Методы решения некорректных задач электродинамического анализа излучающих структур на основе киральных метаматериалов


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Настоящая статья посвящена вопросам разработки корректных методов электродинамического анализа одиночных и многоэлементных излучающих структур с подложками из киральных метаматериалов. Предложен подход к электродинамическому анализу таких антенн на основе метода сингулярных интегральных представлений поля и метода поверхностных импедансов. Получена система сингулярных интегральных уравнений относительно неизвестных функций распределения плотности токов по излучателям. Выполнена апробация предложенного метода на примере решения тестовой задачи с использованием программного комплекса Feko. Показаны перспективы использования таких излуча­ющих структур в системах MIMO, позволяющих увеличить их эффективность, в частности повысить пропускную способность. Представлен также эффект азимутального рассеяния электромагнитных волн, который может найти применение при создании низкопрофильных антенн абонентских станций радиосвязи, установленных на подвижных объектах.

Об авторах

А.Л. Бузов

АО «Самарское инновационное предприятие радиосистем»

Автор, ответственный за переписку.
Email: buzov@siprs.ru

Д.С. Клюев

Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики

Email: klyuevd@yandex.ru

М.С. Курушкин

Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого

Email: kurushkin-m-s@yandex.ru

А.М. Нещерет

АО «Самарское инновационное предприятие радиосистем»

Email: neshceret_a@list.ru

Т.О. Усатенко

Военный учебный центр при Московском авиационном институте (национальном исследовательском университете)

