Modelling of the metal corrugated-rod antenna with transverse radiation

MODELLING OF THE METAL CORRUGATED-ROD ANTENNA WITH transverse RADIATION

МОДЕЛЮВАННЯ МЕТАЛЕВОЇ РЕБРИСТО-СТЕРЖНЕВОЇ АНТЕНИ З ПОПЕРЕЧНИМ ВИПРОМІНЮВАННЯМ

Сторінки: 109-115. Номер: №3, 2019 (273)
Автори:
I.YU. TEPLYAKOV
Lviv Polytechnic National University
І.Ю. ТЕПЛЯКОВ
Національний університет «Львівська політехніка»
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2019-273-3-109-115
Рецензія/Peer review : 12.05.2019 р.
Надрукована/Printed : 02.06.2019 р.

Анотація мовою оригіналу

The question connected with construction of corrugated-rod antennas, that are proportionate with wavelength with transverse radiation to the main antenna axis are considered in this paper. These issues involve selection of impulse function’s width and its period, that especially effects on radiation pattern. Features and operation modes of metal corrugated-rod antenna of length 4λ have been researched by using numerical method. Synphase radiation of two surface waves is appearing when the ratio of impulse function period to λ is in the range from 0.697 to 0.742. In this case the first surface wave spreads in forward direction and the second one propagates in the reverse direction due to reflection from the end of antenna structure and as a result disk radiation pattern has been emerged. Relative geometric design parameters of corrugated-rod antenna are presented. The author has achieved radiation patterns by using computer program MATLAB, three-dimensional modelling of corrugated-rod antenna based on finite element method in HFSS technology and by doing experiment. The comparison of the resulted radiation patterns which have been obtained by using numerical methods and by experiment shows a good correspondence between them.
Keywords: surface wave antenna, radiation pattern, surface electromagnetic wave.

Розширена анотація українською мовою

У даній роботі розглянуто питання побудови ребристо-стрижневих антен, співрозмірних із довжиною хвилі, які мають випромінювання, поперечне до осі структури. Вони стосуються вибору ширини імпульсної функції та її періоду, що особливо впливає на вигляд діаграми спрямованості. За допомогою чисельного моделювання вивчалися особливості та режими роботи металевої ребристо- стержневої антени довжиною 4λ, отримані розподіли просторового поля в смузі частот. При відношенні періоду імпульсної функції до λ у межах від 0,697 до 0,742 проявляється синфазність випромінювання двох біжучих хвиль, які розповсюджуються в прямому й у зворотному, відбитої від кінця структури, напрямку, що призводить до формування дископодібної діаграми спрямованості. Наведено відносні геометричні конструктивні параметри моделі ребристо-стрержневої антени. Діаграми спрямованості отримані за допомогою комп’ютерного середовища MATLAB, тривимірного моделювання ребристо-стрижневої антени методом скінчених елементів в технології HFSS та в ході експерименту. Порівняння результатів розрахованих діаграм спрямованості з отриманими експериментально показує гарну відповідність одне одному.
Ключові слова: антена поверхневої хвилі, діаграма спрямованості, поверхнева електромагнітна хвиля.

References

1. Thomas A. Milligan. Modern antenna design / by Thomas A. Milligan. – 2nd ed.
   cm // TK7871.6.M54, 2005.
2. L. Drabkin, V.N. Zuzenko, A.G. Kislov. Antenna-feeder devices. Ed. 2nd, Moscow, «Soviet Radio», 1974.
3. Luigi La Spada, Sajad Haq and Yang Hao. Modeling and design for electromagnetic surface wave devices. Radio Science, 52, pp. 1049–1057, 2017.
4. Anastasios H. Panaretos and Douglas H. Werner. Spoof plasmon radiation using sinusoidally modulated corrugated reactance surfaces. OPTICS EXPRESS 2443, Vol. 24, № 3, 2016.
5. S. Kirov, H.D. Hristov. Study of Backfire Antennas. Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications, Vol. 10, No. 1, June 2011.
6. Stephen M. Hanham, Trevor S. Bird, Andrew D. Hellicar, and Robert A. Minasian. Evolved-Profile Dielectric Rod Antennas. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 59, № 4, April 2011.
7. V. Hoblyk, V.A. Pavlysh, N.M. Hoblyk, Ye.I. Yakovenko, O.M. Liske, I.V. Nychai, D.V. Nevinskyi, D.A. Nikolayev, I.Yu. Teplakov. Achivements in Antennas Research at Lviv Polytechnic National University. 2017 XI International Conference on Antenna Theory and Techniques (ICATT), Kyiv, Ukraine, pp. 50–55.
8. Zhu Anshi, Chen Zili, Wei Jianbin, Zhen Yunhui. Study on Pattern Reconfiguration of Plasma Antenna Excited by Surface Wave. TELKOMNIKA Indonesian Journal of Electrical Engineering, Vol. 12, No. 9, September 2014, pp. 6658–6666.
9. Paola Russo, Graziano Cerri. Analysis of a reconfigurable plasma antenna. IEEE Conferences, 2016, pp. 1–5.
10. Nasr, H. Mehdian, K. Hajisharifi, and A. Hasanbeigi. Analysis of nested design of plasma antenna based on the azimuthally symmetric surface waves: UHF and SHF bands Physics of Plasmas. Physics of Plasmas 24, 2017, pp. 103304-1 – 103304-7.
11. C M Ferreira. Theory of a plasma column sustained by a surface wave. Journal of Physics D: Applied Physics. J. Phys. D: Appl. Phys., 14 (1981) 18.
12. Hoblik V.V. Dis. Ph.D., Kharkiv State University, 1986. 210 p.
13. Hoblik V.V. Analysis of the field over the impedance plane with periodic discrete inhomogeneouses by A.F. Chaplin and V. Goblik’s method / Theoretical and experimental research methods for the study of antennas and microwave devices: Collection // Lviv Polytechnic in-t. Lviv, 1984. – p. 27–70 – Rus. – Dep. in UkrNIINTI 11.11.84, № 1874. Ukraine – 84.
14. Jean-Ren´e Poirier, Abderrahmane Bendali and Pierre Borderies. Impedance Boundary Conditions for the Scattering of Time-Harmonic Waves by Rapidly Varying Surfaces. IEEE Transactions on Antennas and Propagation (Volume: 54, Issue: 3, March 2006).
15. Talanov V.N. On the question of the radiation of surface wave antennas with a periodically varying surface impedance // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii of the USSR. Radio Physics. – 1960. № 5. P. 802–817.