Рупорная SIW-антенна со специальным копланарным переходом и диэлектрической линзой для питания планарной антенны вытекающей волны


https://doi.org/10.36027/rdeng.0220.0000163

Полный текст:


Аннотация

В статье описываются основные этапы и особенности разработки устройства питания для антенны вытекающей волны диапазона КВЧ. Задача обеспечения питания может быть эффективно решена с помощью рупорной антенны, выполненной на основе технологии SIW и интегрированной на одной подложке с излучающей апертурой антенны вытекающей волны. В отличие от большинства аналогичных исследований, в которых анализируются случаи возбуждения апертуры из структуры закрытого типа, в работе синтезировано устройство питания антенны открытого типа.

Выполнен краткий обзор основных достижений в области проектирования традиционных SIW-структур и приведены соотношения, необходимые для их расчёта. На основе результатов электромагнитного моделирования методом конечных интегралов Вейланда выявлено влияние диэлектрической проницаемости подложки на эффективность SIW-линии передачи. Рассмотрены наиболее распространенные типы волноводных переходов к SIW, включая микрополосковые линии и заземленные копланарные волноводы (GCPW). Определены условия выбора конструкции перехода в зависимости от требуемой ширины полосы пропускания и габаритов подложки. Особое внимание уделено нестандартному копланарному переходу с дополнительной заземленной поверхностью (EGCPW), который целесообразно использовать в случае подложек большой толщины. На его основе разработан и представлен новый, более эффективный EGCPW-переход, дополнительная заземленная поверхность которого содержит специальным образом выполненные щели (SEGCPW). Даны рекомендации по настройке перехода.

На основе моделирования получены зависимости коэффициента усиления от ширины апертуры H-плоскостной SIW-рупорной антенны, которые использованы для выбора ее оптимальных размеров. Установлено, что для согласования устройства возбуждения и апертуры антенны вытекающей волны и уменьшения уровня бокового излучения показано использовать диэлектрическую линзу со сквозными отверстиями. На основе моделирования элементарной ячейки линзы получена зависимость эффективной диэлектрической проницаемости от диаметра сквозного отверстия. Определено влияние степени неоднородности линзы с отверстиями различных диаметров на эффективность излучения рупорной антенны. Представлена полная конструкция синтезированного устройства питания и его диаграммы направленности, подтверждающие эффективность работы антенны в расширенной полосе рабочих частот.


Об авторах

А. В. Останков
Воронежский государственный технический университет, Воронеж
Россия

Останков Александр Витальевич

профессор кафедры радиотехники, соавтор статьи «Микрополосковые направленные ответвители УВЧ и СВЧ диапазонов» в Радиостроении, 2017, № 5, SPIN-код: 6317-7626



Е. Г. Хрипунов
Воронежский государственный технический университет, Воронеж
Россия

Хрипунов Евгений Геннадьевич

аспирант факультета радиотехники и электроники



Список литературы

1. Шестопалов В.П. Физические основы миллиметровой и субмиллиметровой техники. Т. 1. Открытые структуры. Киев: Наукова думка, 1985. 216 с.

2. Евдокимов А.П. Антенны дифракционного излучения // Физические основы приборостроения. 2013. Т. 2, № 1. С. 108–124.

3. Крюков Д.Ю., Останков А.В. Рефлексивный анализ возможностей и основных конструктивно-технических характеристик антенн дифракционного излучения на основе периодических замедляющих структур // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2017. Т. 13, №1. С. 95-103.

4. Honey R. A flush-mounted leaky-wave antenna with predictable patterns // IRE Transactions on Antennas and Propagation. 1959. Vol. 7. No. 4. P. 320–329. DOI: 10.1109/TAP.1959.1144703.

5. Ghomi M., Lejay B., Amalric J., Baudrand H. Radiation characteristics of uniform and nonuniform dielectric leaky-wave antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1993. Vol. 41. No. 9. P. 1177–1186. DOI: 10.1109/8.247743.

6. Sharkawy M.A., Foroozesh A., Kishk A.A., Paknys R. A robust horn ridge gap waveguide launcher for metal strip grating leaky wave antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2014. Vol. 62. No.12. P. 6019–6026. DOI: 10.1109/TAP.2014.2364050.

7. Cai Y., Zhang Y., Qian Z. Design of planar leaky wave antenna fed by substrate integrated waveguide horn // Frequenz. 2017. Vol. 72. No. 1–2. P. 33–37. DOI: 10.1515/freq-2016-0290.

8. Wu K., Deslandes D., Cassivi Y. The substrate integrated circuits – a new concept for high-frequency electronics and optoelectronics // 6th International Conference on Telecommunications in Modern Satellite, Cable and Broadcasting Service (TELSIKS’03). 2003. P. 3–10. DOI: 10.1109/TELSKS.2003.1246173.

9. Xu F., Wu K. Guided-wave and leakage characteristics of substrate integrated waveguide // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2005. Vol. 53. No. 1. P. 66–73.

10. DOI: 10.1109/TMTT.2004.839303.

11. Cassivi Y., Perregrini L., Arcioni P., Bressan M., Wu K., Conciauro G. Dispersion characteristics of substrate integrated rectangular waveguide // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2002. Vol. 12. No. 9. P. 333–335. DOI: 10.1109/LMWC.2002.803188.