Email: brat-sin@mail.ru

В.А. Кабанов

Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики

Email: klyuevd@yandex.ru

Список литературы

  1. Deschamps G.A. Microstrip microwave antennas // The Third USAR Symposium on Antennas. 1953. Vol. 1. P. 189–195.Balanis C.A. Antenna Theory: Analysis and Design; 2nd ed. New York: John Wiley and Sons, Inc., 1997. P. 722–783.Handbook of Microstrip Antenna / ed. by J. James and P.S. Hall. London: P. Peregrinus on behalf of the Institution of Electrical Engineers, 1989. 1312 p.A spectral domain approach for the calculation of the scattering of the stratified uniaxial electric anisotropic media under point source excitation with arbitrary orientation / J. Xiang [et al.] // International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 2015. Vol. 48. № 1. P. 33–46. DOI: https://doi.org/10.3233/JAE-140145.Электродинамический расчет характеристик полосковых антенн / Б.А. Панченко [и др.]. М.: Радио и связь, 2002. 256 с.Просвирин С.Л., Нечаев Ю.Б. Расчет микрополосковых антенн в приближении заданного распределения поверхностного тока. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1992. 112 с.Панченко Б.А., Нефедов Е.И. Микрополосковые антенны. М.: Радио и связь, 1986. 144 с.Dwivedi S., Mishra V., Kosta Y.P. Directivity enhancement of miniaturized microstrip patch antenna using metamaterial cover // International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 2015. Vol. 47. № 2. P. 399–409. DOI: https://doi.org/10.3233/JAE-140060.Kenari M.A. Printed planar patch antennas based on metamaterial // International Journal of Electronics Letters. 2014. Vol. 2. № 1. P. 37–42. DOI: https://doi.org/10.1080/21681724.2013.874042.Caloz C., Itoh T., Rennings A. CRLH metamaterial leaky-wave and resonant antennas // IEEE Antennas Propagation Magazine. 2008. Vol. 50. № 5. P. 25–39. DOI: https://doi.org/10.1109/MAP.2008.4674709.Erentok A., Ziolkowski R.W. Metamaterial-inspired efficient electrically small antennas // IEEE Trans. on Antennas and Propagation. 2008. Vol. 56. № 3. P. 691–707. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2008.916949.Mao S.-G., Chen C.-M., Chang D.-C. Modeling of slow-wave EBG structure for printed-bowtie antenna array // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letter. 2002. Vol. 1. P. 124–127. DOI: https://doi.org/10.1109/LAWP.2002.806049.Wang L., Wang L., Le-Wei Li J. A series-fed metamaterial microstrip antenna array of broadband and high-gain // 2012 IEEE International Workshop on Electromagnetics: Applications and Student Innovation Competition. 2012. P. 1–2. DOI: https://doi.org/10.1109/iWEM.2012.6320361.Исследование характеристик антенных систем на основе метаматериалов в целях обеспечения электромагнитной совместимости средств радиосвязи / В.В. Бадалов [и др.] // Антенны. 2017. № 11. С. 31–38.Mutual coupling suppression between two closely placed microstrip patches using EM-bandgap metamaterial fractal loading / M. Alibakhshikenari [et al.] // IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 23606–23614. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2899326.Микрополосковые антенны на основе биизотропных и бианизотропных киральных метаматериалов в системах MIMO / А.Н. Беспалов [и др.] // Радиотехника. 2019. № 3. С. 5–11.Biswas M., Guha D. Input impedance and resonance characteristic of superstrate loaded triangular microstrip patch // IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2009. Vol. 3. № 1. P. 92–98. DOI: https://doi.org/10.1049/iet-map:20080097.Attia H., Yousefi L., Ramahi O.M. Analytical model for calculating the radiation field of microstrip antennas with artificial magnetic superstrates: Theory and experiment // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2011. Vol. 59. № 5. P. 1438–1445. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2011.2122295.Mirshekar-Syankal D., Hassani H.R. Characteristics of stacked rectangular and triangular patch antennas for dual band applications // 8th International Conference on Antennas and Propagation. 1993. P. 728–731.Guha D., Siddiqui J.Y. Resonant frequency of circular microstrip antenna covered with dielectric superstrate // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2003. Vol. 51. № 7. P. 1649–1652. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2003.813620.Resonant frequencies of a circularly polarized nearly circular annular ring microstrip antenna with superstrate loading and airgaps / J. Shinde [et al.] // Kaleidoscope: Beyond the Internet? – Innovations for Future Networks and Services. 2010. P. 1–7.Pozar D. Radiation and scattering from a microstrip patch on a uniaxial substrate // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1987. Vol. 35. № 6. P. 613–621. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.1987.1144161.Engheta N. The theory of chirostrip antennas // Proceedings of the 1988 URSI International Radio Science Symposium. 1988. P. 213.Engheta N., Pelet P. Modes in chirowaveguides // Optics Letters. 1989. Vol. 14. № 11. P. 593–595. DOI: https://doi.org/10.1364/OL.14.000593.Simple example of polarization plane rotation by the fringing fields interaction / N. Kolmakova [et al.] // 2013 European Microwave Conference. 2013. P. 936–938. DOI: https://doi.org/10.23919/EuMC.2013.6686812.Systematic analysis on the optical properties of chiral metamaterial slab for microwave polarization control / I. Comez [et al.] // Applied Computational Electromagnetics Society Journal. 2015. Vol. 30. № 5. P. 478–487.Clack C.T., Ballai I. Nonlinear theory of resonant slow waves in anisotropic and dispersive plasmas // Physics of Plasmas. 2018. Vol. 15. № 8. P. 082310. DOI: https://doi.org/10.1063/1.2970947.Engheta N., Pelet P. Reduction of surface waves in chirostrip antennas // Electronics Letters. 1991. Vol. 27. № 1. P. 5–7. DOI: https://doi.org/10.1049/el:19910004.Electromagnetic Waves in Chiral and Bi-isotropic Media / V. Lindell [et al.]. Norwood: Altech House, 1994. 352 p.Pozar D.M. Microstrip antennas and arrays on chiral substrates // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1992. Vol. 40. № 10. P. 1260–1263. DOI: https://doi.org/10.1109/8.182462.Zebiri C., Benabdelaziz F., Sayad D. Surface waves investigation of a bianisotropic chiral substrate resonator // Progress In Electromagnetics Research B. 2012. Vol. 40. P. 399–414. DOI: https://doi.org/10.2528/PIERB12032205.Toscano A., Vegni L. A new efficient moment method formulation for the design of microstrip antennas over a chiral grounded slab // Journal of Electromagnetic Waves and Applications. 1997. Vol. 11. № 5. P. 567–592. DOI: https://doi.org/10.1163/156939397X00846.Zebiri C., Lashab M., Benabdelaziz F. Effect of anisotropic magneto-chirality on the characteristics of a microstrip resonator // IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2010. Vol. 4. № 4. P. 446–452. DOI: https://doi.org/10.1049/iet-map.2008.0439.Zebiri C., Lashab M., Benabdelaziz F. Rectangular microstrip antenna with uniaxial bi-anisotropic chiral substratesuperstrate // IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2011. Vol. 5. № 1. P. 17–29. DOI: https://doi.org/10.1049/iet-map.2009.0446.Zebiri C., Benabdelaziz F., Lashab M. Complex media parameter effect: On the input impedance of rectangular microstrip antenna // 2012 IEEE International Conference on Complex Systems (ICCS). 2012. P. 1–3. DOI: https://doi.org/10.1109/ICoCS.2012.6458517.Toscano A., Vegni L. Evaluation of the resonant frequencies and bandwidth in microstrip antennas with a chiral grounded slab // International Journal of Electronics. 1996. Vol. 81. № 6. P. 671–676. DOI: https://doi.org/10.1080/002072196136364.Zebiri C., Benabdelaziz F., Lashab M. Bianisotropic superstrate effect on rectangular microstrip patch antenna parameters // 3rd International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics, META’12. 2012. P. 365–368.Zebiri C., Lashab M., Benabdelaziz F. Asymmetrical effects of bi-anisotropic substrate-superstrate sandwich structure on patch resonator // Progress In Electromagnetics Research B. 2013. Vol. 49. P. 319–337. DOI: https://doi.org/10.2528/PIERB13012115.Gyro-chirality effect of bianisotropic substrate on the operational of rectangular microstrip patch antenna / C. Zebiri [et al.] // International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 2016. Vol. 51. № 3. P. 249–260. DOI: https://doi.org/10.3233/JAE-150141.Capolino F. Theory and Phenomena of Metamaterials. Boca Raton: Taylor & Francis – CRC Press, 2009. 992 p.Неганов В.А., Осипов О.В. Отражающие, волноведущие и излучающие структуры с киральными элементами. М.: Радио и связь, 2006. 280 с.Сингулярные и гиперсингулярные интегральные уравнения в теории зеркальных и полосковых антенн / А.Н. Дементьев [и др.]. М.: Радиотехника, 2015. 216 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Бузов А., Клюев Д., Курушкин М., Нещерет А., Усатенко Т., Кабанов В., 2019

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ФС 77 - 68199 от 27.12.2016.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах