priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2022-65-2-125-131pribor-298Research ArticleНАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИSCIENTIFIC AND PRACTICAL DEVELOPMENTSОптимизация конструкции дисковой антенны кругового обзора микроволнового диапазона для датчиков, содержащих приемопередающие устройстваOptimization of Microwave Circular-View Disc Antenna Design for Sensors Containing TransceiversЗаярныйВ. П.ZayarnyiV. P.

Вячеслав Петрович Заярный — д-р техн. наук, профессор; кафедра физики

Vyacheslav P. Zayarnyi — Dr. Sci., Professor; Department of Physics

zvp2000@mail.ruНефёдовЕ. И.NefyodovE. I.

Евгений Иванович Нефёдов — д-р физ.-мат. наук, профессор; Фрязинский филиал, лаборатория исследования СВЧ свойств ферромагнетиков

Eugeny I. Nefyodov — Dr. Sci., Professor; Branch, Laboratory of Microwave Properties of Ferromagnetics

nefyodov32@mail.ruСидякинЮ. И.SidyakinYu. I.

Юрий Иванович Сидякин — д-р техн. наук, профессор; кафедра технологии машиностроения

Yury I. Sidyakin — Dr. Sci., Professor; Department of Technology of Mechanical Engineering

ПономаревИ. Н.PonomarevI. N.

Игорь Николаевич Пономарев — кафедра телекоммуникационных систем; ст. преподаватель

Igor N. Ponomarev — Department of Telecommunication Systems; Senior Lecturer

ponomarev.igor@volsu.ruЗаярныйД. В.ZayarnyiD. V.

Дмитрий Вячеславович Заярный — магистрант; кафедра технологии машиностроения

Dmitry V. Zayarnyi — Undergraduate Student; Department of Technology of Mechanical Engineering

Волгоградский государственный технический университетРоссияVolgograd State Technical UniversityRussian FederationИнститут радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАНРоссияV. A. Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of the RASRussian FederationВолгоградский государственный университетРоссияVolgograd State UniversityRussian Federation202202122024652125131Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/298

Описана оптимизированная конструкция дисковой антенны, обеспечивающей круговой (или секторный) обзор в составе датчиков видеонаблюдения (азимутальное перемещение объектов, охранные системы и т.д.). Приведены рассчитанные и измеренные диаграммы направленности излучателей, определяемые их конструктивными особенностями. Эти результаты позволили поэтапно оптимизировать конструкцию антенны, представляющей собой систему из двух идентичных дисков с четырьмя излучателями осевого излучения на каждом диске, идущими радиально от центров. Угол между соседними излучателями на диске составляет 90°. Диски расположены соосно, при этом они азимутально смещены относительно друг друга на угол 45°, что обеспечивает полный круговой или любой секторный обзор в азимутальной плоскости. Для такой конструкции антенны воз можно также частотное разделение излучателей. Экспериментально установлено оптимальное расстояние между дисками, обеспечивающее наилучшее (минимальное) перекрытие главных лучей диаграмм направленности излучателей и их электродинамическую развязку, равное длине волны излучения λ для центральной частоты f0 =10 ГГц (λ=3 см). Рабочий диапазон частот антенны 8—12 ГГц

An optimized design of a disk antenna is described, which provides a circular (or sector) view as part of video surveillance sensors (azimuthal movement of objects, security systems, etc.). Theoretically calculated and experimentally measured radiation patterns of the emitters determined by their design features, are presented. The results allow to optimize gradually design of the all-round looking antenna, which is a system of two identical discs with four axial emitters on each disc extending radially from the discs centers. The angle between adjacent radiators on the disk is 90 °. The disks are located coaxially, while they have an azimuthal offset relative to each other at an angle of 45 °, which provides a full circular or any sector view in the azimuthal plane. For this antenna design, frequency separation of the radiators is also possible. Experimentally determined optimal distance between the disks providing the best (minimum) over lap of the main beams of the radiation patterns of the radiators and their electrodynamic decoupling, equals to the radiation wavelength λ for the central frequency f 0 = 10 GHz (λ = 3 cm). The operating frequency range of the antenna is 8-12 GHz.

