Перевод названия: Experimental Study of K-Band Broadband Antenna Array Using Artificial Inhomogeneous Dielectric Structures
Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2019
Ключевые слова: антенная решетка, широкополосная антенна, неоднородный диэлектрик, линзовая антенна, antenna array, broadband antenna, inhomogeneous dielectric, lens antenna
Аннотация: Введение. В связи с освоением миллиметрового диапазона и развитием средств широкополосной связи имеется потребность в антенных системах, которые работали бы в широкой полосе частот (порядка октавной), имели высокую направленность и компактные размеры. Имеющиеся решения, как правило, не удовлетворяют данным требованиям.Цель работы. Показать полностьюКонструирование и экспериментальное исследование антенной решетки (АР) К-диапазона, обладающей высоким коэффициентом использования площади (КИП) и малыми продольными размерами. Материалы и методы. Численные исследования проводились в САПР СВЧ (CST Studio Suite), экспериментальные исследования - на оборудовании для векторного анализа СВЧ-цепей (Agilent E8363B PNA). Характеристики направленности измерялись методом сканирования ближнего поля.Результаты. Предложен вариант реализации широкополосной АР К-диапазона (18…26 ГГц). Период АР составляет 2.25 длины волны на верхней частоте диапазона. Для подавления дифракционных лепестков использован дополнительный слой, состоящий из линз из искусственного неоднородного диэлектрика, сформированный из тонких фигурных слоев листового полиэтилентерефталата. Предложена гибридная конфигурация диаграммообразующей схемы (ДОС), в которой одна часть схемы выполнена на основе печатных двухпроводных линий передачи, а другая - на прямоугольных волноводах. АР имеет КСВ ниже 2 и КИП выше 0.5, уровень боковых и дифракционных лепестков не превышает -12 в диапазоне 18…26 ГГц. Суммарная толщина всей системы составила 50 мм, что равно 4.3λmin. Если из конструкции исключить волноводную часть, толщина может быть уменьшена до 2.5λmin что обеспечивает компактность АР при широкой полосе рабочих частот.Заключение. По сравнению с имеющимися решениями антенна имеет более простую ДОС, за счет чего улучшается согласование с фидером. За счет применения линз из неоднородного диэлектрика обеспечивается высокий апертурный КИП в широкой полосе частот. Introduction. As a result of the extensive development of broadband communication in the millimetre wave band, there has arisen a need for antenna systems with a high level of directivity and compact dimensions, capable of operating across wide frequency ranges. However, at present, few engineering solutions satisfy this demand.Aim. To develop and study experimentally a K-band antenna array (AR) characterized by a high aperture efficiency and compact longitudinal dimensions.Materials and methods. Computer simulations were performed using the CST Studio Suite software. Measurements were carried out using an Agilent E8363B PNA vector circuit analyzer. Radiation patterns were obtained by the method of near-field scanning.Results. A K-band broadband antenna array configuration operating over the 18…26 GHz range was pro-posed. It was found that the period of the array equals 2.25 wavelengths at the highest operating frequency. In order to suppress grating lobes, an additional layer consisting of artificial inhomogeneous dielectric lenses was used. The dielectric material consisted of thin curly layers of sheet polyethylene terephthalate. Additionally, a hybrid configuration of feeding network was proposed, in which one part of the network was developed by means of printed two-wire lines, while the other part was achieved by means of rectangular waveguides. The proposed antenna array demonstrates VSWR of less than 2 and an aperture efficiency above 0.5, side and diffractive lobe levels not exceed -12 in the 18…26 GHz range. The total thickness of the configuration equals 50 mm or 4.3λmin. In order to ensure the compactness of the AR for wideband frequency applications, the thickness of the system can be reduced to 2.5λmin by excluding the waveguide part.Conclusion. When compared with existing solutions, the proposed antenna has a simpler feed network, which yields better matching. High aperture efficiency is achieved in the wide frequency range by means of inhomogeneous dielectric lenses.
Журнал: Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника
Выпуск журнала: Т. 22, № 5
Номера страниц: 33-41
ISSN журнала: 19938985
Место издания: Санкт-Петербург
Издатель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет ЛЭТИ им. В.И. Ульянова (Ленина)