Анализ излучения антенн, расположенных над границей раздела сред, с применением функций Грина неоднородных структур
Аннотация
На основе применения представления функций Грина строгий электродинамический подход, используемый для решения задачи об излучении элемента Гюйгенса через границу раздела сред. Используются функции Грина стратифицированных сред. Предложенный метод позволяет рассчитывать электромагнитное поле антенн в ближней зоне, в которой поле излучения еще не сформировано. Интегралы для компонент поля в дальней зоне вычисляются методом крутого спуска для подтверждения правильности полученных аналитических выражений. Поле в ближней зоне рассчитывается путем численного интегрирования по волновым числам на комплексной плоскости. Приведены графики распределения электромагнитного поля над границей раздела сред для различных высот и частот. Расчеты выполнены для различных типов подстилающих поверхностей. Предложенный подход позволяет анализировать излучение антенн, поле которых моделируется элементарными излучателями в виде электрических и магнитных диполей. Также были получены аналитические выражения для расчета электромагнитного поля поверхностных волн, возбуждаемых патч- и щелевыми излучателями. В предложенном методе используется представление функций Грина с разложением на неЛЭ и ЛМ волны. В ядре функций Грина при таком методе разложения нет сингулярностей, и это упрощает вычисления. Целью исследования был расчет и анализ эффективности возбуждения поверхностных волн для различных диэлектрических подложек, схем излучения поверхностных волн и констант распространения LE, LM волн. Была подтверждена высокая дисперсия константы распространения LM поверхностных волн вблизи частоты отсечки LE волн. Полученные результаты показали, что для проектирования антенн в диапазоне миллиметровых волн лучше использовать первую поверхностную моду LM волны. Предложенный подход позволяет проектировать эффективные излучатели поверхностных волн для дифракционных антенн и антенн с волнами утечки. В качестве примера рассмотрено излучение печатной прямоугольной антенны на нескольких резонансных частотах. включает в себя работу, посвященную проектированию многополосных (шести) и малогабаритных микрополосковых патч-антенн (MPA) для нового поколения устройств 5G и радиолокационных приложений. Предложенная антенна имеет небольшую структуру 27 x 38,62 x 1,575 мм, антенна работает на частотах 9,92, 16,42, 23,12, 27,24, 29,9, 35,33 ГГц, которые являются многими из частот, которые, как ожидается, будут работать для мобильной связи 5G и радиолокационных приложений. По сравнению с исследованиями в этой области, предложенная антенна дает очень хороший коэффициент усиления и диаграмму направленного излучения на всех частотах. Рассмотрено возбуждение патч-антенны на основной и высших гармониках. Нечетные гармоники (1, 3, 5) образуют максимум перпендикулярно антенне, а четные - провал вдоль нормали. Кроме того, решена проблема согласования антенны предложенная антенна имеет толщину 1,575 мм на подложке DUROID (TM). В данной работе рассмотрены геометрия антенны и различные параметры, такие как графики диаграммы направленности излучения,
Получены и обсуждены графики обратных потерь и коэффициента усиления, а также графики направленности. В качестве примера было рассмотрено излучение антенны на волне утечки. В статье описывается компактный размер, эллиптическая поляризация и микрополосковая антенна с волной утечки с низким уровнем боковой составляющей с короткими штырями на одной стороне листа. Предлагаемая антенна состоит из 7 листов, периодически накладываемых на антенную структуру, причем один из краев листа снабжен короткозамкнутыми штырями. Предложенная антенна обладает эффективным уменьшением размеров антенны, хорошей сканирующей способностью и снижением уровня боковых лепестков по сравнению с другими типами антенн. Для определения рабочего диапазона антенны используется набор простых и эффективных уравнений. Как показали результаты моделирования, процесс сканирования осуществляется от 11° до -15°, в полосе 26% при переходе частоты от 22,8 до 27,8 ГГц.
Based on the application of Green's function representation A rigorous electrodynamic approach is used to solve the problem of Huygens element radiation over the interface of media. Green’s functions of stratified media are used. The proposed method makes it possible to calculate the electromagnetic field of antennas in the near zone in which the radiation field has not yet been formed. The integrals for the components of the field in the far zone are calculated by the method of the steepest descent to confirm the correctness of the analytical expressions obtained. The field in the near zone is calculated by numerical integration over the wave numbers on the complex plane. Graphs of the distribution of the electromagnetic field over the interface of media for different heights and frequencies are given. Calculations are performed for different types of the underlying surface. The proposed approach makes it possible to analyze the radiation of antennas whose field is modeled by elementary emitters in the form of electric and magnetic dipoles. also, we worked on the analytical expressions for the calculation of an electromagnetic field of the surface waves excited by patch and slot radiators. The proposed method uses the representation of Green’s functions with the decomposition of non-LE and LM waves. There are no singularities in the core of Green's functions with this decomposition method, and it simplifies calculations. The research aimed to calculate and analyze the efficiency of surface wave excitation for different dielectric substrates, radiation patterns of surface waves, and LE, LM waves propagation constants. The high dispersion of a propagation constant of LM surface waves near the cutoff frequency of LE waves was confirmed. The obtained results showed that it is better to use the first surface mode of the LM wave for antenna design in the millimeter-wave frequency range. The proposed approach makes it possible to design efficient surface wave launchers for diffraction and leaky wave antennas. As an example, the radiation of a printed rectangular antenna at several resonant frequencies was considered. comprises work concerned with the design of multiband (six) and small-size Microstrip patch antennas (MPA)for the new generation 5G devices and Radar applications. The suggested antenna has a small structure of 27 x 38.62 x 1.575 mm, antenna operates at frequencies 9.92, 16.42, 23.12, 27.24, 29.9, 35.33 GHz which are many of the frequencies expected to be operated for the 5G mobile communications and Radar application. Compared to research interested in this field, the proposed antenna gives very good gain and directional radiation patterns at all frequencies. the excitation of the patch antenna at the fundamental and higher harmonics is considered. Odd harmonics (1, 3, 5) form a maximum perpendicular to the antenna, and even ones form a dip along the normal. Additionally, the problem of antenna matching is solved the suggested antenna has a thickness of 1.575 mm on the DUROID (TM) substrate. In this work, the antenna geometry and different parameters such as radiation pattern plots,
return loss and gain plots, and directivity plots are obtained and discussed. As an example, the radiation of the leaky wave antenna was considered. Compact size, elliptical polarization, and a low-sidelobe-level microstrip leaky-wave antenna with short pins on one side of the sheet is described in this work. The suggested antenna consists of 7 sheets that are periodically put on the antenna structure, with one of the edges of the sheet being incorporated with short-circuit pins. The proposed antenna has an effective decrease in antenna size good scan capability, and a reduction in sidelobe level In comparison with other types of antennas. A set of simple and effective equations is used to determine the operating range of the antenna. As elucidated by simulation results, the scanning process is carried out from 11° to –15°, at the rate of 26% as the frequency changes from 22.8 GHz to 27.8 GHz.
