Методика синтеза и экспериментальное исследование антенн ku-диапазона на основе тензорных метаповерхностей
Автор: Лемберг К.В., Грушевский Е.О., Подшивалов И.В., Космынин А.Н., Космынина К.Н.
Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu
Статья в выпуске: 7 т.14, 2021 года.
Бесплатный доступ
Антенны на основе тензорных метаповерхностей - это сравнительно новый тип антенн, появившийся в последнее десятилетие. Они отличаются простой конструкцией, но сложной процедурой синтеза, которая может быть основана на анализе свойств волн в периодических структурах или на основе интерпретации антенны как фазовой голограммы. В связи с новизной этого типа антенн представляет интерес исследование различных методик их синтеза, получение новых экспериментальных результатов и оценка на их основе реально достижимых характеристик таких антенн. Целью работы являлось экспериментальное исследование антенн на основе тензорных метаповерхностей c модулированным поверхностным импедансом, синтезированных по предложенной авторами методике. Для проведения исследований было использовано математическое моделирование, электродинамическое моделирование и измерения макетов антенн в ближней зоне излучения.В результате работы экспериментально подтверждено, что предложенная методика синтеза антенн на основе тензорных метаповерхностей позволяет получать антенны с заданными направлением излучения и поляризацией, которые обладают апертурной эффективностью до 50 %, шириной полосы рабочих частот до 8 % и уровнем кросс-поляризации ниже минус 20 дБ. Результаты измерений антенн хорошо согласуются с электродинамическим расчетом и заданными при синтезе параметрами. Описанный в работе тип антенн и приведенная методика их синтеза перспективны для ряда применений, например в спутниковой и мобильной связи.
Метаповерхность, антенна на основе метаповерхности, вытекающие волны, поверхностный импеданс, тензорный импеданс, голографическое диаграммообразование, ku-диапазон
Короткий адрес: https://sciup.org/146282349
IDR: 146282349 | DOI: 10.17516/1999-494X-0358
Список литературы Методика синтеза и экспериментальное исследование антенн ku-диапазона на основе тензорных метаповерхностей
- Glybovski S.B., Tretyakov S. A., Belov P. A., Kivshar Y. S., Simovski C. R. Metasurfaces: From microwaves to visible. Physics Reports, 2016, 634, 1-72.
- Jackson D.R., Caloz C., Itoh T. Leaky-Wave Antennas. Proceedings of the IEEE, 2012, 100(7), 2194-2206.
- Oliner A., Hessel A. Guided waves on sinusoidally-modulated reactance surfaces. IRE Transactions on Antennas and Propagation, 1959, 7(5), 201-208.
- Конторович М. И. Усредненные граничные условия на поверхности сетки с квадратными ячейками. Радиотехника и электроника, 1963, 8, 1506-1515. [Kontorovich M. I. Average boundary conditions on the surface of a grid with square cells. Radiotehnika i elektronika, 1963, 8, 1506-1515 (in Russisn)].
- Чаплин А. Ф. Возбуждение импедансной плоскости с периодическими сосредоточенными неоднородностями. Радиотехника и электроника, 1986, 5, 11-19. [Chaplin A. F. Excitation of an impedance plane with periodic lumped inhomogeneities, Radiotehnika i elektronika, 1986, 5, 11-19 (in Russian)].
- Fong B.H., Colburn J. S., Ottusch J. J., Visher J. L., Sievenpiper D. F. Scalar and Tensor Holographic Artificial Impedance Surface. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2010, 58(10), 3212-3221.
- Minatti G., Caminita F., Martini E., Sabbadini M., Maci S. Synthesis of Modulated-Metasurface Antennas With Amplitude, Phase, and Polarization Control. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2016, 64 (9), 3907-3919.
- Minatti G., Caminita F., Martini E., Maci S. Flat Optics for Leaky-Waves on Modulated Metasurfaces: Adiabatic Floquet-Wave Analysis. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2016, 64(9), 3896-3906.
- Teniou M., Roussel H., Serhir M., Capet N., Piau G.-P., Casaletti M. Tensorial metasurface antennas radiating polarized beams based on aperture field implementation. International Journal of Microwave and Wireless Technologies, 2017, 10(2), 161-168.
- Tcvetkova S.N., Martini E., Tretyakov S. A., Maci S. Perfect Conversion of a TM Surface Wave Into a TM Leaky Wave by an Isotropic Periodic Metasurface Printed on a Grounded Dielectric Slab. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2020, 68(8), 6145-6153.
- Minatti G., Martini E., Maci S. Efficiency of Metasurface Antennas. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2017, 65(4), 1532-1541.
- Faenzi M., Minatti G., González-Ovejero D. Metasurface Antennas: New Models, Applications and Realizations. Scientific Reports, 2019, 9(1), 10178.
- Kim S., Shrekenhamer D., Will J., Awadallah R., Miragliotta J. High impedance holographic metasurfaces for conformal and high gain antenna applications. 15th IEEE Annual Consumer Communications & Networking Conference (CCNC), 2018, 1-4.
- Deng R., Di B., Zhang H., Tan Y. and Song L. Reconfigurable Holographic Surface: Holographic Beamforming for Metasurface-Aided Wireless Communications. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2021, 70(6), 6255-6259.
- Yurduseven O., Podilchak S., Khalily M. Towards Holographic Beam-Forming Metasurface Technology for Next Generation CubeSats. IEEE International Conference on UK-China Emerging Technologies (UCET), 2020, 1-4.
- Gonzalez-Ovejero D., Chahat N., Sauleau R., Chattopadhyay G., Maci S., Ettorre M. Additive Manufactured Metal-Only Modulated Metasurface Antennas. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2018, 66(11), 6106-6114.
- LembergK.V., Kosmynin A. N., Alexandrin A. M.,Grushevsky E. O., Podshivalov I. V. Method of Anisotropic Metasurface Unit Cell Surface Impedance Calculation. Proceedings of Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves 2021 Conference, 2021, 1-3.
- Hariharan P. Optical Holography: Principles, Techniques and Applications. Cambridge, U.K.: Cambridge Univ. Press, 1996. P. 11-13.