12. Deslandes D., Wu K. Single-substrate integration technique of planar circuits and waveguide components // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2003. Vol. 51. No. 2. P. 593–596. DOI: 10.1109/TMTT.2002.807820

13. Bozzi M., Xu F., Deslandes D. Wu K. Modeling and Design Considerations for Substrate Integrated Waveguide Circuits and Components // 8th International Conference on Telecommunications in Modern Satellite, Cable and Broadcasting Services. 2007. P. 26–28. DOI: 10.1109/TELSKS.2007.4375921.

14. Bozzi M., Perregrini L., Wu K., Arcioni P. Current and Future Research Trends in Substrate Integrated Waveguide Technology // Radioengineering. 2009. Vol. 18, No. 2. http://www.radioeng.cz/fulltexts/2009/09_02_201_209.pdf.

15. Deslandes D. Design Equations for Tapered Microstrip-to-Substrate Integrated Waveguide Transitions // 2010 IEEE MTT-S International Microwave Symposium. 2010. DOI: 10.1109/MWSYM.2010.5517884.

16. Mahmoud S., Antar Y.M. Printed Leaky Wave Antennas. Chapter 13. Wiley Telecom. 2011.

17. DOI: 10.1002/9780470973370.ch13.

18. Deslandes D., Wu K. Analysis and design of current probe transition from grounded coplanar to substrate integrated rectangular waveguides // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2005. Vol. 53. No. 8. P. 2487–2499. DOI: 10.1109/TMTT.2005.852778.

19. Kazemi R., Fathy A.E., Yang S., Sadeghzadeh R.A. Development of an ultra wide band GCPW to SIW transition // IEEE Radio and Wireless Symposium. 2012. P. 171–174. DOI: 10.1109/TMTT.2005.852778.

20. Lin S., Yang S., Fathy A. Development of a novel UWB Vivaldi antenna array using SIW technology // Progress In Electromagnetics Research (PIER 90). 2009, P. 369–384. DOI: 10.1109/APS.2005.1551392.

21. Yang S., Elsherbini A., Lin S., Fathy A., Kamel A., Elhennawy H. A highly efficient Vivaldi antenna array design on thick substrate and fed by SIW structure with integrated GCPW feed // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. 2007. P. 1985–1988. DOI: 10.1109/APS.2007.4395912.

22. Cai Y., Qian Z., Cao W., Zhang Y., Jin J., Yang L., Jing N. Compact Wideband SIW Horn Antenna Fed by Elevated-CPW Structure // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2015. Vol. 63. No. 10. P. 4551–4557. DOI:10.1109/TAP.2015.2456936.

23. Li Z.-L. Wu K., Denidni T.A. A new approach to integrated horn antenna // 10th International Symposium on Antenna Technology and Applied Electromagnetics and URSI Conference. 2004, P. 535–538. DOI: 10.1109/ANTEM.2004.7860646.

24. Wang H., Fang D.-G., Zhang B., Che W.-Q. Dielectric loaded substrate integrated waveguide (SIW) H-plane horn antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2010. Vol. 58. No. 3. P. 640–647. DOI: 10.1109/TAP.2009.2039298.

25. Wang L., Yin X., Li S., Zhao H., Liu L., Zhang M. Phase Corrected Substrate Integrated Waveguide H-Plane Horn Antenna With Embedded Metal-Via Arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2014. Vol. 62. No. 4. P. 1854–1861.

26. DOI: 10.1109/TAP.2014.2298042.

27. Morote M.E., Fuchs B., Mosig J.R. Analytical model of a printed transition for SIW antennas // 6th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP). 2012. P. 414–417.

28. DOI: 10.1109/EuCAP.2012.6206105.

29. Morote M.E., Fuchs B., Zurcher J.F., Mosig J.R. A printed transition for matching improvement of SIW horn antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2013. Vol. 61. No. 4. P. 1923–1930. DOI: 10.1109/TAP.2012.2231923.

30. Morote M.E., Fuchs B., Zurcher J.F., Mosig J.R. Novel thin and compact H-plane SIW horn antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2013. Vol. 61. No. 6. P. 2911–2920. DOI: 10.1109/TAP.2013.2254449.

31. Cai Y., Qian Z.-P., Zhang Y.-S., Jin J., Cao W-Q. Bandwidth Enhancement of SIW Horn Antenna Loaded With Air-Via Perforated Dielectric Slab // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2014. Vol.13. P. 571–574. DOI: 10.1109/LAWP.2014.2312917.

32. Zhang Y., Cai Y., Zhang H., Yang T., Ni W., Jin J. Broadband implementation of SIW horn antenna with air-via dielectric slab // IEEE 4th Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation (APCAP). 2015. P. 563–567. DOI:10.1109/APCAP.2015.7374489.

33. Xi C., Ma H.F., Xia Y.Z., Jiang W.J. Three-dimensional broadband and high-directivity lens antenna made of metamaterials // Journal of Applied Physics. 2011. Vol. 110. No. 4. P. 044904–044904-8. DOI: 10.1063/1.3622596.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Останков А.В., Хрипунов Е.Г. Рупорная SIW-антенна со специальным копланарным переходом и диэлектрической линзой для питания планарной антенны вытекающей волны. Радиостроение. 2020;(2):1-26. https://doi.org/10.36027/rdeng.0220.0000163

For citation: Ostankov A.V., Khripunov E.G. SIW Horn Antenna with a Special Coplanar Transition and Dielectric Lens for Feeding a Leaky-Wave Antenna. Radio Engineering. 2020;(2):1-26. (In Russ.) https://doi.org/10.36027/rdeng.0220.0000163

Просмотров: 40

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-926X (Online)