Получены и обсуждены графики обратных потерь и коэффициента усиления, а также графики направленности. В качестве примера было рассмотрено излучение антенны на волне утечки. В статье описывается компактный размер, эллиптическая поляризация и микрополосковая антенна с волной утечки с низким уровнем боковой составляющей с короткими штырями на одной стороне листа. Предлагаемая антенна состоит из 7 листов, периодически накладываемых на антенную структуру, причем один из краев листа снабжен короткозамкнутыми штырями. Предложенная антенна обладает эффективным уменьшением размеров антенны, хорошей сканирующей способностью и снижением уровня боковых лепестков по сравнению с другими типами антенн. Для определения рабочего диапазона антенны используется набор простых и эффективных уравнений. Как показали результаты моделирования, процесс сканирования осуществляется от 11° до -15°, в полосе 26% при переходе частоты от 22,8 до 27,8 ГГц.
Based on the application of Green's function representation A rigorous electrodynamic approach is used to solve the problem of Huygens element radiation over the interface of media. Green’s functions of stratified media are used. The proposed method makes it possible to calculate the electromagnetic field of antennas in the near zone in which the radiation field has not yet been formed. The integrals for the components of the field in the far zone are calculated by the method of the steepest descent to confirm the correctness of the analytical expressions obtained. The field in the near zone is calculated by numerical integration over the wave numbers on the complex plane. Graphs of the distribution of the electromagnetic field over the interface of media for different heights and frequencies are given. Calculations are performed for different types of the underlying surface. The proposed approach makes it possible to analyze the radiation of antennas whose field is modeled by elementary emitters in the form of electric and magnetic dipoles. also, we worked on the analytical expressions for the calculation of an electromagnetic field of the surface waves excited by patch and slot radiators. The proposed method uses the representation of Green’s functions with the decomposition of non-LE and LM waves. There are no singularities in the core of Green's functions with this decomposition method, and it simplifies calculations. The research aimed to calculate and analyze the efficiency of surface wave excitation for different dielectric substrates, radiation patterns of surface waves, and LE, LM waves propagation constants. The high dispersion of a propagation constant of LM surface waves near the cutoff frequency of LE waves was confirmed. The obtained results showed that it is better to use the first surface mode of the LM wave for antenna design in the millimeter-wave frequency range. The proposed approach makes it possible to design efficient surface wave launchers for diffraction and leaky wave antennas. As an example, the radiation of a printed rectangular antenna at several resonant frequencies was considered. comprises work concerned with the design of multiband (six) and small-size Microstrip patch antennas (MPA)for the new generation 5G devices and Radar applications. The suggested antenna has a small structure of 27 x 38.62 x 1.575 mm, antenna operates at frequencies 9.92, 16.42, 23.12, 27.24, 29.9, 35.33 GHz which are many of the frequencies expected to be operated for the 5G mobile communications and Radar application. Compared to research interested in this field, the proposed antenna gives very good gain and directional radiation patterns at all frequencies. the excitation of the patch antenna at the fundamental and higher harmonics is considered. Odd harmonics (1, 3, 5) form a maximum perpendicular to the antenna, and even ones form a dip along the normal. Additionally, the problem of antenna matching is solved the suggested antenna has a thickness of 1.575 mm on the DUROID (TM) substrate. In this work, the antenna geometry and different parameters such as radiation pattern plots,
return loss and gain plots, and directivity plots are obtained and discussed. As an example, the radiation of the leaky wave antenna was considered. Compact size, elliptical polarization, and a low-sidelobe-level microstrip leaky-wave antenna with short pins on one side of the sheet is described in this work. The suggested antenna consists of 7 sheets that are periodically put on the antenna structure, with one of the edges of the sheet being incorporated with short-circuit pins. The proposed antenna has an effective decrease in antenna size good scan capability, and a reduction in sidelobe level In comparison with other types of antennas. A set of simple and effective equations is used to determine the operating range of the antenna. As elucidated by simulation results, the scanning process is carried out from 11° to –15°, at the rate of 26% as the frequency changes from 22.8 GHz to 27.8 GHz.