mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2021-9-4-56-67mireabulletin-344Research ArticleСОВРЕМЕННЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫMODERN RADIO ENGINEERING AND TELECOMMUNICATION SYSTEMSМоделирование электромагнитного поля излучающей апертурыModeling of the electromagnetic field of radiating aperturehttps://orcid.org/0000-0002-5996-183XИсаковВ. Н.IsakovV. N.

Исаков Владимир Николаевич, старший преподаватель, кафедра радиоволновых процессов и технологий Института радиотехнических и телекоммуникационных систем

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Vladimir N. Isakov, Senior Lecturer, Department of Radio Wave Processes and Technologies, Institute of Radio Engineering and Telecommunication Systems

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

isakov@mirea.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7722-3155ЛанкинаВ. С.LankinaV. S.

Ланкина Виктория Сергеевна, студентка, Институт радиотехнических и телекоммуникационных систем

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Viktoriia S. Lankina, Student, Institute of Radio Engineering and Telecommunication Systems

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

vikulka2811@yandex.ruМИРЭА – Российский технологический университетРоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian Federation202126082021945667Copyright © Исаков В.Н., Ланкина В.С., 20212021Исаков В.Н., Ланкина В.С.Isakov V.N., Lankina V.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/344

Статья посвящена вопросам численного расчета характеристик электромагнитного поля излучающих апертур. Излучающая апертура является универсальной электродинамической моделью, используемой при анализе специального класса антенн, в частности зеркальных и рупорных; исследовании явлений дифракции; планировании трасс распространения радиоволн; решении задач беспроводной передачи электрической энергии на расстояние. В соответствии с нуждами практики наибольший интерес представляет структура электромагнитного поля излучающей апертуры в промежуточной и дальней зонах. Однако теоретические решения соответствующих задач получить, как правило, затруднительно, за исключением некоторых частных случаев, относящихся к дальней зоне, что обуславливает разработку соответствующих вычислительных моделей. Цель статьи – обобщение и систематизация опыта разработки программного обеспечения для моделирования характеристик электромагнитного поля излучающих апертур в промежуточной и дальней зонах. В статье рассматривается подход к разработке вычислительной модели излучающей апертуры, позволяющей рассчитывать характеристики электромагнитного поля в промежуточной и дальней зонах, приводятся примеры получаемых результатов для случая круглой и кольцевой апертур, характеризующие структуру их электромагнитного поля. Даются примеры облетных диаграмм круглой апертуры. Продемонстрирован эффект «прожекторной» локализации электромагнитного поля в промежуточной зоне круглой излучающей апертуры и эффект взаимной компенсации соседних зон Френеля с использованием модели кольцевой излучающей апертуры. Разработана программа на языке С++ для расчета характеристик электромагнитного поля излучающих апертур в промежуточной и дальней зонах. Результаты работы могут быть использованы в качестве иллюстрационного материала при преподавании учебных дисциплин «Электродинамика и распространение радиоволн» и «Устройства СВЧ и антенны».

The article is devoted to the issues of numerical calculation of the characteristics of the electromagnetic field of radiating apertures. Тhe radiating aperture is a universal electrodynamic model used in the analysis of a special class of antennas, in particular, mirror and horn antennas, in the study of diffraction phenomena, in the planning of radio wave propagation paths, and when solving problems of wireless transmission of electric energy at a distance. The structure of the electromagnetic field of a radiating aperture in the intermediate and far zones is of the greatest interest according to the needs of practice. However, the theoretical solutions of these problems are usually difficult to obtain, except for some special cases related to the far zone. This leads to the development of appropriate computational models. This paper is aimed at generalization and systematization of experience in developing software for the simulation of electromagnetic field characteristics of radiating apertures in the intermediate and far zones. This paper considers an approach to developing a computational model of a radiating aperture that may be used to calculate the characteristics of electromagnetic field in the intermediate and far zones. Examples of results obtained for circular and ring apertures describing the structure of their electromagnetic field are given. Examples of flight diagrams of a circular aperture are given. The effect of “searchlight” localization of the electromagnetic field in the intermediate zone of a circular emitting aperture is demonstrated. The effect of mutual compensation of neighbouring Fresnel zones using the circular emitting aperture model is demonstrated. A program was developed for calculating the characteristics of the electromagnetic field of radiating holes in the intermediate and far zones. The results can also be used as illustration material for teaching the academic disciplines “Electrodynamics and radio wave propagation” and “Microwave devices and antennas”.