датчиккруговой обзорантеннаизлучательдиаграмма направленностисверхбыстрая обработка информацииsensorall-round viewantennaemitterdirectional patternultra-fast information processingReferencesNefyodov E. I., Smolsky S. M.Electromagnetic fields and waves. Microwaves and mmwave engineering with generalized macroscopic electrodynamics. NY: Springer, 2019. 360 p.Nefyodov E.I., Smolsky S.M. Electromagnetic Fields and Waves. Microwaves and Mmwave Engineering with General ized Macroscopic Electrodynamics, NY, Springer, 2019, 360 p.Nefyodov E. I., Smolsky S. M.Understanding of electrodynamics, radio wave propagation and antennas: Lecture course for students and engineers. Wuhan: Scientific Research Publishing, 2012. 449 p.Nefyodov E.I., Smolsky S.M. Understanding of Electrodynamics, Radio Wave Propagation and Antennas: Lecture Course for students and engineers, Wuhan, Scientific Research Publishing, 2012, 449 p.Вайнер Ю. А., Гураль И. М., Коняшенко Е. А. и др. // Антенны / Под ред. А. А. Пистолькорса. М.: Связь, 1980. Вып. 28. С. 95.Vainer Yu.A., Gural I.M., Konyashenko E.A. et al. Antenny (Antennas), A.A. Pistolkors, ed., Moscow, 1980, no. 28, рр. 95. (in Russ.)Пат. РФ 2047249. Антенна / В. И. Гвоздев, С. В. Гирич, И. Н. Пономарев. 1995. БИ № 30.Patent RU 2047249, Antenna (Antenna), V.I. Gvozdev, S.V. Girich, I.N. Ponomarev, Published 1995, Bulletin 30. (in Russ.)Пат. РФ 103676. Антенна кругового обзора / А. А. Фролов, В. С. Гирич, В. П. Заярный. Заявл. 20 апреля 2011 г.Patent RU 103676, Antenna krugovogo obzora (Surround Antenna), A.A. Frolov, V.S. Girich, V.P. Zayarny, Priority 20 April 2011. (in Russ.)Фролов А. А., Гирич С. В., Заярный В. П. Антенна кругового обзора сверхвысокочастотного диапазона // Изв. вузов. Радиофизика. 2012. Т. 55, № 10—11. С. 697—703.Frolov A.A., Girich S.V., Zayarny V.P. Radiophysics and Quantum Electronics, 2013, no. 10-11(55), pp. 629-633.Фролов А. А., Гирич С. В., Заярный В. П. Изучение электродинамических характеристик антенн и антенных систем СВЧ диапазона // Изв. вузов. Радиофизика. 2009. Т. 52, № 4. С. 328—335.Frolov A.A., Girich S.V., Zayarny V.P. Radiophysics and Quantum Electronics, 2009, no. 4(52), pp. 297–304.Заярный В. П., Парпула С. А., Гирич В. С., Пономарев И. Н. Изучение влияния угла раскрыва плоских коротких щелевых антенн микроволнового диапазона на их характеристики // Изв. вузов. Радиофизика. 2016. Т. 59, № 6. С. 529—534.Zayarny V.P., Parpula S.A., Girich V.S., Ponomarev I.N. Radiophysics and Quantum Electronics, 2016, no. 6(59), pp. 479–483.Заярный В. П., Нефёдов Е. И., Пономарев И. Н. Особенности электродинамических характеристик симметричных щелевых линий на проводящей бесконечной полуплоскости в микроволновом диапазоне // Изв. вузов. Радиофизика. 2018. Т. 61, № 4. С. 274—279.Zayarny V.P., Nefedov E.I., Ponomarev I.N. Radiophysics and Quantum Electronics, 2018, no. 4(61), pp. 281–285.Нефёдов Е. И., Заярный В. П., Пономарев И. Н. Теоретическое и экспериментальное исследование электродинамических свойств плоских щелевых антенн микроволнового диапазона // Радиотехника и электроника. 2021. Т. 66, № 4. С. 365—372.Nefedov E.I., Zayarnyi V.P., Ponomarev I.N. Journal of Communications Technology and Electronics, 2021, no. 4(66), pp. 420–426.Нефёдов Е. И., Пономарев И. Н., Заярный В. П. Исследование излучательной способности идеально проводящей полуплоскости, которая возбуждается перпендикулярной ее краю щелью // Изв. вузов. Радиофизика. 2021. Т. 64, № 5. С. 384—395.Nefedov E.I., Ponomarev I.N., Zayarny V.P. Radiophysics and Quantum Electronics, 2021, no. 5(64), pp. 384–395. (in Russ.)Марков Г. Т., Чаплин А. Ф. Возбуждение электромагнитных волн. М.: Энергия, 1967. 376 с.Markov G.T., Chaplin A.F. Vozbuzhdeniye elektromagnitnykh voln (Excitation of Electromagnetic Waves), Moscow, 1967, 376 р. (in Russ.)Ufimtsev P. Ya. Fundamentals of the Physical Theory of Diffraction. John Wiley & Sons, 2007. 329 p.Ufimtsev P.Ya. Fundamentals of the Physical Theory of Diffraction, John Wiley & Sons, 2007, 329 p.Janaswamy R. An accurate moment method model for the tapered slot antenna // IEEE Trans. on AP. 1989. Vol. 37, N 12. p. 1523—1528.Janaswamy R. IEEE Trans. on AP, 1989, no. 12(37), pp. 1523–1528.Janaswamy R., Shaubert D. H., Pozar D. M.Analysis of the transverse electromagnetic mode linearly tapered slot antenna // Radio Science. 1986. Vol. 21, N 5. P. 797—804.Janaswamy R., Shaubert D.H., Pozar D.M. Radio Science, 1986, no. 5(21), pp. 797–804.Заярный В. П. Радиофизические свойства твердотельных слоистых структур с зарядовой связью: методы и информационные возможности для их определения. М.: Радио и связь, 2001. 212 с.Zayarnyy V.P. Radiofizicheskiye svoystva tverdotel'nykh sloistykh struktur s zaryadovoy svyaz'yu. Metody informatsionnyye vozmozhnosti dlya ikh opredeleniya(Radiophysical Properties of Solid-State Charge-Coupled Layered Structures. Methods and Information Possibilities for Their Determination), Moscow, 2001, 212 р. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.