CC BY
49
Чугуевский В.И.,
Воронежский государственный технический университет
Пастернак Ю.Г.,
доктор технических наук, профессор, Воронежский государственный
Федоров С.М.,
кандидат технических наук, Воронежский государственный
технический университет технический университет
ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ПЛАНАРНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ С ВОЛНОВОДНЫМ ПИТАНИЕМ ДЛЯ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК СИСТЕМ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СЕТЕЙ
СТАНДАРТА 5G
THE WIDEBAND PLANAR RADIATION ELEMENT WITH WAVEGUIDE FEED FOR ANTENNA ARRAY OF SATELLITE COMMUNICATION SYSTEMS INFORMATION OF NETWORKS
STANDARD 5G
Приведены результаты электродинамического моделирования широкополосного планарного излучателя, запитывающегося через коаксиально-волноводный переход с диэлектрическим заполнением, для построения фазированных антенных решеток систем спутниковой связи.
We are presented the results of electrodynamic modeling of a wideband planar radiation element fed through a coaxial-waveguide transition with dielectric filling for designing phased antenna arrays of satellite communication systems.
Системы спутниковой связи широко используются в современной технике. Не исключением является и разрабатываемый в настоящее время новый стандарт мобильной связи — 5 О. Стандарт 5 О будет характеризоваться увеличением скорости и объема передачи данных, расширением используемого диапазона частот, внедрением новых технологий [1]. Спутниковая связь также займет важное место в новом стандарте связи [2].
В настоящее время идет глобализация возможности доступа к мобильной связи и интернету. Требуется информационное покрытие районов с труднодоступной местностью, где развитие волоконно-оптических сетей экономически нецелесообразно, а связь с базовыми станциями труднореализуема ввиду рельефа местности. Всё больше людей хотят иметь доступ к качественной связи в путешествиях и поездках. Спутниковая связь позволит решить многие задачи в построении глобальных информационных систем нового поколения [3]. При этом требуется и своевременное развитие антенной техники для обеспечения режимов работы и использования в требуемых диапазонах частот. Современные базовые станции мобильной связи снабжаются несколькими различными антенными решетками (АР). Поэтому синтез и проектирование недорогих и технологичных АР являются актуальной задачей техники мобильной связи. Такими преимуществами обладают планарные АР [3].
В статье мы приводим результаты численного электродинамического моделирования широкополосной планарной антенны, которая может использоваться как излучающий элемент при построении фазированных антенных решеток систем спутниковой связи. Помимо стандартных требований к излучателям фазированных решеток [4] в системах спутниковой связи можно выделить требование по приему антенной волн с правой круговой поляризацией.
Разработанная антенна имеет квадратную спиральную форму и выполнена на диэлектрической подложке толщиной 3,04 мм с параметрами £г=3, 1§(5)=0,0013. Спиральная форма антенны позволяет принимать круговую поляризацию и организовать широкополосный режим работы. Внешний вид антенны представлен на рис. 1. Габаритные размеры спирали составляют 6,5х6,5 мм. Питание антенны посредством проводящих штырей осуществляется следующим образом: одно плечо замкнуто с экраном, расположенным на обратной стороне подложки, а штырь от другого плеча погружен в волновод и образует ко-аксиально-волноводный переход. Для уменьшения габаритных размеров питающий волновод выполнен с диэлектрическим заполнением и имеет сечение 10х1,52 мм. Способ за-питки антенны показан на рис. 2, диэлектрическая подложка не показана.
Рис. 1. Топология излучающего элемента
Рис. 2. Питание излучающего элемента
Волноводно-коаксиальный переход был оптимизирован по критерию минимизации КСВН путем добавления в конструкцию системы штырей, изображенной на рис. 3.
Рис. 3. Особенности конструкции КВП
КСВН с волноводного входа с основной волной Ню в широкой полосе частот не превышает 1,5 и представлен на рис. 4. Пространственные диаграммы-направленности на частотах 10,9 ГГц и 11,7 ГГц представлены на рис. 5, 6. Коэффициент усиления на частоте 10,9 ГГц равен 5,6 дБ, а на частоте 11,7 ГГц — 6,04 дБ.
УоИаде Бйпсйпд УУауе (Шо (\ZSWR.)
