Синтез плоских хвилеводних антенних решіток з урахуванням взаємного впливу випромінювачів

Автор(и)

  • Михайло І. Андрійчук Інститут прикладних проблем механіки і математики ім. Я. С. Підстригача НАН України; Національний університет “Львівська політехніка”, Україна https://orcid.org/0000-0001-9380-8807
  • Михайло Р. Мельник Національний університет “Львівська політехніка”, Україна https://orcid.org/0000-0002-8593-8799

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021090028

Ключові слова:

плоска прямокутна решітка, електродинамічна задача аналізу, задача синтезу, варіаційний підхід, взаємовплив випромінювачів, числове моделювання

Анотація

Для розв’язання задачі синтезу плоскої прямокутної решітки з хвилеводним збудженням її елементів використано варіаційний підхід. Запропонований функціонал включає три доданки, які дають змогу мінімізувати середньоквадратичне відхилення заданої та синтезованої амплітудних діаграм спрямованості (ДС), значення амплітуди поля в заданих областях ближньої зони, та норму коефіцієнтів збудження елементів решітки. При розв’язанні відповідної електродинамічної задачі аналізу враховується взаємний вплив випромінювачів решітки. Для визначення розподілу струму в випромінювачах решітки використовується інтегральне рівняння типу Халлена. Оптимальні коефіцієнти збудження випромінювачів визначені шляхом мінімізації запропонованого функціоналу, що зводиться до розв’язання системи нелінійних інтегральних рівнянь Ейлера, оскільки вхідними даними задачі є амплітудні характеристики випромінювання. Отримана система нелінійних інтегральних рівнянь розв’язується ефективно методом послідовних наближень, характерною властивістю якого є релаксаційність. Результати обчислень показали, що розроблений підхід може бути використаний для решіток з різною геометрією, зокрема з гексагональним розміщенням випромінювачів.

Посилання

Л. Д. Бахрах, С. Д. Кременецкий, Синтез Излучающих Систем (Теория и Методы Расчета). Москва: Советское радио, 1974.

Е. Г. Зелкин, В. Г. Соколов, Методы Синтеза Антенн: Фазированные Антенные Решетки и Антенны с Непрерывным Раскрывом. Москва: Советское радио, 1980.

Y. Dou, K.-L. Wu, “Nature of antenna radiation revealed by physical circuit model,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 69, no. 1, pp. 84–96, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2020.3008676.

B. Zhang, Y. Rahmat-Samii, “Robust optimization with worst case sensitivity analysis applied to array synthesis and antenna designs,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 66, no. 1, pp. 160–171, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2017.2772312.

G. Bogdan, K. Godziszewski, Y. Yashchyshyn, C. H. Kim, S.-B. Hyun, “Time-modulated antenna array for real-time adaptation in wideband wireless systems—Part I: design and characterization,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 68, no. 10, pp. 6964–6972, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2019.2902755.

W. P. M. N. Keizer, “Synthesis of monopulse antenna patterns for elliptical phased array antennas with different peak sidelobes along the principal planes,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 67, no. 9, pp. 5943–5950, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2019.2916644.

Ф. Ф. Дубровка, С. И. Пильтяй, “Сверхширокополосная СВЧ биконическая антенна с высоким усилением для двухдиапазонных систем кругового радиомониторинга,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 63, no. 12, pp. 730–745, 2020, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347020120018.

В. П. Рябуха, А. В. Семеняка, Е. А. Катюшин, “Математические модели взаимнокоррелированных и некоррелированных гауссовых шумовых помех от внешних источников,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 64, no. 3, pp. 172–180, 2021, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347021030043.

R. J. Mailloux, Phased Array Antenna Handbook, Third Edition. Artech House, 2017.

J. S. Herd, M. D. Conway, “The evolution to modern phased array architectures,” Proc. IEEE, vol. 104, no. 3, pp. 519–529, 2016, doi: https://doi.org/10.1109/JPROC.2015.2494879.

F. S. Akbar, L. P. Ligthart, G. Hendrantoro, I. E. Lager, “Use of subarrays in linear array for improving wide angular scanning performance,” IEEE Access, vol. 7, pp. 135290–135299, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2941398.

A. Naqvi, S. Lim, “Review of recent phased arrays for millimeter-wave wireless сommunication,” Sensors, vol. 18, no. 10, p. 3194, 2018, doi: https://doi.org/10.3390/s18103194.

J. W. Zang, A. Alvarez-Melcon, J. S. Gomez-Diaz, “Nonreciprocal phased-array antennas,” Phys. Rev. Appl., vol. 12, no. 554008, 2019, doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.12.054008.

R. E. Collin, F. J. Zucker, Antenna Theory. Part 1. New York: McGraw-Hill, 1969.

А. Pandey, Practical Microstrip and Printed Antenna Design. Boston: Artech House, 2019, uri: https://us.artechhouse.com/Practical-Microstrip-and-Printed-Antenna-Design-P2002.aspx.

