Enhancing antenna array isolation using passive radiators

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Improving antenna isolation is crucial for ensuring intra-facility electromagnetic compatibility (EMC), especially in environments with densely packed antennas. Despite extensive research in this area, the quest for effective isolation enhancement methods remains ongoing. This study explores an approach that utilizes passive radiators to mitigate antenna coupling. The aim of the work is to develop techniques for improving isolation, thereby addressing EMC challenges in compact radio-electronic systems. The evaluation of isolation coefficients was conducted in two stages. First, a preliminary analysis and optimization were performed using a matrix model of the antenna array. In the second stage, numerical methods were applied using existing electromagnetic simulation software to refine the results. Results. The findings demonstrate that optimizing the positions and parameters of passive radiators can enhance isolation across various antenna systems by 8 to 50 dB. Additionally, the study reveals that isolation improvements of 20–25 dB can be achieved over significantly wider frequency bands. Expanding the frequency range with high isolation is also possible by increasing the number of compensating passive elements.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Vladimir N. Lavrushev

Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev-KAI

Email: potapova_olga@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-6648-2888

Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, Associate Professor at the Department for Radio-Electronic and Telecommunication Systems

Russian Federation, Kazan

Olga V. Potapova

Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev-KAI

Author for correspondence.
Email: potapova_olga@bk.ru
SPIN-code: 5477-7980

Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, Associate Professor at the Department for Radio-Electronic and Telecommunication Systems

Russian Federation, Kazan

Yurij E. Sedelnikov

Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev-KAI

Email: potapova_olga@bk.ru
SPIN-code: 4511-7480

Doctor of Engineering Sciences, Professor, Professor at the Department for Radio-Photonics and Microwave Technologies

Russian Federation, Kazan

References

  1. Buzov A.L., Buzova M.A., Karlov A.V. et al. Increased isolation between anten-nas located on the upper platforms of the towers due to the use of screens with complex geometry. Radioengineering. 2020;84(6):6–14. DOI: 0.18127/j00338486-202006(11)-02; EDN: IYXGQZ (In Russ.).
  2. Buzova M.A., Kolchugin Ju.I., Krasilni-kov A.D. et al. Improving the electro-magnetic compatibility of a group of ra-dio electronic equipment through the use of metamaterials in the designs of radiat-ing systems. Radioengineering. 2022;86(6):37–46. doi: 10.18127/j00338486-202206-06; EDN: IDBMWH (In Russ.).
  3. Vendik O.G., Vendik I.B. Metamaterials and their application in microwaves: a review. Technical Physics. 2013;58(1):1-24. doi: 10.1134/S1063784213010234; EDN REYBCL
  4. Iyer A.K., Alù A., Epstein A. Metamateri-als and Metasurfaces – Historical Context, Recent Advances, and Future Directions. IEEE Transactionson Antennas and Propagation. 2020;68(3):1223–1231. doi: 10.1109/TAP.2020.2969732
  5. Shljahov A.V. Experimental researches of the characteristics of antennas in the presence of electromagnetic screens. Radioengineering. 2021;85(7):62–68. doi: 10.18127/j00338486-202107-09; EDN: INRYWO (In Russ.).
  6. Lavrushev V.N., Sedelnikov Ju.E. De-sign of antennas with regard to decou-pling requirements. Journal of the Rus-sian Universities. Radioelectronics. 1980;23(2):31–38. (In Russ.).
  7. Sazonov D.M. Multi-element antenna systems. Matrix approach: monograph. Moscow, Radioengineering; 2015. 144 p. (In Russ.).
  8. Lavrushev V.N., Morozov G.A., Sed-elnikov Ju.E. Development of antennas with requirements of the decoupling. Radioengineering. 1995;(7-8):96-99. (In Russ.).
  9. Guzeev I.V. On the matrix theory of an-tenna systems with mutual coupling el-ements. Antennas. 2015;(7):5-28. EDN: UIWAOF (In Russ.).
  10. Lavrushev V. N, Murtazina A. I. Analy-sis and Optimization of the Decoupling in Antenna Systems Consisting of An-tenna Arrays. 2017 XI International Conference on Antenna Theory and Techniques (ICATT 2017), Kyiv, 24–27 May 2017. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2017:145–147.
  11. Vedenkin D.A., Latyshev V.E., Sedelni-kov Ju.E. Evaluation of antenna com-munication coefficients for the tasks of providing EMC of on-board avionics of promising unmanned aircraft systems. Journal of Radio Electronics. 2014;(12):1-16. (In Russ.). EDN: TNVMHR

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Antenna system

Download (74KB)
3. Fig. 2. Matrix model for evaluating pairwise interaction

Download (232KB)
4. Fig. 3. Layout of antenna arrays (AA), passive radiator system (PRS), and isolated radiator (IR) relative to each other (coaxial arrangement of AA and IR)

Download (105KB)
5. Fig. 4. Decoupling in the presence of passive radiators

Download (297KB)
6. Fig. 5. Trade-off solutions for decoupling with passive radiators

Download (290KB)
7. Fig. 6. Antenna system consisting of two antenna arrays and a passive radiator system

Download (83KB)
8. Fig. 7 Reflection coefficient S11 and decoupling level S21 curves (a – without passive radiators, b – with passive radiators)

Download (247KB)
9. Fig. 8. Radiation patterns in the H-plane (a – without passive radiators, b – with passive radiators)

Download (246KB)
10. Fig. 9. Electrodynamic model of the antenna system (a – single passive radiator b – two passive radiators)

Download (244KB)
11. Fig. 10. Decoupling and reflection coefficient curves

Download (118KB)

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».