Формування електромагнітних полів регулярними та біконічними диполями з постійним та змінним розподіленим поверхневим імпедансом при довільному збудженні

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347024110037

Ключові слова:

регулярний диполь, біконічний диполь, змінний розподілений поверхневий імпеданс, довільне збудження, розподіл струму, вхідні характеристики, поля випромінювання

Анотація

В наближенні тонкого дроту отримано чисельно-аналітичний розв’язок задачі про струморозподілення в регулярних та біконічних диполях з постійним та змінним розподіленим поверхневим імпедансом та довільним збудженням, розташованих у вільному просторі. Досліджено вхідні характеристики та поля випромінювання таких антенних структур. Достовірність розв’язку підтверджена задовільним узгодженням експериментальних і чисельних результатів із відомих літературних джерел, а також порівнянням з розрахунковими даними, отриманими з використанням пакетів комерційних програм. Представлені чисельні результати для вхідного адміттанса, коефіцієнта відбиття в фідерній лінії живлення і електромагнітних полів, що збуджуються в навколишньому просторі диполями з симетричним і асиметричним розподіленим поверхневим імпедансом.

Посилання

  1. Z. Zhang, Antenna Design for Mobile Devices. Wiley-IEEE Press, 2017.
  2. G. Zhou, B. Yildirim, “A multi-band fixed cellular phone antenna,” in IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. 1999 Digest. Held in conjunction with: USNC/URSI National Radio Science Meeting (Cat. No.99CH37010), 1999, vol. 1, pp. 112–115, doi: https://doi.org/10.1109/APS.1999.789095.
  3. N. Odachi, S. Sekine, H. Shoki, Y. Suzuki, “A rod antenna with a meander element for hand-held phone,” in IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. Transmitting Waves of Progress to the Next Millennium. 2000 Digest. Held in conjunction with: USNC/URSI National Radio Science Meeting (Cat. No.00CH37118), 2000, vol. 3, pp. 1682–1685, doi: https://doi.org/10.1109/APS.2000.874565.
  4. H.-C. Tung, C.-Y. Fang, K.-L. Wong, “Dual-band inverted-L monopole antenna for GSM/DCS mobile phone,” in IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium (IEEE Cat. No.02CH37313), 2002, vol. 3, p. 30, doi: https://doi.org/10.1109/APS.2002.1018149.
  5. C. Song et al., “Matching network elimination in broadband rectennas for high-efficiency wireless power transfer and energy harvesting,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 64, no. 5, pp. 3950–3961, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/TIE.2016.2645505.
  6. K. Paramayudha, S. J. Chen, T. Kaufmann, W. Withayachumnankul, C. Fumeaux, “Triple-band reconfigurable low-profile monopolar antenna with independent tunability,” IEEE Open J. Antennas Propag., vol. 1, pp. 47–56, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/OJAP.2020.2977662.
  7. Н. П. Єлісєєва, С. Л. Бердник, М. М. Горобець, “Електродинамічні характеристики полів двох ортогональних пар синфазно збуджених імпедансних диполів, розташованих паралельно до квадратного екрана,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 66, no. 10, pp. 580–595, 2023, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347023080034.
  8. Н. П. Єлісєєва, М. М. Горобець, О. М. Горобець, “Спрямовані та діапазонні властивості дипольних антен з екранами квадратної форми,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 67, no. 1, pp. 27–39, 2024, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347023120026.
  9. W. Hu et al., “Wideband circularly polarized antenna using single-arm coupled asymmetric dipoles,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 68, no. 7, pp. 5104–5113, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2020.2975275.
  10. Y. Luo, Y. Liu, S. Gong, “Nona-band antenna with small nonground portion for full-view display mobile phones,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 68, no. 11, pp. 7624–7629, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2020.2989874.
  11. S. Wang, Z. Du, “A dual-antenna system for LTE/WWAN/WLAN/WiMAX smartphone applications,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 14, pp. 1443–1446, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/LAWP.2015.2411253.
  12. R. Tang, Z. Du, “Wideband monopole without lumped elements for octa-band narrow-frame LTE smartphone,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 16, pp. 720–723, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/LAWP.2016.2600761.
  13. Y. Yang, Z. Zhao, W. Yang, Z. Nie, Q.-H. Liu, “Compact multimode monopole antenna for metal-rimmed mobile phones,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 65, no. 5, pp. 2297–2304, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2017.2679059.
  14. Y. Liu, P. Liu, Z. Meng, L. Wang, Y. Li, “A planar printed nona-band loop-monopole reconfigurable antenna for mobile handsets,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 17, no. 8, pp. 1575–1579, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/LAWP.2018.2856459.
  15. D. Huang, Z. Du, Y. Wang, “A quad-antenna system for 4G/5G/GPS metal frame mobile phones,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 18, no. 8, pp. 1586–1590, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/LAWP.2019.2924322.
  16. Q. Tan, F.-C. Chen, “Triband circularly polarized antenna using a single patch,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 19, no. 12, pp. 2013–2017, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/LAWP.2020.3014961.
  17. R. Montoya Moreno et al., “Dual-polarized mm-wave endfire chain-slot antenna for mobile devices,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 69, no. 1, pp. 25–34, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2020.3001434.
  18. L. Chang, G. Zhang, H. Wang, “Triple-band microstrip patch antenna and its four-antenna module based on half-mode patch for 5G 4 × 4 MIMO operation,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 70, no. 1, pp. 67–74, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2021.3090572.
  19. C. Sahana, M. Nirmala Devi, M. Jayakumar, “Dual-band circularly polarized annular ring patch antenna for GPS-aided GEO-augmented navigation receivers,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 21, no. 9, pp. 1737–1741, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/LAWP.2022.3178980.
  20. R. Lakshmanan, S. Mridula, A. Pradeep, K. Neema, “Ultra compact flexible monopole antennas for tri-band applications,” Prog. Electromagn. Res. C, vol. 130, pp. 43–55, 2023, doi: https://doi.org/10.2528/PIERC22110906.
  21. A. Khade, M. A. Trimukhe, S. Verulkar, R. K. Gupta, “Miniaturization of printed rectangular monopole antenna by using slots for triple band applications,” Prog. Electromagn. Res. C, vol. 130, pp. 155–167, 2023, doi: https://doi.org/10.2528/PIERC22122401.
  22. R. King, T. Wu, “The cylindrical antenna with arbitrary driving point,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 13, no. 5, pp. 710–718, 1965, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.1965.1138531.
  23. B. Popovic, “On polynomial approximation of current along thin asymmetrical cylindrical dipoles,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 19, no. 1, pp. 117–120, 1971, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.1971.1139879.
  24. Y. Wang, S. Xu, F. Yang, D. H. Werner, “1 bit dual-linear polarized reconfigurable transmitarray antenna using asymmetric dipole elements with parasitic bypass dipoles,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 69, no. 2, pp. 1188–1192, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2020.3005713.
  25. M. V. Nesterenko, V. A. Katrich, Y. M. Penkin, V. M. Dakhov, S. L. Berdnik, Thin Impedance Vibrators, vol. 95. New York, NY: Springer New York, 2011, doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4419-7850-9.
  26. M. V. Nesterenko, V. A. Katrich, S. L. Berdnik, O. M. Dumin, Y. O. Antonenko, “Asymmetric impedance vibrator for multi-band communication systems,” Prog. Electromagn. Res. M, vol. 102, pp. 81–89, 2021, doi: https://doi.org/10.2528/PIERM21031207.
  27. R. Xu, Z. Shen, “Dual-band circularly polarized RFID reader antenna with combined dipole and monopoles,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 71, no. 12, pp. 9593–9600, 2023, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2023.3326945.
  28. X. Liu, K. Ning, S. Xue, L. Ge, K. W. Leung, J.-F. Mao, “Printed filtering dipole antenna with compact size and high selectivity,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 72, no. 3, pp. 2355–2367, 2024, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2024.3356176.
  29. S. A. Schelkunoff, “Theory of antennas of arbitrary size and shape,” Proc. IRE, vol. 29, no. 9, pp. 493–521, 1941, doi: https://doi.org/10.1109/JRPROC.1941.231669.
  30. C. T. Tai, “On the theory of biconical antennas,” J. Appl. Phys., vol. 19, no. 12, pp. 1155–1160, 1948, doi: https://doi.org/10.1063/1.1715036.
  31. S. A. Schelkunoff, H. T. Friis, Antennas: Theory and Practice. Wiley, 1952.
  32. T. Wu, R. King, “The tapered antenna and its application to the junction problem for thin wires,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 24, no. 1, pp. 42–45, 1976, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.1976.1141274.
