Алгоритм преобразования электромагнитного поля, измеренного в ближней зоне антенны на сферической поверхности, в дальнюю зону, основанный на прямом вычислении формул Стрэттона и Чу

Автор(и)

  • Николай Викторович Анютин Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений, Russian Federation https://orcid.org/0000-0002-4957-3606
  • Кирилл Игоревич Курбатов Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений, Russian Federation
  • Иван Михайлович Малай Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений, Russian Federation https://orcid.org/0000-0003-3148-7336
  • Михаил Алексеевич Озеров Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений, Russian Federation

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347019030026

Ключові слова:

антенные измерения, диаграмма направленности, ближняя зона, амплитудно-фазовое распределение, сферическое сканирование

Анотація

В статье рассмотрена возможность прямого вычисления векторных форм интеграла Кирхгофа в алгоритмах преобразования электромагнитного поля гармонического излучения антенн из ближней зоны в дальнюю зону. Для сферической схемы сканирования электромагнитного поля в ближней зоне предложен простой алгоритм на основе интеграла, полученного из формул Стрэттона и Чу. С помощью математического моделирования исследованы методические погрешности предложенного алгоритма, обусловленные сделанными при его выводе допущениями. Полная погрешность оценивается в экспериментах по восстановлению амплитудных диаграмм направленности антенн. Для сравнения во всех экспериментах приведены результаты работы классического алгоритма, основанного на разложении электрического поля по сферическим модам. Показано, что в сравнении с ним точность предложенного алгоритма не хуже, сложность программирования меньше, а скорость выполнения больше при условии восстановления диаграммы направленности только в главных сечениях.

Біографії авторів

Николай Викторович Анютин, Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений

инженер

Кирилл Игоревич Курбатов, Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений

инженер

Иван Михайлович Малай, Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений

заместитель генерального директора по радиотехническим и электромагнитным измерениям

Михаил Алексеевич Озеров, Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений

ведущий инженер

Посилання

Потехин, А. И. Некоторые задачи дифракции электромагнитных волн. М.: Сов. радио, 1948.

Yaghjian, A. “An overview of near-field antenna measurements,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 34, No. 1, p. 30-45, 1986. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.1986.1143727.

Boesman, B.; Pissoort, D.; Gielen, G.; Vandenbosch, G. A. E. “Fast and efficient near-field to near-field and near-field to far-field transformation based on the spherical wave expansion,” Proc. of IEEE Int. Symp. on Electromagnetic Compatibility, EMC, 16-22 Aug. 2015, Dresden, Germany. IEEE, 2015, p. 529-534. DOI: https://doi.org/10.1109/ISEMC.2015.7256218.

D’Agostino, Francesco; Ferrara, Flaminio; Gennarelli, Claudio; Guerriero, Rocco; Migliozzi, Massimo. “Two effective approaches to correct the positioning errors in a spherical near-field-far-field transformation,” Electromagnetics, Vol. 36, No. 2, p. 78-93, 2016. DOI: https://doi.org/10.1080/02726343.2016.1136018.

Neitz, Ole; Mauermayer, Raimund A. M.; Weitsch, Yvonne; Eibert, Thomas F. “A propagating plane-wave-based near-field transmission equation for antenna gain determination from irregular measurement samples,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 65, No. 8, p. 4230-4238, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2017.2712180.

Cornelius, R.; Heberling, D. “Spherical wave expansion with arbitrary origin for near-field antenna measurements,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 65, No. 8, p. 4385-4388, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2017.2708099.

Mauermayer, R. A. M.; Eibert, T. F. “Spherical field transformation above perfectly electrically conducting ground planes,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 66, No. 3, p. 1465-1478, 2018. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2018.2794406.

D’elia, G.; Leone, G.; Pierri, R.; Schirinzi, G. “New method of far-field reconstruction from Fresnel field,” Electron. Lett., Vol. 20, No. 8, p. 342-343, 1984. DOI: https://doi.org/10.1049/el:19840232.

Petre, P.; Sarkar, T. K. “A planar near-field to far-field transformation using an equivalent magnetic current approach,” IEEE Antennas Propag. Soc. Int. Symp. Dig., 18-25 Jul. 1992, Chicago, USA. IEEE, 1992, p. 1534-1537. DOI: https://doi.org/10.1109/APS.1992.221746.

