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
2025, № 8 · RADIO ENGINEERING

Modeling of electrically small medium-wave antennas

V.S. Panko1, A.A. Erokhin1, A.G. Andreev1, K.V. Knyazeva1, A.V. Kosolapov2, S.B. Nelipa2

1 Siberian Federal University, Krasnoiarsk, Russia
2 Joint Stock Company “Scientific production enterprise “Radiosviaz”, Krasnoiarsk, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2025.8.11 UDC 621.396.673 EDN SLNWKG

Abstract

The fundamental technical requirements for receiving antennas in a medium-wave radio navigation system encompass two critical performance parameters: maintaining uniform frequency characteristics across the system's operational bandwidth and achieving an acceptable gain coefficient toward the horizon. However, these requirements present intrinsic engineering challenges and inherent trade-offs. For example, increasing the antenna gain requires increasing its dimensions. The antenna matching to provide resonance at the central frequency of the navigation system significantly increases the realized gain, and at the same time makes the amplitude and phase frequency response uneven. Consequently, the primary research objective is to develop an antenna configuration that strategically balances these competing performance requirements. In the context of practical implementation, the present study utilized a reference antenna height of 6 meters as a pragmatic engineering solution, representing a compromise between operational effectiveness and structural constraints.

  • electrically small antenna
  • monopole
  • folded unipole
  • matching
  • group delay
  • radio navigation system
  • medium waves
Аннотация (на русском)

Моделирование электрически малых антенн средневолнового диапазона

Основные требования, предъявляемые к приемным антеннам аппаратуры потребителей наземных радионавигационных систем средневолнового диапазона, состоят в обеспечении равномерности частотных характеристик в рабочей полосе частот навигационной системы, а также в обеспечении приемлемого уровня коэффициента усиления в направлении на горизонт. Тем не менее, данные требования являются противоречивыми. Так, например, увеличение коэффициента усиления антенны требует увеличения ее габаритов. Также известно, что настройка антенны, обеспечивающей резонанс на центральной частоте работы навигационной системы, позволит существенно повысить коэффициент усиления. Однако, это приведет к значительной неравномерности амплитудно- и фазо-частотных характеристик антенны. Таким образом, задачей исследования является нахождение конструкции и параметров антенны, обеспечивающих определенный компромисс при выполнении требований. В качестве ориентировочного значения высоты антенны, приемлемой из практических соображений, в настоящем исследовании использовалась величина 6 м.

For citation

Panko V.S., Erokhin A.A., Andreev A.G., Knyazeva K.V., Kosolapov A.V., Nelipa S.B. Modeling of electrically small medium-wave antennas // Journal of Radio Electronics. – 2025. – No. 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.8.11

References

  1. Wheeler H.A. Fundamental limitations of small antennas // Proceedings of the IRE. - 1947. - Т. 35. - №. 12. - С. 1479-1484. https://doi.org/10.1109/JRPROC.1947.226199
  2. Радионавигационный план РФ. Минпромторг РФ, Пр. № 2123 от 28 июля 2015.
  3. Dagefu F.T. et al. A survey of small, low-frequency antennas: Recent designs, practical challenges, and research directions // IEEE Antennas and Propagation Magazine. - 2021. - Т. 65. - №. 1. - С. 14-26. https://doi.org/10.1109/MAP.2021.3127559
  4. Панько В.С. и др. Моноконическая антенна диапазона средних волн // Радиотехника. - 2024. - Т. 88. - № 4. - С. 149-157. https://doi.org/10.18127/j00338486-202404-15
  5. Колесников А.В., Федосов Д.В., Николаев А.В. Моделирование резонансной спиральной электрически малой антенны // Журнал радиоэлектроники. - 2022. - №. 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.8.13
  6. Yaghjian A.D., Best S.R. Impedance, bandwidth, and Q of antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 2005. - Т. 53. - №. 4. - С. 1298-1324. https://doi.org/10.1109/TAP.2005.844443
  7. Hansen R.C., Collin R.E. Small antenna handbook. - John Wiley & Sons, 2011.
  8. Слюсар В. 60 лет теории электрически малых антенн. Некоторые итоги // Электроника: наука, технология, бизнес. - 2006. - №. 7. - С. 10-19.
  9. Балландович С.В. и др. Предельная добротность электрически малых антенн, вписанных в цилиндр и эллипсоид // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. - 2016. - №. 5. - С. 23-29.
  10. Селиверстов А.С. Высокоточная радионавигационная система "Спрут-Н1" // Записки по гидрографии. - 2019. - №. 308. - С. 54-64.
  11. Князева К.В., Панько В.С., Ерохин А.А., Андреев А.Г., Косолапов А.В., Нелипа С.Б. Выбор сопротивления нагрузки приемной электрически малой антенны по критерию минимальной неравномерности группового времени запаздывания принятого сигнала // Журнал радиоэлектроники. - 2024. - №10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.10.5