НИЗКОПРОФИЛЬНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА СИЛЬНО СВЯЗАННЫХ ДИПОЛЕЙ КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ
Аннотация
Рассмотрена конструкция низкопрофильной антенной решетки сильно связанных диполей
круговой поляризации. Основной деталью конструкции являются два скрещенных диполя в печат-
ном исполнении. Квадратурное возбуждение обеспечивается полосками в форме дуги окружно-
сти, соединяющими пары ортогонально расположенных плеч на верхнем и нижнем слое металли-
зации. Для обеспечения емкостной связи между элементами применяются металлические диски,
гальванически соединенные с основанием при помощи металлических стержней. Для расширения
полосы рабочих частот и улучшения характеристик излучения антенной решетки непосредствен-
но над диполями расположен согласующий слой пластика Eccostock HiK. Представлены результа-
ты численного исследования характеристик элементарной ячейки антенной решетки с периоди-
ческими граничными условиями на гранях в программном обеспечении ANSYS HFSS. Показана воз-
можность работы в широкой полосе частот по заданному уровню согласования и коэффициента
эллиптичности. Показана зависимость характеристик согласования и коэффициента эллиптич-
ности от размеров полоска, обеспечивающего квадратурное питание плеч диполей. Расчетным
путем установлено, что выбор радиуса полоска, обеспечивающего квадратурное возбуждение
плеч диполей, представляет собой компромисс между широкой полосой рабочих частот и лучшим
коэффициентом эллиптичности в центре диапазона. Показано, что использование расположенно-
го непосредственно над слоем диполей согласующего слоя в решетках сильно связанных диполей
круговой поляризации обеспечило согласование в широкой полосе частот при сохранении электрически малой высоты профиля. На основе предложенного элемента разработаны модели конечных
антенных решеток из 3×3, 4×4, 5×5 и 6×6 элементов. Показано влияние элементов, расположен-
ных на краях, на характеристики антенной решетки. Исследована возможность улучшения ха-
рактеристик за счёт подсоединения крайних элементов к согласованным нагрузкам.
Литература
Modular Antenna (PUMA) Array, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Oct. 2012,
Vol. 60, No. 10, pp. 4589-4600.
2. Munk B. A low-profile broadband phased array antenna, IEEE Antennas and Propagation Society Int.
Symp., June 2003, Vol. 2, pp. 448-451.
3. Johnson A.D., Zhong J., Venkatakrishnan S.B., Alwan E.A. and Volakis J.L. Phased Array With Low-
Angle Scanning and 46:1 Bandwidth, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Dec. 2020,
Vol. 68, No. 12, pp. 7833-7841.
4. Novak M. and Volakis J.L. Dual polarized Tightly Coupled Dipole Array (TCDA) for UHF to millimeter
wave applications, 2014 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium
(APSURSI), 2014, pp. 819-819.
5. Papantonis D.K. and Volakis J.L. Dual-Polarized Tightly Coupled Array With Substrate Loading,
IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2016, Vol. 15, pp. 325-328.
6. Johnson A.D., Zhong J., Livadaru M., Alwan E.A. and Volakis J.L. Tightly Coupled Dipole Array with
Wideband Differential Feeding Network, 2018 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation
& USNC/URSI National Radio Science Meeting, 2018, pp. 1987-1988.
7. Islam M.R., Nichols M.W., Johnson A.D., Venkatakrishnan S.B., Alwan E.A. and Volakis J.L. Wideband
Tightly Coupled Dipole Array (TCDA) With 5.4:1 Bandwidth on a Miura-Ori Pattern, 2020
IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and North American Radio Science
Meeting, 2020, pp. 1685-1686.
8. Ling X., Wang Y., Zhao L., Wang S. and Chen S. A new UWB tightly coupled antenna array, 2013
International Conference on Anti-Counterfeiting, Security and Identification (ASID), 2013, pp. 1-4.
9. He Y., He W. and Wong H. A Wideband Circularly Polarized Cross-Dipole Antenna, IEEE Antennas
and Wireless Propagation Letters, 2014, Vol. 13, pp. 67-70.
10. Novak M., Abdelrahman A.H., Yi H., Piazzi L. and Ma Z. Tightly Coupled Dipole Array for 5G Multiband
Cellular Base Station Antennas, 2020 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation
and North American Radio Science Meeting, 2020, pp. 1681-1682.
11. Zhang L., Gao S., Luo Q., Li W., He Y. and Li Q. A Wideband Circularly Polarized Tightly Coupled
Array, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Nov. 2018, Vol. 66, No. 11, pp. 6382-6387.
12. Yang W.J., Pan Y.M. and Zheng S.Y. A Low-Profile Wideband Circularly Polarized Crossed-Dipole
Antenna With Wide Axial-Ratio and Gain Beamwidths, IEEE Transactions on Antennas and Propagation,
July 2018, Vol. 66, No. 7, pp. 3346-3353.
13. Yang W., Pan Y., Zheng S. and Hu P. A Low-Profile Wideband Circularly Polarized Crossed-Dipole
Antenna, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2017, Vol. 16, pp. 2126-2129.
14. Ta S.X., Park I. and Ziolkowski R.W. Crossed Dipole Antennas: A review, IEEE Antennas and Propagation
Magazine, Oct. 2015, Vol. 57, no. 5, pp. 107-122.
15. Tran H.H., Ta S.X., and Park I. Single-Feed, Wideband, Circularly Polarized, Crossed Bowtie Dipole
Antenna for Global Navigation Satellite Systems, Journal of electromagnetic engineering and science,
Vol. 14, No. 3. Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, Sep 2014, pp. 299-305.
16. Yang W.J., Pan Y.M. and Zheng S.Y. A Compact Broadband Circularly Polarized Crossed-Dipole Antenna
With a Very Low Profile, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Oct. 2019, Vol. 18,
No. 10, pp. 2130-2134.
17. Brown G. The turnstile, Electron, Apr. 1936, Vol. 9, pp. 14-17.
18. Brown G. Antenna system, U.S. Patent 2086976, Jul., 13, 1937.
19. Merola C.S. and Vouvakis M.N. UHF planar ultra-wideband modular antenna (PUMA) arrays, 2017
IEEE International Symposium on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science
Meeting, 2017, pp. 1803-1804.
20. Holland S.S. and Vouvakis M.N. The Planar Ultrawideband Modular Antenna (PUMA) Array, IEEE
Transactions on Antennas and Propagation, Jan. 2012, Vol. 60, No. 1, pp. 130-140.