Yamaguchi, Ryo; Kimura, Yasuko; Komiya, Kazuhiro; Cho, Keizo. “A far-field measurement method for large size antenna by using synthetic aperture antenna,” Proc. of 3rd European Conf. on Antennas and Propagation, 23-27 Mar. 2009, Berlin, Germany. IEEE, 2009, p. 1730-1733. URI: https://ieeexplore.ieee.org/document/5067950.

Quijano, J. L. A.; Vecchi, G. “Field and source equivalence in source reconstruction on 3D surfaces,” PIER, Vol. 103, p. 67-100, 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.2528/PIER10030309.

Krivosheev, Yu. V.; Shishlov, A. V.; Tobolev, A. K.; Vilenko, I. L. “Fresnel field to far field transformation using sparse field samples,” Proc. of Int. Conf. on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory, 28-30 Aug. 2012, Kyiv, Ukraine. IEEE, 2012, p. 237-242. DOI: https://doi.org/10.1109/MMET.2012.6331237.

Eibert, T. F.; Kilic, E.; Lopez, C.; Mauermayer, R. A. M.; Neitz, O.; Schnattinger, G. “Electromagnetic field transformations for measurements and simulations,” PIER, Vol. 151, p. 127-150, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.2528/PIER14121105.

Eibert, T. F.; Vojvodić, D.; Hansen, T. B. “Fast inverse equivalent source solutions with directive sources,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 64, No. 11, p. 4713-4724, 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2016.2606405.

Paulus, A.; Knapp, J.; Eibert, T. F. “Phaseless near-field far-field transformation utilizing combinations of probe signals,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 65, No. 10, p. 5492-5502, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2017.2735463.

Tai, C.-T. Dyadic Green Functions in Electromagnetic Theory. IEEE, 1994.

Бахрах, Л. Д.; Колосов, Ю. А.; Курочкин, А. П. “Определение поля антенны в дальней зоне через значения поля в ближней зоне,” Антенны, № 24, С. 3-14, 1976.

Silver, S. Microwave Antenna Theory and Design, Book 19. IET, 1984. DOI: https://doi.org/10.1049/PBEW019E.

Brown, J. “A theoretical analysis of some errors in aerial measurements,” Proc. IEE - Part C: Monographs, Vol. 105, No. 8, p. 343-351, 1958. DOI: https://doi.org/10.1049/pi-c.1958.0044.

Lee, Jeong-Seok; Song, Tae-Lim; Du, Jin-Kyoung; Koo, Tae-Wan; Yook, Jong-Gwan. “A study on near-field to far-field transformation using Stratton-Chu formula,” J. Korean Institute Electromagnetic Eng. Sci., Vol. 24, No. 3, p. 316-323, 2013. DOI: https://doi.org/10.5515/KJKIEES.2013.24.3.316.

Ding, Yu; Lin, Yang; De-Min, Fu; Qi-Zhong, Liu. “Analysis and simulation of system phase errors in planar near-field measurements on ultra-low sidelobe antennas,” Proc. of IEEE Int. Conf. on Ultra-Wideband, 20-23 Sept. 2010, Nanjing, China. IEEE, 2010, Vol. 1, p. 1-4. DOI: https://doi.org/10.1109/ICUWB.2010.5614371.

http://www.skard.ru/?page_id=5038.

Gibson, W. C. The Method of Moments in Electromagnetics, 2nd ed. CRC Press, 2014. URI: https://www.crcpress.com/The-Method-of-Moments-in-Electromagnetics/Gibson/p/book/9781482235791.

Бахрах, Л. Д.; Кременецкий, С. Д.; Курочкин, А. П.; и др. Методы измерений параметров излучающих систем в ближней зоне. Ленинград: Наука, 1985.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-03-27

Як цитувати

Анютин, Н. В., Курбатов, К. И., Малай, И. М., & Озеров, М. А. (2019). Алгоритм преобразования электромагнитного поля, измеренного в ближней зоне антенны на сферической поверхности, в дальнюю зону, основанный на прямом вычислении формул Стрэттона и Чу. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 62(3), 136–146. https://doi.org/10.20535/S0021347019030026

Номер

Том 62 № 3 (2019)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.