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
2018, № 2 · ELECTRODYNAMICS

TEM-волновод на основе искусственного магнитного проводника из решеток емкостного типа

O.A. Diakonova1, I.N. Kazantsev1

1 Fryazino Branch of Kotelnikov IRE RAS, Friazino, Russia
Full text (PDF) UDC 621.371, 621.372 EDN YRNXSX

Abstract

A new realization of a TEM-waveguide based on an artificial magnetic conductor made of periodic grids of capacitive type is proposed The paper considers a rectangular TEM-waveguide, in which two “narrow” walls are made of artificial magnetic conductor on the basis of two gratings made of metal elements of square shape. Simple expressions are obtained to calculate the structure of the electromagnetic field in such a waveguide. As a calculation model, a TEM-waveguide with an internal cavity size of 16x24 mm2 (a=16mm, B =24mm) is taken. The approximate boundary conditions on the artificial magnetic conductor surface were used to calculate the main characteristics of the TEM-waveguide (transverse wave number, constant propagation, field distribution). The transmission frequency bands is evaluated in the case of a TEM-waveguide excited by a quasiuniform field. It is shown that near the resonant frequency of the artificial magnetic conductor the structure of the field in the internal cavity of the waveguide is close to the field of the TEM-wave. It is experimentally confirmed that the passage band of the TEM-waveguide is determined by the value of the operating band of the artificial magnetic conductor.

  • artificial magnetic conductor
  • periodic gratings of capacitive type
  • Electromagnetic Field Structure
  • resonant frequency
Аннотация (на русском)

TEM-волновод на основе искусственного магнитного проводника из решеток емкостного типа

Предложена новая реализация ТЕМ-волновода на основе искусственного магнитного проводника, выполненного из периодических решёток ёмкостного типа. Получены простые выражения для расчета структуры электромагнитного поля в таком волноводе. Показано, что вблизи резонансной частоты искусственного магнитного проводника структура поля во внутренней полости волновода близка к полю ТЕМ-волны. Экспериментально подтверждено, что полоса прохождения по ТЕМ - волноводу связана с величиной рабочей полосы искусственного магнитного проводника.

For citation

Diakonova O.A., Kazantsev I.N. TEM-волновод на основе искусственного магнитного проводника из решеток емкостного типа // Journal of Radio Electronics. – 2018. – No. 2.

References

  1. D. Sievenpiper, L. Zhang, R. J. Broas, N. G. Alexopolous, E.Yablonovitch. High-Impedance electromagnetic surfaces with a forbidden frequency band // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, vol.47, no. 11, pp. 2059-2074, Nov. 1999.
  2. D.J. Kern, D.H. Werner, A. Monorchio, L.Lanuzza, M.J. Wilhelm. The design synthesis of multiband artificial magnetic conductors using high impedance frequency selective surfaces // IEEE Transactions on antennas and propagation, vol.53, no. 1, pp. 8-16, 2005.
  3. Ю. Н. Казанцев, В. Н. Аплеталин. Искусственные магнитные проводники на основе решеток емкостного типа //Радиотехника и электроника, т.52, №4, с. 415-423, 2007.
  4. В. Н. Аплеталин, Ю. Н. Казанцев, А.Д.Шатров. Тонкие экраны со свойствами магнитной стенки, основанные на мелкопериодных решетках из резонаторов Гельмгольца //Радиотехника и электроника, т.54, №3, с. 295-301, 2009.
  5. C.R.Simovski, P. de Maagt, S.A. Tretyakov, M. Paquay, A.A.Sochava. Angular stabilization of resonant frequency of artificial magnetic conductors for TE-incidence // Elecrtronics letters, vol.40, no. 2, pp. 92-93, 22nd January 2004.
  6. R.F.J. Broas, D. Sievenpiper, E.Yablonovitch. High-impedance ground plane applied to a cellphone handset geometry // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, vol.49, no. 7, pp. 1262-1265, July 2001.
  7. R. Coccioli, F-R. Yang, K-P Ma, T. Itoh. Aperture-coupled patch antenna on UC-PBG substrate // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, vol.47, no. 11, pp. 2123-2129, Nov. 1999.
  8. F. Yang and Y. Rahmat-Samii. Reflection phase characterizations of the EBG ground plane for low profile wire antenna applications // IEEE Transactions on antennas and propagation, vol.51, no. 10, pp. 2691-2703, Oct. 2003.
  9. Y. Zhang, J.von Hagen, M. Younis, C. Fischer, W. Wiesbeck. Planar artificial magnetic conductors and patch antennas // IEEE Transactions on antennas and propagation, vol.51, no. 10, pp. 2704-2711, Oct. 2003.
  10. R.F.J. Broas, D. Sievenpiper, E.Yablonovitch. An applications of high-impedance ground planes to phased array antennas // IEEE Transactions on antennas and propagation, vol.53, no. 4, pp. 1377-1381, April 2005.
  11. A.Erentok, P.L.Luljak, R.W. Ziolkowski. Characterization of a volumetric metamaterial realization of an artificial magnetic conductor for antenna applications // IEEE Transactions on antennas and propagation, vol.53, no. 1, pp. 160-172, January 2005.
  12. A.P.Feresidis, G.Goussetis, S.Wang, C.Vardaxoglou. Artificial magnetic conductor surfaces and their application to low-profile high-gain planar antennas // IEEE Transactions on antennas and propagation, vol.53, no. 1, pp. 209-215, January 2005.
  13. Ю. Н. Казанцев, В. Н. Аплеталин, В. С. Солосин. Мини-экраны электромагнитного излучения //Радиотехника и электроника, т.53, №3, с. 316-319, 2008.
  14. Ю. Н. Казанцев, В. Н. Аплеталин, В. С. Солосин. Реализация электромагнитных экранов на частотах 0.9, 1.8 и 2.4 Гигагерц //Радиотехника и электроника, т.53, №8, с. 1-4, 2008.
  15. Ю. Н. Казанцев, В. С. Солосин. Эффективная поверхность рассеяния и поверхностный импеданс резонатора со свойствами искусственного магнитного проводника //Радиотехника и электроника, т.59, №12, с. 1188-1194, 2014.
  16. Ю. Н. Казанцев, В. Н. Аплеталин, В.А. Калошин. Электромагнитный экран с большим поверхностным импедансом. Патент RU 2379800 C2.
  17. N. Engheta. Thin absorbing screens using metamaterial surfaces // IEEE Transactions on antennas and propagation, vol.2, pp. 392-395, January 2002.
  18. F-R. Yang, K-P Ma, Y. Qian, T. Itoh. A novel TEM waveguide using uniplanar compact photonic-bandgap (UC-PBG) structure // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, vol.47, no. 11, pp. 2092-2098, Nov. 1999.
  19. M. Kim, J.B. Hacker, A.L.Sailer, S. Kim, D. Sievenpiper and J.A.Higgins. A rectangular TEM waveguide with photonic crystal Walls for Excitation of quasi-optical amplifiers // IEEE MTT -S Microwave Symp. Dig. Anaheim, CA. pp. 543-546, June 13-19 1999.
  20. О. А. Дьяконова, Д. С. Каленов, Ю. Н. Казанцев. Автоматизированный измерительный комплекс на основе комплекта скалярных анализаторов // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал, №10, 2016. URL: http://jre.cplire.ru/jre/oct16/7/text.pdf