Dokładna procedura wyznaczania kierunkowości szyków antenowych

• Autorzy: Żebrowski M. , Dyderski P.

Warianty tytułu

EN

Accurate procedure for calculation of antenna array directivity

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Dokładne określenie kierunkowości, jako jednego z podstawowych parametrów anten, ma duże znaczenie praktyczne. W literaturze znane są przybliżone formuły służące do obliczania kierunkowości szyków antenowych. Należy uznać je jednak za niezadowalające głównie ze względu na fakt, że są obarczone potencjalnie dużym błędem. Kierunkowość zależy bowiem od wielu parametrów określających kształt charakterystyki promieniowania, podczas gdy w przybliżonych zależnościach wykorzystuje się najczęściej jedynie 3 dB szerokości charakterystyki promieniowania w jej dwóch przekrojach. Przy wszystkich powyższych ograniczeniach znanych formuł, nieznanym wydaje się powód, dla którego autorzy znanych publikacji nie odwołują się do dokładnej metody określania kierunkowości szyków antenowych, podając w zamian wiele różnych postaci przybliżonej zależności, szczególnie dla charakterystyki szpilkowej najbardziej interesującej z punktu widzenia praktycznego. Zależność ta musi być, co oczywiste, modyfikowana dla innych kształtów charakterystyki, np. dla charakterystyki typu kosekans kwadrat. Niniejszy artykuł uzupełnia lukę w literaturze fachowej, poprzez wskazanie prostej, dokładnej metody obliczania kierunkowości przestrzennych szyków antenowych, których elementy pobudzane są prądami o dowolnym rozkładzie amplitudowo-fazowym. W metodzie tej stosuje się definicję kierunkowości, wykorzystując do obliczania występującej w niej całki podwójnej prostą, skuteczną metodę Simpsona. Proponowana metoda może zostać zastosowana do obliczania kierunkowości dowolnych anten o znanej funkcji opisującej charakterystykę promieniowania, a w szczególności do szyków planarnych o dowolnie rozmieszczonych elementach promieniujących, w tym szyków, których elementy promieniujące rozmieszczone są na płaszczyznach krzywoliniowych.

EN

Precise determination of directivity - one of the fundamental antenna parameters - is a task of great practical importance. Various forms of approximate formula for directivity calculations of antenna arrays exist. Unfortunately, they may be considered unsatisfactory due to potentially large error they are encumbered with. Although antenna directivity depends on many parameters that describe its radiation pattern, yet approximate formulas generally use only 3 dB beamwidths in two principal planes of the pattern. Moreover, the approximate formula considered for pencil beam pattern (as the most useful from practical point of view) has to be modified for different pattern shapes, e.g. for cosecantsquare pattern. Taking all limitations of known formula into consideration it seems unclear why the authors of most publications tend not to utilize precise directivity formulas for antenna arrays. The present paper fills the gap in professional literature, by introducing simple, precise procedure for determination of directivity of antenna arrays with arbitrary amplitude and phase excitation. The procedure uses definition of directivity and computes the double integral value contained within this definition, by means of simple yet effective Simpson method. As a consequence, it may by used for any kind of arrays, e.g. planar arrays with elements piaced arbitrariiy as well as arrays with elements piaced on curvilinear planes. In particular, the procedure may be applied to calculate directivities of any antenna array, provided that its radiating pattern is known.

Słowa kluczowe

PL

szyki antenowe; anteny kierunkowe; wyznaczanie kierunkowości

EN

antenna arrays; antenna theory; directional antennas; directivity calculations

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 52, nr 10
• Strony: 133--139
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., wykr.

Twórcy

autor

Żebrowski M.

autor

Dyderski P.

• Przemysłowy Instytut Telekomunikacyji SA, Warszawa

Bibliografia

• [1] Hansen R. C.: Phased Array Antennas., John Wiley & Sons, New York, 1998, ch. 2.
• [2] Balanis C. A.: Antenna Theory Analysis and Design. 3rd Edition, John Wiley & Sons, New York, 1997, ch. 2, 6.
• [3] Milligan T. (ed.), M. J. Lee, I. Song, S. Yoon, S. R. Park: Evaluation of Directivity for Planar Antenna Arrays. IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 42, No. 3, June 2000, pp. 64-67.
• [4] Rosłoniec S.: Podstawy techniki antenowej (in Polish). Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2006, Ch. 3.1.
• [5] Stutzman W. L., G. K. Thiele: Antenna. Theory and Design. Second Edition, John Wiley & Sons, 1998, ch. 1.8,7.3
• [6] Stutzman W. L.: Estimating Directivity and Gain of Antennas. IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 40, No. 4, August 1998.
• [7] Kraus J. D.: Antennas. Second Edition, McGraw Hill, New York, 1997, ch.2.
• [8] Stegen R. J.: The Gain-Bandwidth Product of an Antenna. IEEE Trans. Antennas Propagat, AP-12, July 1964, pp. 505-507.
• [9] Skolnik M. I.: Introduction to Radar Systems. 3rd ed., Tata McGraw-Hill, New Delhi, Ch. 9.
• [10] Johnson R. C.: Antenna Engineering Handbook. McGraw Hill, 3rd ed.,New York, 1992, ch. 1-6.
• [11] Mailloux R. J.: Phased Array Antenna Handbook. 2nd ed., Artech House, Boston, 2005, ch. 2.
• [12] Forman B. J.: Directivity Characteristics of Scannable Planar Arrays. IEEE Trans. Antennas Propagat., AP-20, No. 3, May 1972, pp. 245-252.
• [13] Joseffson L., P. Persson: Conformal Array Antenna Theory and Design. IEEE Press, Wiley Interscience, 2006, New Jersey, ch. 2.2.
• [14] Rosłoniec S.: Fundamental Numerical Methods for Electrical Engineering. Springer-Verlag, Berlin, 2008, ch. 5.
• [15] Mathews J. H., K. D. Fink: Numerical Methods using Matlab. Prentice Hall, Upper Saddle River, 1999, 3rd ed., ch. 7.