Антенны в составе широкополосных радиосредств

Веденькин Д. А.¹, Седельников Ю. Е.¹

¹Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ.

DOI 10.24412/2410-9916-2026-2-081-104

Полный текст статьи

XML JATS

Аннотация

Постановка задачи: при проектировании широкополосных радиоустройств с антеннами, сфокусированными в зоне ближнего излученного поля, необходимо учитывать частотную зависимость их характеристик. Для широкополосных сигналов отсутствует единый подход к определению пространственного распределения электромагнитного поля, а возможность фокусировки некогерентного излучения остаётся недостаточно изученной. Целью работы является выявление и анализ свойств широкополосных электромагнитных полей, сфокусированных линейными и плоскими апертурами в зоне ближнего излученного поля, включая случай некогерентного излучения. Используемые методы: исследование основано на численном моделировании электромагнитных полей, создаваемых непрерывными и дискретными апертурами в зоне ближнего излученного поля, с учётом спектральных характеристик излучаемого сигнала, способа его приёма и условий когерентности излучения. Новизна: впервые проведено систематическое сравнение свойств, сфокусированных гармонических и широкополосных полей в зоне ближнего излученного поля. Показана возможность фокусировки некогерентного широкополосного излучения за счёт синхронизации огибающих радиоимпульсов, что позволяет увеличить напряжённость поля в заданной области без увеличения общей мощности излучения. Результат. Установлено, что пространственные распределения широкополосного сфокусированного поля существенно зависят не только от ширины спектра излучаемого сигнала, но и от частотных характеристик приёмного тракта, а также от способа использования энергии поля (режим приёма линейным детектором или режим поглощения мощности в среде). Показано, что при фокусировке некогерентного излучения синхронизация огибающих радиоимпульсов позволяет увеличить напряжённость поля в заданной области без увеличения общей мощности излучения. Практическая значимость: полученные результаты могут быть использованы при разработке антенных систем для микроволновой диагностики, медицинской радиотермометрии, специальной радиосвязи и радиоэлектронной борьбы, а также для построения энергоэффективных радиолиний с концентрацией широкополосного поля в заданной области пространства.

Ключевые слова

сфокусированные антенны, зона ближнего излученного поля, широкополосные сигналы, антенные решетки, пространственное распределение поля, фокусировка, некогерентное излучение.

Ссылка на статью

Веденькин Д. А., Седельников Ю. Е. Антенны в составе широкополосных радиосредств // Системы управления, связи и безопасности. 2026. № 2. С. 81-104. DOI: 10.24412/2410-9916-2026-2-081-104

Литература

1. Bickmore R. W. On focusing electromagnetic radiators // Canadian Journal of Physics. 1957. Vol. 35. no. 11. pp. 1292-1298.

2. Hansen R. C. Focal region characteristics of focused array antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1985. Vol. 33. no. 12. pp. 1328-1337. doi: 10.1109/TAP.1985.1143539.

3. Graham W. J. Analysis and Synthesis of Axial Field Patterns of Focused Apertures // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1983. Vol. AP-31. no. 4. pp. 665-668.

4. Потапова О. В., Седельников Ю. Е. Исследование характеристик электромагнитного поля при погрешностях реализации фокусирующего фазового распределения // Журнал радиоэлектроники. 2024. № 1. doi: 10.30898/1684-1719.2024.1.10.

5. Низамутдинов Р. Р. Исследование характеристик линейных сфокусированных антенн для радиоволновых технологических и диагностических устройств: дис. ... канд. техн. наук. 05.12.07. Казань, КГТУ им. А. Н. Туполева, 2011. 155 с.

6. Chou Hsi-Tseng, Yu Chien-Te. Design of phased array antennas with beam switching capability in the near-field focus applications // IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2015. Vol. 9. no. 11. pp. 1120-1127.

7. Kay A. Near-field gain of aperture antennas // IRE Transactions on Antennas and Propagation. 1960. Vol. 8. no. 6. pp. 586-593. doi: 10.1109/TAP.1960.1144905.

8. Nepa P., Buffi A. Near-Field-Focused Microwave Antennas: Near-field shaping and implementation // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2017. Vol. 59. no. 3. pp. 42-53. doi: 10.1109/MAP.2017.2686118.

9. Веденькин Д. А., Седельников Ю. Е. Свойства сфокусированных волновых полей в промежуточной зоне излучения // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2016. № 1 (29). С. 18-31.

10. Веденькин Д. А., Седельников Ю. Е., Насыбуллин А. Р. Фокусировка электромагнитного излучения в диссипативной среде // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2017. № 3 (35). С. 61-68.