F. Zhang, W. Fan, J. Zhang, G. F. Pedersen, “Virtual large-scale array beamforming analysis using measured subarray antenna patterns,” IEEE Access, vol. 5, pp. 19812–19823, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2017.2737655.

G. S. Cheng, C.-F. Wang, “A novel periodic characteristic mode analysis method for large-scale finite arrays,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 67, no. 12, pp. 7637–7642, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2019.2934781.

М. И. Андрийчук, Н. Н. Войтович, П. А. Савенко, В. П. Ткачук, Синтез Антенн По Амплитудной Диаграмме Направленности. Численные Методы и Алгоритмы. Київ: Наукова думка, 1993.

J. H. Kim, S. W. Choi, “A deep learning-based approach for radiation pattern synthesis of an array antenna,” IEEE Access, vol. 8, pp. 226059–226063, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3045464.

Н. В. Анютин, К. И. Курбатов, И. М. Малай, М. А. Озеров, “Алгоритм преобразования электромагнитного поля, измеренного в ближней зоне антенны на сферической поверхности, в дальнюю зону, основанный на прямом вычислении формул Стрэттона и Чу,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 62, no. 3, pp. 136–146, 2019, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347019030026.

Я. Н. Фельд, Антенны Сантиметрового Диапазона. Москва: Советское радио, 1950.

M. I. Andriychuk, “Investigation of solution of the nonlinear synthesis problem for the waveguide array,” in Proceedings of 5th International Seminar/Workshop on Direct and Inverse Problems of Electromagnetic and Acoustic Wave Theory (IEEE Cat. No.00TH8508), 2000, pp. 47–51, doi: https://doi.org/10.1109/DIPED.2000.890000.

П. О. Савенко, “Метод неявних функцій при розвязуванні багатопараметричних нелінійних спектральних задач,” Математитчні методи та фізико-механічні поля, vol. 63, no. 2, pp. 36–49, 2020, uri: http://www.iapmm.lviv.ua/journal/632_pdf/632_04a.pdf.

A. S. Vander Vorst, A. A. Laloux, R. J. M. Govaerts, “A computer optimization of the Rayleigh-Ritz method,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 17, no. 8, pp. 454–460, 1969, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.1969.1126996.

A. G. Ramm, “A collocation method for solving integral equations,” Int. J. Comput. Sci. Math., vol. 2, no. 3, p. 222, 2009, doi: https://doi.org/10.1504/IJCSM.2009.027874.

P. Savenko, “Computational methods in the theory of synthesis of radio and acoustic radiating systems,” Appl. Math., vol. 04, no. 03, pp. 523–549, 2013, doi: https://doi.org/10.4236/am.2013.43078.

C. A. Valagiannopoulos, A. Alu, “The role of reactive energy in the radiation by a dipole antenna,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 63, no. 8, pp. 3736–3741, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2015.2436410.

M. I. Andriychuk, O. O. Bulatsyk, N. N. Voitovich, “Comparing different approaches to linear antenna synthesis problems according to power radiation pattern,” in 2014 XIXth International Seminar/Workshop on Direct and Inverse Problems of Electromagnetic and Acoustic Wave Theory (DIPED), 2014, pp. 15–18, doi: https://doi.org/10.1109/DIPED.2014.6958307.

M. I. Andriychuk, N. N. Voytovich, “Synthesis of a closed planar antenna with a given amplitude pattern,” Sov. J. Commun. Technol. & Electron. (English Transl. Radiotekhnika i Elektron., vol. 30, no. 5, pp. 35–40, 1985.

М. И. Андрийчук, В. Ф. Кравченко, П. А. Савенко, М. Д. Ткач, “Синтез плоских излучающих систем по заданной энергетической диаграмме направленности,” Физические основы приборостроения, vol. 2, no. 3, pp. 40–55, 2013, doi: https://doi.org/10.25210/jfop-1303-040055.

М. М. Вайнберг, В. А. Треногин, Теория Ветвления Решений Нелинейных Уравненеий. Москва: Наука, 1969.

M. Khalaj-Amirhosseini, G. Vecchi, P. Pirinoli, “Near-Chebyshev pattern for nonuniformly spaced arrays using zeros matching method,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 65, no. 10, pp. 5155–5161, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2017.2737041.

Геометрія плоскої прямокутної решітки з хвилеводним збудженням

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-04

Як цитувати

Андрійчук, М. І., & Мельник, М. Р. (2021). Синтез плоских хвилеводних антенних решіток з урахуванням взаємного впливу випромінювачів. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(9), 538–549. https://doi.org/10.20535/S0021347021090028

Номер

Том 64 № 9 (2021): 100-річчю проф. Я. С. Шифрина присвячується

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 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.