Linear Incoherent Antenna Arrays Focused in the Near Radiated Field Zone

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

Introduction. Antenna systems designed for operation in the near-radiated field zone,
using the principle of in-phase addition of electromagnetic waves emitted by individual sections of an aperture at the focal point, are gaining increasing attention. From the perspective of conveniently forming the required amplitude-phase distributions of partial currents, antenna arrays are commonly employed as radiating systems. An alternative approach to achieving focused spatial distributions of
electromagnetic fields involves the synchronous addition of energy from short pulses with durations on the order of a nanosecond. In this case, synchronicity at the focal point is ensured by controlling the emission timing of individual pulses based on the distances between each radiator in the antenna array and the focal point. In this initial exploration of the properties of incoherent focused antenna arrays, we limit our analysis to the behavior of the radio pulse envelope. The aim of the article is to is to
examine the main properties of incoherent focused radiation formed by the synchronous addition of individual pulses at the focal point. The research methods are grounded in established principles of electrodynamics and radio wave propagation, implemented through mathematical models simulating the propagation of a set of partial pulses in the near-radiated field zone, while accounting for the
focusing effect. The simulation results indicate that effective incoherent focusing can be achieved for focal lengths approximately equal to the linear size of the antenna array. As the focal point distance increases, the disparity in distances between the outer and central emitters to the focal point diminishes. This leads to near-synchronous pulse emission by individual emitters, ultimately reducing the focusing effect. The maximum transverse deviation of the focal point from the normal axis to the center of a linear antenna array is determined to be half the array's linear size. When the focal point shifts transversely from the normal axis, the size of the focused area increases. Conclusion. By appropriately controlling the emission timing, it is possible to steer the focal point within the bounds of the aperture size. Additionally, optimizing the coordinates of individual emitters in an incoherent antenna array, transitioning to flat or volumetric antenna arrays, and exploring arrays with complex
spatial geometries hold significant promise for achieving desired spatio-temporal distributions. These advancements will enhance the potential applications of antenna arrays focused in the near-radiated field zone for various radio engineering purposes.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

Denis Vedenkin

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

Autor responsável pela correspondência
Email: denis_ved@mail.ru
ORCID ID: 0000-0002-5318-5884
Código SPIN: 5258-2091

Candidate of Engineering Sciencies, Associate Professor, Associate Professor at Department of Radio Photonics and Microwave Technologies

Rússia, Kazan

Bibliografia

  1. Wehner R.S. Limitations of Focused Aperture Antennas. Santa Monica: RAND Corporation, 1949. 25 p.
  2. Bickmore, Robert W. On focusing electro-magnetic radiators. Canadian Journal of Phys-ics. 1957;35(11):1292-1298.
  3. Hansen R.C. Microwave scanning antennas. Academic press New York and London; 1964. Vol. 1. 536 p.
  4. Hansen R.C. Focal region characteristics of focused array antennas. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1985;33(12):1328-1337. doi: 10.1109/TAP.1985.1143539.
  5. Graham W.J., Analysis and Synthesis of Axial Field Patterns of Focused Apertures. IEEE Trans. Antennas Propagat. 1983;31(4):665-668. doi: 10.1109/TAP.1983.1143106
  6. Gee, S. -W. Lee, N. K. Bong, C. A. Cain, R. et al. Focused Array Hyperthermia Applicator: Theory and Experiment. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 1984;BME-31(1):38-46. doi: 10.1109/TBME.1984.325368.
  7. Cai X., Gu X., Geyi W. Optimal Design of Antenna Arrays Focused on Multiple Targets. IEEE Transactions on Antennas and Propa-gation. 2020;68(6):4593-4603. doi: 10.1109/TAP.2020.2972311.
  8. Tofigh F., Nourinia J., Azarmanesh M. et al. Near-Field Focused Array Microstrip Planar Antenna for Medical Applications. IEEE An-tennas and Wireless Propagation Letters. 2014;13:951-954. doi: 10.1109/LAWP.2014.2322111.
  9. Веденькин Д. А., Седельников Ю. Е. Сфоку-сированные антенны в задачах неразруша-ющего радиоволнового контроля // Систе-мы управления, связи и безопасности. 2023. № 2. С. 131-146. doi: 10.24412/2410-9916-2023-2-131-146. EDN: UEXGUJ. Vedenkin D.A., Sedelnikov Yu.E. Focused antennas in non-destructive radio wave testing. Systems of Control, Communication and Security. 2023;(2):131-146. (In Russ.). doi: 10.24412/2410-9916-2023-2-131-146. EDN: UEXGUJ.
  10. Антенны, сфокусированные в зоне ближне-го излученного поля: монография / под общ. ред. Ю.Е. Седельникова, Н.А. Тесто-едова. Красноярск: Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т, 2015. 308 с. Sedelnikov Yu.E., Tes-toedov N.A. Antennas focused in the near-field zone: monograph. Krasnoyarsk: Siberian State Aerospace University; 2015. 308 p. (In Russ.).
  11. Седельников Ю. Е., Веденькин Д. А. Антен-ные решетки, сфокусированные по широ-кополосному сигналу // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2015. Т. 18. № 3-1. С. 23-30. EDN: VIDJPX Sedelnikov Yu.E.. Vedenkin D.A. Antenna ar-rays focused by broadband signals. Physics of Wave Processes and Radio Systems. 2015;18(3-1):23-30. EDN: VIDJPX (In Russ).

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
2. Fig. 1. Geometry of an incoherent focused antenna array

Baixar (90KB)
3. Fig. 2. Spatio-temporal diagrams of the amplitude of an incoherent focused field: on the XOT plane (a), on the ZOT plane (b) (time axis is directed upwards)

Baixar (359KB)
4. Fig. 3. Amplitude distributions of the incoherent focused field, maximized over time: (a) parallel to the OX axis; (b) along the OZ axis

Baixar (161KB)
5. Fig. 4. Distributions of the amplitude of the incoherent focused field generated by an incoherent antenna array with 10 radiators, each 27 m long, maximized over time: (a) parallel to the OX axis; (b) along the OZ axis

Baixar (165KB)
6. Fig. 5. Distributions of the amplitude of the incoherent focused field generated by an incoherent antenna array with 10 radiators, each 45 m long, maximized over time: (a) parallel to the OX axis; (b) along the OZ axis

Baixar (199KB)
7. Fig. 6. Transverse and longitudinal dimensions of the focusing area at different focal lengths

Baixar (128KB)
8. Fig. 7. Spatio-temporal distributions of the focused field generated by a linear incoherent antenna array with a length of ±10 m for different focal point coordinates: (a) (5, 10) m, (b) (10, 10) m, (c) (15, 10) m.

Baixar (274KB)

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».