11. Веденькин Д. А. Фокусированные антенны для систем радиосвязи с группой малоразмерных летательных аппаратов // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2007. Т. 10. № 5. С. 36-38.

12. Gee W., Lee S.-W., Bong N. K., Cain C. A., Mittra R., Magin R. L. Focused Array Hyperthermia Applicator: Theory and Experiment // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 1984. Vol. BME-31. no. 1. pp. 38-46. doi: 10.1109/TBME.1984.325368.

13. Tofigh F., Nourinia J., Azarmanesh M., Khazaei K. M. Near-Field Focused Array Microstrip Planar Antenna for Medical Applications // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2014. Vol. 13. pp. 951-954. doi: 10.1109/LAWP.2014.2322111.

14. Веденькин Д. А., Седельников Ю. Е. Сфокусированные антенны в задачах неразрушающего радиоволнового контроля // Системы управления, связи и безопасности. 2023. № 2. С. 131-146. doi: 10.24412/2410-9916-2023-2-131-146.

15. Седельников Ю. Е., Кубланов В. С., Потапова О. В. Сфокусированные антенны-аппликаторы в задачах диагностической радиотермометрии // Журнал радиоэлектроники. 2018. № 7. С. 7.

16. Константиновская М. В., Григорьев В. С., Олискевич В. В., Раевская Е. Г. Разработка технологии и метода очистки химически загрязненного грунта с целью ликвидации накопленного экологического ущерба // Химическая безопасность. 2017. Т. 1. № 1. С. 101-122.

17. Полевик Н. Д. Методы и средства борьбы с сорной растительностью с использованием импульсных СВЧ-излучений: дис. ... канд. техн. наук: 05.20.02. - Челябинск, Челябинский государственный агроинженерный университет, 2007. - 344 с.

18. Zhen L., Zhaozong M. A Review of Radio Frequency Non-destructive Testing for Carbon-fibre Composites // Measurement Science Review. 2016. Vol. 16. no. 2. pp. 68-76.

19. Данилов И. Ю., Седельников Ю. Е. Диагностика апертурных распределений антенн путем измерений в зоне ближнего излученного поля // Журнал радиоэлектроники. 2016. № 1. С. 1-26.

20. Vedenkin D., Morozov O., Sedelnikov Y., Agliullin T., Nasybullin A. Increasing the Accuracy Characteristics of Focused Electromagnetic Devices for Non-Destructive Testing and Technical Diagnostics by Implementing Sum-Difference Signal Processing // Electronics. 2023. Vol. 12. no. 2. p. 436. doi: 10.3390/electronics12020436. URL: https://www.mdpi.com/2079-9292/12/2/436.

21. Лучкин С. А., Седельников Ю. Е. Пространственно-распределенные радиотехнические средства связи и управления беспилотных авиационных комплексов // Нелинейный мир. 2008. Т. 6. № 1. С. 477-483.

22. Gardner R. A., Vargas H. I., Block J. B., Vogelbaum M. A., Moros E. G., Myerson R. J., Ryan J. R., Tupy S. J. Focused microwave phased array thermotherapy for primary breast cancer // Annals of Surgical Oncology. 2002. Vol. 9. pp. 326-332. doi: 10.1007/BF02573866.

23. Van der Linden R., Visser H. J. Analysis, design and realization of a near-field focused RF power transfer system // Journal of Physics: Conference Series. 2013. Vol. 476. no. 1. pp. 1-5.

24. Седельников Ю. Е., Веденькин Д. А. Антенные решетки, сфокусированные по широкополосному сигналу // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2015. Т. 18. № 3-1. С. 23-30.

25. Vedenkin D. A., Sedelnikov Yu. E., Nasybullin A. R. Antenna Arrays Focused on Broadband Signals // Journal of Telecommunications and Information Technology. 2016. Vol. 2016. no. 2. pp. 95-102.

26. Седельников Ю. Е., Тестоедов Н. А., Веденькин Д. А., Данилов И. Ю., Потапова О. В., Романов А. Г., Фадеева Л. Ю., Чони Ю. И. Антенны, сфокусированные в зоне ближнего излученного поля / Монография под ред. Ю. Е. Седельникова и Н. А. Тестоедова. - Красноярск: Сибирский государственный аэрокосмический университет, 2015. - 308 с.

27. Веденькин Д. А. Сфокусированные антенные решетки в составе радиоэлектронных средств группы малоразмерных беспилотных летательных аппаратов: дис. ... канд. техн. наук: 05.12.07. - Казань: КГТУ им. А. Н. Туполева, 2012. - 138 с.

 

 Статья распространяется по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 License.

  Метаданные статьи распространяются по лицензии CC0 1.0 Universal