SCCS Системы управления, связи и безопасности Systems of Control, Communication and Security 2410-9916 ООО «Корпорация «Интел Групп» 10.24412/2410-9916-2026-2-081-104 Научная статья Research Article Антенны в составе широкополосных радиосредств Antennas as part of broadband radio equipment Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ г. Казань, ул. Карла Маркса, д. 10 Россия Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev-KAI Kazan, Karl Marx str., 10 Russia Веденькин Денис Андреевич Vedenkin Denis Andreevich denis_ved@mail.ru Седельников Юрий Евгеньевич Sedelnikov Yury Evgenyevich sedhome2013@yandex.ru 2026 20 04 2026 2 81 104 © 2026 Vedenkin D.A., Sedelnikov Yu.E. © 2026 Веденькин Д.А., Седельников Ю.Е. 2026 Denis Andreevich Vedenkin, Yury Evgenyevich Sedelnikov Веденькин Денис Андреевич, Седельников Юрий Евгеньевич This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)

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.

Problem statement. During to designing broadband radio devices with antennas focused in the near-field zone, it is necessary to take into account the frequency dependence of their characteristics. For broadband signals, there is no unified approach to determining the spatial distribution of the electromagnetic field, and the possibility of focusing incoherent radiation remains insufficiently studied. The purpose is to identify and analyze the properties of broadband electromagnetic fields focused by linear and planar apertures in the near-field zone, including the case of incoherent radiation. Methods. The study is based on numerical simulation of electromagnetic fields generated by continuous and discrete apertures in the near-field zone, taking into account the spectral characteristics of the radiated signal, the method of its reception, and the conditions of radiation coherence. Novelty. For the first time, a systematic comparison of the properties of focused harmonic and broadband fields in the near-field zone has been carried out. The possibility of focusing incoherent broadband radiation by synchronizing the envelopes of radio pulses is demonstrated, which makes it possible to increase the field strength in a given area without increasing the total radiation power. Result. It is established that the spatial distributions of a broadband focused field significantly depend not only on the spectrum width of the radiated signal, but also on the frequency characteristics of the receiving path, as well as on the method of using the field energy (reception mode by a linear detector or power absorption mode in the medium). It is shown that when focusing incoherent radiation, synchronization of the envelopes of radio pulses allows increasing the field strength in a given area without increasing the total radiation power. Practical relevance. The obtained results can be used in the development of antenna systems for microwave diagnostics, medical radiothermometry, special radio communication and electronic warfare, as well as for constructing energy-efficient radio links with concentration of broadband field energy in a given spatial region.

сфокусированные антенны зона ближнего излученного поля широкополосные сигналы антенные решетки пространственное распределение поля фокусировка некогерентное излучение focused antennas near-field zone broadband signals antenna arrays spatial field distribution focusing incoherent radiation Работа выполнена в рамках государственного задания FZSU-2026-0009, рег. номер НИОКТР 126020516512-7. The work was carried out within the framework of the state assignment FZSU-2026-0009, RnD registration number 126020516512-7. Введение

Основное содержание статьи приведено в соответствии с оригиналом.

