to the waveguide axes. It is obtained that the angles of radiation for the simulated finite-size arrays and the corresponding infinite arrays are practically same.

  • frequency-phase scanning
Аннотация (на русском)

Частотно-фазовое сканирование волноводно-щелевых антенных решеток, заполненных диэлектриком

Рассмотрены двумерно-периодические сканирующие антенные решетки вытекающей волны, состоящие из заполненных диэлектриком прямоугольных металлических волноводов с двойными поперечными щелями. Рассчитаны характеристики излучения бесконечных и конечных решеток в режиме равномерного возбуждения всех входов с линейным фазовым сдвигом. Исследована ширина сектора двумерного сканирования луча в зависимости от диэлектрической проницаемости заполнения.

For citation

Kalinichev V.I., Babaskin A.A. Частотно-фазовое сканирование волноводно-щелевых антенных решеток, заполненных диэлектриком // Journal of Radio Electronics. – 2017. – No. 9.

References

  1. Уолтер К. Антенны бегущей волны. Пер. с англ. под ред. А. Ф. Чаплина. - М.: Энергия, 1970, 448 с.
  2. Калошин В. А. Антенны миллиметровых волн. Зарубежная радиоэлектроника, 1984, №11, с. 97-106.
  3. Мануилов М. Б., Лерер В. А., Синявский Г. П. Методы расчета и новые применения волноводно-щелевых антенных решеток. Успехи современной радиоэлектроники, 2007, №5, с. 3-28.
  4. Банков С. Е. Антенные решетки с последовательным питанием. - М., Физматлит. 2013. 414 с.
  5. Банков С. Е., Калиничев В. И., Калошин В. А., Фролова Е. В. Непериодические линейные и планарные антенные решетки вытекающей волны. Докл. 3 Всеросс. Микроволновой конф. 25-27 ноября 2015, М. ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, с. 207-211.
  6. Cullens E. D., Ranzani L., Vanhille K. J., Grossman E. N., Ehsan N., and Popovic Z. Micro-Fabricated 130-180 GHz Frequency Scanning Waveguide Arrays. IEEE Trans. Antennas and Propagation, 2012, Vol. 60, No. 8, pp. 3647-3653.
  7. Патент США 8,362,948 B2. Kolinko V., Sexton C., Bishop G., Lovberg J. Long Range Millimeter Wave Surface Imaging Radar System. Дата публикации 29. 01, 2013.
  8. Murano K., Watanabe I., Kasamatsu A., Suzuki S., Asada M. Withayachumnankul W., Tanaka T., and Monnai Y. Low-Profile Terahertz Radar Based on Broadband Leaky-Wave Beam Steering. IEEE Trans. Terahertz Science and Technology, 2017, Vol. 7, No. 1, pp. 60-69.
  9. В. И. Калиничев, А. А. Бабаскин. Частотное сканирование антенны вытекающей волны на прямоугольном волноводе, заполненном диэлектриком. // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2016, №8. URL: http://jre.cplire.ru/jre/aug16/2/text.pdf
  10. Ettorre M., Neto A., Gerini G., and Maci S. Leaky-Wave Slot Array Antenna Fed by a Dual Reflector System. IEEE Trans. Antennas and Propagation, 2008, Vol. 56, No. 10, pp. 3143-3149.
  11. Cheng Y. J., Hong W., and Wu K. Millimeter-Wave Substrate Integrated Waveguide Multibeam Antenna Based on the Parabolic Reflector Principle. IEEE Trans. Antennas and Propagation, 2008, Vol. 56, No. 9, pp. 3055-3058.
  12. Cheng Y. J., et al. Substrate Integrated Waveguide (SIW) Rotman Lens and Its Ka-Band Multibeam Array Antenna Applications. IEEE Trans. Antennas and Propagation, 2008, Vol. 56, No. 8, pp. 2504-2513.
  13. Chen P., Hong W., Kuai Zh., Xu J., Wang H., Chen J., Tang H., Zhou J., and Wu K. A Multibeam Antenna Based on Substrate Integrated Waveguide Technology for MIMO Wireless Communications. IEEE Trans. Antennas and Propagation, 2009, Vol. 57, No. 6, pp.1813-1821.
  14. Gatti R. V., Sorrentino R., Dionigi M. Fast and accurate analysis of scanning slotted waveguide arrays. 32nd European Microwave Conf., 2002, pp. 1-4. DOI: 10.1109/EUMA.2002.339452
  15. Евстропов Г. А. Антенны с электрическим качанием луча. Антенны, 2009, вып. 7, с. 30-34.
  16. Ettorre M., Sauleau R., and Le Coq L. Multi-Beam Multi-Layer Leaky-Wave SIW Pillbox Antenna for Millimeter-Wave Applications. IEEE Trans. Antennas and Propagation, 2011, Vol. 59, No. 4, pp. 1093-1100.
  17. Schreiber E., Peichl M., Jirousek M., Suess H. VESAS: a novel concept for fully-electronic passive MW imaging. Proceedings of SPIE Defense, Security, and Sensing, 2013, Vol. 8715 87150J-1.
  18. С. Е. Банков, В. А. Калошин, Е. В. Фролова. Исследование характеристик частотно-фазового сканирования сфокусированной волноводно-щелевой решётки. // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2017, №5. URL: http://jre.cplire.ru/jre/may17/9/text.pdf
  19. В. И. Калиничев, А. А. Бабаскин. Анализ двумерно-периодической волноводно-щелевой решетки с частотно-фазовым сканированием луча. // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2016, №2. URL: http://jre.cplire.ru/jre/feb16/3/text.pdf
  20. В. И. Калиничев, А. А. Бабаскин. Исследование частотного сканирования волноводно-щелевой антенной решетки с постоянным фазовым сдвигом между волноводами. // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2017, №1. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jan17/7/text.pdf
  21. Kalinichev V. I., Kaloshin V. A., Frolova E. V. Slotted-Waveguide Antenna Arrays with Frequency-Phase Scanning. Trudy Mezhdunarodnoi konferentsii "Izluchenie i rasseyanie electromagnitnih voln IREMV-2017" [Proc. of International Scientific Conference "Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves RSEMW 2017" ]. Gelendzhik, Krasnodar region, Russia, 26-30 June 2017.