10.9 11 11.2 11.4 11.6 11.8 12 12.2 12.4 12.6 12.9
Ргедиепсу / СНг
Рис. 4. КСВН антенны в широкой полосе частот
Рис. 5. Пространственные ДН на частотах 10,9 ГГц и 11,7 ГГц
На рис. 6 приведены пространственные ДН при работе с паразитной, левой круговой поляризацией. Из приведенных изображений видно, что антенна имеет хорошую развязку по кросс-поляризации.
Рис. 6. Пространственные ДН при левой (паразитной) круговой поляризации
на частотах 10,9 ГГц и 11,7 ГГц
В заключение стоит отметить, что разработанная антенна соответствует требованиям, предъявляемым к излучающим элементам фазированных антенных решеток. Имеет хорошее согласование в широкой полосе частот, работает с волнами, имеющими правую круговую поляризацию. Антенна конструктивно проста и технологична, а мас-согабаритные показатели ввиду использования печатных технологий изготовления и уменьшенного размера волновода невысокие.
ЛИТЕРАТУРА
1. Fei Hu. Opportunities in 5 G Networks: A research and Development Perspective. — New York : CRC Press, 2016. — 539 p.
2. Evans B. G. The Role of satellite in 5G // IEEE 7th Advanced Satellite Multimedia Systems Conference, 2014. — P. 197—202.
3. Effective resource allocation in 5G-satellite networks / G. Araniti, M. Condoluci, A.Orsino, A. Iera, A. Molinaro // Communications (ICC), 2015 IEEE International Conference 8—12 June 2015. — P. 844—849.
4. Воскресенский Д. И., Каплун В. А., Степаненко В. И. Проектирование фазированных антенных решеток. — М. : Радиотехника, 2003. — 632 с.
5. Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ. — М. : Высшая школа, 1988. — 432 с.
REFERENCES
1. Fei Hu. Opportunities in 5 G Networks: A research and Development Perspective. — New York: CRC Press, 2016. — 539 p.
2. Evans B. G. The Role of satellite in 5G // IEEE 7th Advanced Satellite Multimedia Systems Conference, 2014. — P. 197—202.
3. Effective resource allocation in 5G-satellite networks / G. Araniti, M. Condoluci, A. Orsino, A. Iera, A. Molinaro // Communications (ICC), 2015 IEEE International Conference 8—12 June 2015. — P. 844—849.
4. Voskresenskiy D. I., Kaplun V. A., Stepanenko V. I. Proektirovanie fazirovannyih antennyih reshetok. — M. : Radiotehnika, 2003. — 632 s.
5. Sazonov D. M. Antennyi i ustroystva SVCh. — M. : Vyisshaya shkola, 1988. — 432 s.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Чугуевский Виталий Игоревич. Аспирант кафедры радиоэлектронных устройств и систем.
Воронежский государственный технический университет.
Россия, 394026, г. Воронеж, Московский проспект, 14. Тел. (473) 243-77-29.
Пастернак Юрий Геннадьевич. Профессор кафедры радиоэлектронных устройств и систем. Доктор технических наук, профессор.
Воронежский государственный технический университет.
Россия, 394026, г. Воронеж, Московский проспект, 14. Тел. (473) 243-77-29.
Федоров Сергей Михайлович. Доцент кафедры радиоэлектронных устройств и систем. Кандидат технических наук.
Воронежский государственный технический университет.
Россия, 394026, г. Воронеж, Московский проспект, 14. Тел. (473) 243-77-29.
Chugyevskiy Vitaliy Igorevich. Post-graduate student of the chair of Radio-Electronic Structures and
Systems.
Voronezh State Technical University.
Work address: Russia, 394026, Voronezh, Moskovsky Prospect, 14. Tel. (473) 243-77-29.
Pasternak Yury Gennadievich. Professor of the chair of Radio-Electronic Structures and Systems. Doctor of Technical Sciences, Professor. Voronezh State Technical University.
Work address: Russia, 394026, Voronezh, Moskovsky Prospect, 14. Tel. (473) 243-77-29.
Fedorov Sergey Mihaylovich. Assistant Professor of the chair of Radio-Electronic Structures and Systems. Candidate of Technical Sciences. Voronezh State Technical University.
Work address: Russia, 394026, Voronezh, Moskovsky Prospect, 14. Tel. (473) 243-77-29. Ключевые слова: спиральная антенна; 5G; спутниковая связь. Key words: spiral antenna, 5G, satellite communication УДК 621.396.67