 Литература Bickmore R. W. On focusing electromagnetic radiators // Canadian Journal of Physics. 1957. Vol. 35. no. 11. pp. 1292-1298. Bickmore R. W. On focusing electromagnetic radiators. Canadian Journal of Physics, 1957, vol. 35, no. 11, pp. 1292-1298. 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. 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. 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. 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. 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. Potapova O. V., Sedelnikov Yu. E. Issledovanie kharakteristik elektromagnitnogo polya pri pogreshnostyakh realizatsii fokusiruyushchego fazovogo raspredeleniya [Investigation of Electromagnetic Field Characteristics under Errors in the Implementation of Focusing Phase Distribution]. Journal of Radio Electronics, 2024, no. 1. doi: 10.30898/1684-1719.2024.1.10 (in Russian). 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. Nizamutdinov R. R. Issledovanie harakteristik linejnyh sfokusirovannyh antenn dlja radiovolnovyh tehnologicheskih i diagnosticheskih ustrojstv. Diss. kand. tehn. nauk [Study of the Characteristics of Linear Focused Antennas for Radio Wave Technological and Diagnostic Devices. Ph.D. Thesis]. Kazan, KSTU named after A. N. Tupolev, 2011. 155 p. (in Russian). Chou Hsi-Tseng, Yu Chien-Te. Design of phased array antennas with beam switching capability in the near-field focus applications // IET Microwaves, Antennas 'n' Propagation. 2015. Vol. 9. no. 11. pp. 1120-1127. Chou Hsi-Tseng, Yu Chien-Te. Design of phased array antennas with beam switching capability in the near-field focus applications. IET Microwaves, Antennas 'n' Propagation, 2015, vol. 9, no. 11, pp. 1120-1127. 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. 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. 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. 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. 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. Vedenkin D. A., Sedelnikov Yu. E. Svoistva sfokusirovannykh volnovykh polei v promezhutochnoi zone izlucheniya [Properties of Focused Wave Fields in the Intermediate Radiation Zone]. Vestnik of Volga State University of Technology. Series "Radio Engineering and Infocommunication Systems", 2016, no. 1 (29), pp. 18-31 (in Russian). 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. Vedenkin D. A., Sedelnikov Yu. E., Nasybullin A. R. Fokusirovka elektromagnitnogo izlucheniya v dissipativnoi srede [Focusing of Electromagnetic Radiation in a Dissipative Medium]. Vestnik of Volga State University of Technology. Series "Radio Engineering and Infocommunication Systems", 2017, no. 3 (35), pp. 61-68 (in Russian). 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. Vedenkin D. A. Fokusirovannye antenny dlya sistem radiosvyazi s gruppoi malorazmernykh letatel'nykh apparatov [Focused Antennas for Radio Communication Systems with a Group of Small-Sized Unmanned Aerial Vehicles]. Fizika volnovykh protsessov i radiotekhnicheskie sistemy [Physics of Wave Processes and Radio Engineering Systems], 2007, vol. 10, no. 5, pp. 36-38 (in Russian). 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. 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. 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. 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. 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. Vedenkin D. A., Sedelnikov Yu. E. Focused antennas in non-destructive radio wave testing. Systems of Control, Communication and Security, 2023, no. 2, pp. 131-146. doi: 10.24412/2410-9916-2023-2-131-146 (in Russian). Седельников Ю. Е., Кубланов В. С., Потапова О. В. Сфокусированные антенны-аппликаторы в задачах диагностической радиотермометрии // Журнал радиоэлектроники. 2018. № 7. С. 7. Sedelnikov Yu. E., Kublanov V. S., Potapova O. V. Sfokusirovannye antenny-applikatory v zadachakh diagnosticheskoi radiotermometrii [Focused Applicator Antennas in Problems of Diagnostic Radiothermometry]. Journal of Radio Electronics, 2018, no. 7, p. 7 (in Russian). 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. Konstantinovskaya M. V., Grigor'ev V. S., Oliskevich V. V., Raevskaya E. G. Razrabotka tekhnologii i metoda ochistki khimicheski zagryaznennogo grunta s tsel'yu likvidatsii nakoplennogo ekologicheskogo ushcherba [Development of Technology and Method for Cleaning Chemically Contaminated Soil to Eliminate Accumulated Environmental Damage]. Chemical Safety Science, 2017, vol. 1, no. 1, pp. 101-122 (in Russian). 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. Polevik N. D. Metody i sredstva bor'by s sornoi rastitel'nost'yu s ispol'zovaniem impul'snykh SVCh-izluchenii [Methods and Means of Weed Control Using Pulsed Microwave Radiation. Ph.D. Thesis]. Chelyabinsk, Chelyabinsk State Agroengineering University, 2007. 344 p. (in Russian). 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. 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. Данилов И. Ю., Седельников Ю. Е. Диагностика апертурных распределений антенн путем измерений в зоне ближнего излученного поля // Журнал радиоэлектроники. 2016. № 1. С. 1-26. Danilov I. Yu., Sedelnikov Yu. E. Diagnostika aperturnykh raspredelenii antenn putem izmerenii v zone blizhnego izluchennogo polya [Diagnostics of Antenna Aperture Distributions by Measurements in the Near-Field Zone]. Journal of Radio Electronics, 2016, no. 1, pp. 1-26 (in Russian). 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. 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. Available at: https://www.mdpi.com/2079-9292/12/2/436. 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. Luchkin S. A., Sedelnikov Yu. E. Prostranstvenno-raspredelennye radiotekhnicheskie sredstva svyazi i upravleniya bespilotnykh aviatsionnykh kompleksov [Spatially Distributed Radio Communication and Control Means for Unmanned Aerial Systems]. Nonlinear World, 2008, vol. 6, no. 1, pp. 477-483 (in Russian). 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. 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. 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. 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. 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. Sedelnikov Yu. E., Vedenkin D. A. Antennye reshetki, sfokusirovannye po shirokopolosnomu signalu [Antenna Arrays Focused on a Broadband Signal]. Fizika volnovykh protsessov i radiotekhnicheskie sistemy [Physics of Wave Processes and Radio Engineering Systems], 2015, vol. 18, no. 3-1, pp. 23-30 (in Russian). 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. 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. 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. Sedelnikov Yu. E., Testoedov N. A., Vedenkin D. A., Danilov I. Yu., Potapova O. V., Romanov A. G., Fadeeva L. Yu., Choni Yu. I. Antenny, sfokusirovannye v zone blizhnego izluchennogo polja. Moonografiya [Antennas focused in the zone of the near radiated field. Monography]. Krasnoyarsk, Siberian State Aerospace University Publ., 2015. 308 p. (in Russian). 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. Vedenkin D. A. Sfokusirovannye antennye reshetki v sostave radioelektronnykh sredstv gruppy malorazmernykh bespilotnykh letatel'nykh apparatov [Focused Antenna Arrays as Part of Radio-Electronics Means of a Group of Small-Sized Unmanned Aerial Vehicles. Ph.D. Thesis]. Kazan, KSTU named after A. N. Tupolev, 2012. 138 p. (in Russian). Благодарности

Авторы выражают сердечную благодарность профессору Морозову Олегу Геннадьевичу, заслуженному деятелю науки и техники РФ, доктору технических наук, за внимание к работе, обсуждение материалов и ценные советы.

The authors express their sincere gratitude to Professor Oleg G. Morozov, Honored Scientist and Technician of the Russian Federation, Doctor of Technical Sciences, for his attention to the work, discussion of the materials and valuable advice.

Работа выполнена в рамках государственного задания FZSU-2026-0009, рег. номер НИОКТР 126020516512-7.

The work was carried out within the framework of the state assignment FZSU-2026-0009, R'n'D registration number 126020516512-7.