Reconstruction of real characteristics of wideband antenna by reverse engineering

Abstract

The paper proposes an approach to reconstructing the characteristics of commercially available sub-GHz and GHz frequency band antennas based on reverse engineering using electromagnetic modeling packages. The implemented process includes analyzing the manufacturer's source data, constructing and tuning an electromagnetic model, verifying it using available experimental data, and then performing a full simulation. The approach is demonstrated using a planar antenna with a declared operating range of 0.6-6.0 GHz. It is shown that the resulting frequency dependences of VSWR < 2.5-3.0 are in good agreement with experimental measurements, confirming the validity of the constructed model. Using reverse engineering, we obtained radiation patterns and their frequency evolution, which are not available in the manufacturer's documentation. It is established that in this case, there is a significant discrepancy between the calculated directivity characteristics and the manufacturer's data, indicating a difference in the manufacturer's interpretation of the directivity coefficient relative to the standard definition. A conclusion is made about the high efficiency of using reverse engineering in the selection and development of printed antennas with given electrodynamic parameters.

• radio wave radiation
• planar antennas
• ultra-wideband frequency range
• dynamic chaos

Аннотация (на русском)

Восстановление реальных характеристик образцов широкополосных антенн путем обратного проектирования

В работе предлагается подход к восстановлению характеристик образцов антенн субгигагерцового и гигагерцового частотного диапазона, представленных на рынке, на основе обратного проектирования с использованием пакетов электродинамического моделирования. Реализован процесс, включающий анализ исходных данных производителя, построение и настройку электродинамической модели, ее верификацию по доступным экспериментальным данным и последующее полное моделирование. Подход продемонстрирован на примере планарной антенны с заявленным рабочим диапазоном 0,6-6,0 ГГц. Показано, что полученные в результате моделирования частотные зависимости КСВ < 2,5-3,0 хорошо согласуются с экспериментальными измерениями, что подтверждает корректность построенной модели. На основе обратного проектирования получены диаграммы направленности и их эволюция по частоте, отсутствующие в документации производителя. Установлено, что в рассматриваемом случае имеется существенное расхождение между расчётными характеристиками направленности и данными производителя, что указывает на различие в трактовке коэффициента направленности производителем по отношению к стандартному определению. Сделан вывод об эффективности использования обратного проектирования при выборе и разработке печатных антенн с заданными электродинамическими параметрами.

For citation

References

1. Jebbawi K., Egels M., Pannier P. Triple-Band Printed Dipole Antenna for RFID/GPS/BLE Applications. // Progress In Electromagnetics Research M, 2018, 70, pp.11 - 20. ffhal02485577. http://doi.org/102528/PIERM18050203.
2. Peng C.-M., Chen I.-F., Liu C.-H. Multiband Printed Asymmetric Dipole Antenna for LTE/WLAN Applications // Advances in Low-Profile Antennas in Wireless Communications. 2013. https://doi.org/10.1155/2013/704847.
3. Банков С.Е. Курушин А.А. Разевиг В.Д. Анализ и оптимизация СВЧ структур с помощью HFSS. М.: 2012.
4. Wang Y., Zhang X., Su R., Chen M., Shen C., Xu, X., He R. 2018. 3D Printed Antennas for 5G Communication: Current Progress and Future Challenges // Chinese Journal of Mechanical Engineering: Additive Manufacturing Frontiers 2, (2023)100065. https://doi.org/10.1016/j.cjmeam.2023.100065.
5. Смит Х. Полное руководство по антеннам на печатной плате. Конструкция типы и применение. PCBasic.com. 2018.
6. Liu Z, Zhao Z, Yu X., Liu M., Ji R. A novel reverse design method of tag antenna based on image analysis. // J. of Algorithms & Computational Technology. 2020. V. 14. P. 1-11. https://doi.org/10.1177/1748302620906969.
7. Chen S., Sun G.-H., Wang K. Inverse Design of Microstrip Antennas Based on Deep Learning. // Electronics, 2025. V. 14. P. 2510-2522. https://doi.org/10.3390/electronics14132510.
8. Abaidi I., Belaidi E., Boutte A., H. Bentoutou H. /Reverse engineering for the manufacture of a deployment mechanism of Nanosatellite UHF/VHF antennas. // ICME23. First International Congress on Mechanical Engineering. Constantine. ALGERIA November 15 - 16. 2023. P. 1-6.