Research and modeling of kuband parabolic antenna Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

RESEARCH AND MODELING OF KU-BAND PARABOLIC ANTENNA

The article was prepared within the framework of the Aca-demic Fund Program at the National Research University Higher School of Economics (HSE) in 2017-2018 (grant №17-05-0009) and by the Russian Academic Excellence Project "5-100".

Andrey V. Ivanov,

Research Institute of Higher School of Economics, Keywords: electronics, HFSS, antenna, gain factor,

Moscow, Russia, [email protected] angular pattern, electrodynamic analysis, modeling.

In this study, we have performed 3D modeling of a parabolic double-reflector antenna in the frequency range (11 ... 12.7) GHz using the HFSS Ansoft software. Analisys of the key electrodynamic parameters, in particular, the angular pattern (AP), has been performed. It has been revealed that theoretical and practical analises are highly consistent (within the measurement accuracy).

A characteristic feature of antennas in modern radio electronics is a variety of classes, types, and kinds applied. In accordance with the radio engineering tasks to be solved, these antennas operate in various wave bands, have fundamentally different characteristics, and differ in design and technology, economic and general technical parameters [1]. Reflector antennas are the most common beam antennas. They are widely used in a large variety of radio systems due to simple design, possibility of obtaining a variety of types of AP, high efficiency, low noise temperature, good range properties, etc. [2]. Reflector antennas are the most common type of antennas in space communications and radio astronomy, and particularly reflector antennas enable creation of giant antenna structures with an effective aperture with an area of thousands of square meters.

Classical antennas are parabolic, which can be designed as paraboloid of revolution, parabolic cylinder, or closed structure bounded by parallel conducting planes. The rotation paraboloid is driven by a near-omnidirectional feeder (for example, a horn) placed at the focus of the reflector, and converts the spherical wave front into a plane front. To calculate the radiation of parabolic antennas, the method of equivalent surface electric and magnetic currents is traditionally used [3].

Recently, the High Frequency System Simulator (HFSS) program of AnSoft has widely spread. It is also intended for the analysis of three-dimensional microwave structures. Among the new features of this program are the following:

- macros system that greatly extends the program functionality;

- possibility to analyze multiterminal circuits in multimode mode;

- possibility to optimize parameters of structures and their parametric analysis;

- periodic boundary conditions (for antenna arrays);

- new possibilities for visualizing the analysis results;

- program for the analysis of natural waves and oscillations;

- adaptive algorithm for solving electrodynamic tasks;

- new extended databases of microwave materials and components [4].

Information about authors:

Andrey V. Ivanov, Post-Graduate Student of 3d year, Research Institute of Higher School of Economics, Moscow, Russia Для цитирования:

Иванов А.В. Исследование и моделирование параболической антенны ku-диапазона // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2017. Том 11. №10. С. 80-83.

For citation:

Ivanov A.V. (2017). Research and modeling of ku-band parabolic antenna. T-Comm, vol. 11, no.10, рр. 80-83.

T-Comm Vol.11. #10-2017

7TT

References

Fig. 6. 3D angular pattern

"I " tmtlai Pïl»m 1 *

« --

Fig. 7. Angular pattern in polar coordinates

As il can be seen in Fig. 8, the standing wave ratio does not exceed 2, which is good for the antenna system, at a mean operating frequency of I L85 GHz the SWR is 1.2, i.e. losses in the system are minimal.

1. Voskresensky D.!., Granovskaya R.A., Davydova N.S. and others; Ed. D.I, (1981). Voskresensky Antennas and microwave devices (designing phased antenna arrays): Study guide for universities. Moscow: Radio and Communication. 432 p.

2. Isenberg G.Z. (1977). VHF antennas. Part 2. - Moscow: Higher School. 288 p.

3. Sazonov D.N, (1988). Antennas and microwave devices. — Moscow: Higher School of Economics. 432p.

4. Bankov S.E., Kurushin A.A. (2009). Designing microwave devices and antennas with Ansoft HFSS. Moscow. 736 p.

5. Feld Ya.N., Benenson L.S. (2007). Fundamentals of the theory of antennas: textbook for universities . 2nd ed., revised. Moscow; Drofa. 491 p.

6. Ivanov A.V, (2013), Electrodynamic analysis of the Ku-band antenna. Scientific and technical conference of students, graduate students, and young specialists of MIEM NRU HSE. Theses of reports. Moscow: MIEM NRU HSE. 316 p.