  33. S. A. Saoudy, M. Hamid, “Input admittance of a biconical antenna with wide feed gap,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 38, no. 11, pp. 1784–1790, 1990, doi: https://doi.org/10.1109/8.102740.
  34. S. S. Sandler, R. W. P. King, “Compact conical antennas for wide-band coverage,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 42, no. 3, pp. 436–439, 1994, doi: https://doi.org/10.1109/8.280735.
  35. K.-L. Wong, S.-L. Chien, “Wide-band cylindrical monopole antenna for mobile phone,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 53, no. 8, pp. 2756–2758, 2005, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2005.851784.
  36. O. Dumin, P. Fomin, V. Plakhtii, N. Mikhail, “Ultrawideband combined monopole-slot radiator of Clavin type,” in 2020 IEEE XXVth International Seminar/Workshop Direct and Inverse Problems of Electromagnetic and Acoustic Wave Theory (DIPED), 2020, pp. 32–36, doi: https://doi.org/10.1109/DIPED49797.2020.9273399.
  37. P. Fomin, O. Dumin, V. Plakhtii, N. Mikhail, “UWB antenna arrays with the monopole-slot radiator of Clavin type,” in 2021 IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), 2021, pp. 258–261, doi: https://doi.org/10.1109/UKRCON53503.2021.9575282.
  38. M. V. Nesterenko, A. V. Gomozov, V. A. Katrich, S. L. Berdnik, V. I. Kijko, “Scattering of electromagnetic waves by impedance biconical vibrators in а free space and in a rectangular waveguide,” Prog. Electromagn. Res. C, vol. 119, pp. 275–285, 2022, doi: https://doi.org/10.2528/PIERC22020304.
  39. M. S. Fouad, A. E. Farahat, K. F. A. Hussein, A. H. A. M. Shaalan, M. F. Ahmed, “Super-wideband fractal antenna for future generations of wireless communication,” Prog. Electromagn. Res. C, vol. 136, pp. 137–149, 2023, doi: https://doi.org/10.2528/PIERC23042507.
  40. F. F. Dubrovka, S. Piltyay, M. Movchan, I. Zakharchuk, “Ultrawideband compact lightweight biconical antenna with capability of various polarizations reception for modern UAV applications,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 71, no. 4, pp. 2922–2929, 2023, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2023.3247145.
  41. J. M. Platt, L. B. Boskovic, D. S. Filipovic, “Wideband biconical antenna with embedded band-notch resonator,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 72, no. 3, pp. 2921–2925, 2024, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2024.3349785.
  42. I. Dal Chiele, M. Donelli, J. Iannacci, K. Guha, “On chip modulated scattering tag operating at millimetric frequency band,” Prog. Electromagn. Res. M, vol. 124, pp. 71–77, 2024, doi: https://doi.org/10.2528/PIERM23102707.
  43. M. V. Nesterenko, V. A. Katrich, S. V. Pshenichnaya, “Multiband asymmetric biconical dipole antenna with distributed surface impedance and arbitrary excitation,” East Eur. J. Phys., no. 2, pp. 450–455, 2024, doi: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-2-59.
  44. R. W. P. King, G. S. Smith, Antennas in Matter: Fundamentals, Theory, and Applications. MIT Press, 1981, uri: https://www.amazon.com/Antennas-Matter-Fundamentals-Theory-Applications/dp/0262110741.
  45. R. King, L. Scott, “The cylindrical antenna as a probe for studying the electrical properties of media,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 19, no. 3, pp. 406–416, 1971, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.1971.1139930.
  46. D. Lamensdorf, “An experimental investigation of dielectric-coated antennas,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 15, no. 6, pp. 767–771, 1967, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.1967.1139049.
  47. И. К. Кикоин, Таблицы Физических Величин. Москва: Атомиздат, 1976.
  48. K. Yoshitomi, “Radiation from a slot in an impedance surface,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 49, no. 10, pp. 1370–1376, 2001, doi: https://doi.org/10.1109/8.954925.
Геометрія задачі випромінювання біконічним диполем

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-11-25

Як цитувати

Нестеренко, М. В., Катрич, В. О., Думін, О. М., Аркуша, Ю. В., & Погарський, С. О. (2024). Формування електромагнітних полів регулярними та біконічними диполями з постійним та змінним розподіленим поверхневим імпедансом при довільному збудженні. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 67(11), 645–658. https://doi.org/10.20535/S0021347024110037

Номер

Том 67 № 11 (2024): Задачі прикладної електродинаміки

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

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.