7. Ivanov A.V. (2013). The research of the electrodynamic parameters and characteristics of a parabolic antenna Ku-band. Innovative Information Technologies. Materials of the International scientific -practical conference. Part 2. Ed. Uvaysov S.U. , Ivanov I.A. Moscow: MIEM NRU HSE. 596 p.

ИССЛЕДОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ KU-ДИАПАЗОНА

Иванов Андрей Викторович, НИУ ВШЭ, Москва, Россия, [email protected]

Дннотация

Проведено 30-моделирование параболической двухзеркальной антенны в диапазоне частот (11... 12,7) ГГц при помощи программы HFSS Ansoft. Был выполнен расчет основных электродинамических параметров, в частности диаграммы направленности (ДН). Характерной особенностью антенн в современной радиоэлектронике является многообразие применяемых классов, типов, видов. В соответствии с решаемыми радиотехническими задачами эти антенны работают в различных диапазонах волн, имеют принципиально различные характеристики, отличаются конструктивно-технологическими, экономическими и общетехническими параметрами [1]. Зеркальные антенны являются наиболее распространенными остронаправленными антеннами. Их широкое применение в самых разнообразных радиосистемах объясняется простотой конструкции, возможностью получения разнообразных видов ДН, высоким КПД, малой шумовой температурой, хорошими диапазонными свойствами и т.д. [2]. Зеркальные антенны являются наиболее распространенным типом антенн в космической связи и радиоастрономии, и именно с помощью зеркальных антенн удается создавать гигантские антенные сооружения с эффективной поверхностью раскрыва, измеряемой тысячами квадратных метров.

Классическими являются параболические антенны, которые могут выполняться в виде параболоида вращения, параболического цилиндра или закрытой конструкции, ограниченной параллельными проводящими плоскостями (рис. 2.1). Параболоид вращения возбуждается слабонаправленным облучателем (например, рупором), помещенным в фокусе зеркала, и преобразует сферический фронт волны в плоский. Для расчета излучения параболических антенн традиционно используется метод эквивалентных поверхностных электрических и магнитных токов [3].

В последнее время большое развитие получила программа High Frequency System Simulator (HFSS) компании AnSoft. Она предназначена также для анализа трехмерных СВЧ структур. Среди новых возможностей этой программы можно отметить:

- систему макросов, которая во много раз расширяет возможности программы;

- возможность анализа многополюсников в многомодовом режиме;

- возможность оптимизации параметров структур и их параметрического анализа;

- периодические граничные условия (для антенных решеток);

- новые возможности визуализации результатов анализа;

- программу анализа собственных волн и колебаний;

- адаптивный алгоритм решения задач электродинамики;

- новые расширенные базы данных по СВЧ материалам и компонентам [4].

Ключевые слова: электроника, HFSS, антенна, коэффициент усиления, диаграмма направленности, электродинамический анализ, моделирование.

Литература

1. Воскресенский Д.И., Грановская Р.А., Давыдова Н.С. и др.Антенны и устройства СВЧ (проектирование фазированных антенных решеток): Учебн. пос. для вузов/; Под ред. Д. И. Воскресенского. М.: Радио и связь, 1981. 432 с.

2. Айзенберг Г.З. Антенны УКВ. Часть 2. М.: Высш.шк., 1977. 288 с.

3. Сазонов Д.Н. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высш.шк.,1988. 432 с.

4. Банков С.Е., Курушин А.А. Проектирование СВЧ-устройств и антенн с Ansoft HFSS. М., 2009 736 c.

5. Фельд Я.Н., Бененсон Л.С. Основы теории антенн: учебное пособие для вузов. 2-е изд., перераб. М.: Дрофа, 2007. 491с.

6. Иванов А.В. Электродинамический анализ антенны Ku-диапазона/ Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ НИУ ВШЭ. Тезисы докладов. М.: МИЭМ НИУ ВШЭ 2013/ 316 с.

7. Ivanov A.V. The research of the electrodynamic parameters and characteristics of a parabolic antenna Ku-band / Innovative Information Technologies: Materials of the International scientific-practical conference. Part 2. / Ed. Uvaysov S.U. , Ivanov I.A. M.: MIEM NRU HSE, 2013, 596 p.

Информация об авторе:

Иванов Андрей Викторович, аспирант 3 г.о., НИУ ВШЭ, Москва, Россия

7ТТ