апертураизлучающий раскрывантеннавычислительные методылокализация электромагнитного поляemitting apertureantennacomputational methodslocalization of the electromagnetic fieldReferencesBruce R.A. Modeling of the electromagnetic radiation from shielded enclosures with apertures and attached wires in a real-world environment: dissertation. Doctor of Philosophy in Engineering. Durham: University of New Hampshire; 1997. 103 p. URL: https://scholars.unh.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2935&context=dissertationBruce R.A. Modeling of the electromagnetic radiation from shielded enclosures with apertures and attached wires in a real-world environment: dissertation. Doctor of Philosophy in Engineering. Durham: University of New Hampshire; 1997. 103 p. Available from URL: https://scholars.unh.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2935&context=dissertationTeniou M., Roussel H., Capet N., Piau G., Casaletti M. Implementation of radiating aperture field distribution using tensorial metasurfaces. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2017;65(11):5895−5907. https://doi.org/10.1109/TAP.2017.2751652Teniou M., Roussel H., Capet N., Piau G., Casaletti M. Implementation of radiating aperture field distribution using tensorial metasurfaces. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2017;65(11):5895−5907. https://doi.org/10.1109/TAP.2017.2751652Serhir M., Geffrin J.-M, Litman A., Ribière-Tharaud N., Besnier P. Aperture antenna modelling by a finite number of elemental dipoles from truncated spherical field measurement: Experimental investigation. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2010;58(4):1260−1268. https://doi.org/10.1109/TAP.2010.2041157Serhir M., Geffrin J.-M, Litman A., Ribière-Tharaud N., Besnier P. Aperture antenna modelling by a finite number of elemental dipoles from truncated spherical field measurement: Experimental investigation. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2010;58(4):1260−1268. https://doi.org/10.1109/TAP.2010.2041157Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ: учебник для вузов. М.: Высшая школа; 1988. 432 с. ISBN 5-06-001149-6Sazonov D.M. Antenny i ustroistva SVCh: uchebnik dlya vuzov (Antennas and microwave devices: textbook for universities). Moscow: Vysshaya shkola; 1988. 432 p. (in Russ.). ISBN 5-06-001149-6Воскресенский Д.И., Гостюхин В.Л., Максимов В.М., Пономарев Л.И. Устройства СВЧ и антенны. М.: Радиотехника; 2006. 376 с. ISBN: 5-88070-086-0Voskresenskii D.I., Gostyukhin V.L., Maksimov V.M., Ponomarev L.I. Ustroistva SVCh i antenny (Microwave devices and antennas). Moscow: Radiotekhnika; 2006. 376 p. (in Russ.). ISBN: 5-88070-086-0Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства. М.: Сов. радио; 1974. 536 с.Drabkin A.L., Zuzenko V.L., Kislov A.G. Antennofidernye ustroistva (Antenna feeder devices). Moscow: Sovetskoe radio; 1974. 536 p. (in Russ.).Ерохин Г.А., Чернышев О.В., Козырев Н.Д., Кочержевский В.Г. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн: учебник для вузов. М.: Горячая линия-Телеком; 2004. 491 с.Erokhin G.A., Chernyshev O.V., Kozyrev N.D., Kocherzhevskii V.G. Antenno-fidernye ustroistva i rasprostranenie radiovoln: uchebnik dlya vuzov (Antenna feeder devices and radio wave propagation: textbook for universities). Moscow: Goryachaya liniya-Telekom; 2007. 531 р. (in Russ.). ISBN 978-5-93517-370-0Петров Б.М. Электродинамика и распространение радиоволн: учебник для вузов. М.: Горячая линия-Телеком; 2004. 558 с. ISBN: 5-93517-073-6Petrov B.M. Elektrodinamika i rasprostranenie radiovoln: uchebnik dlya vuzov (Electrodynamics and radio wave propagation: textbook for universities). Moscow: Goryachaya liniya-Telekom; 2004. 558 р. (in Russ.). ISBN: 5-93517-073-6Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ: в 2 ч. М.: Связь; 1977.Aizenberg G.Z., Yampol’skii V.G., Tereshin O.N. Antenny UKV: v 2 ch. (VHF antennas:in 2 v.). Moscow: Svyaz’; 1977. (in Russ.).Ротхаммель К. Антенны: в 2 т.: пер. с нем. М.: ЛайтЛТД; 2007. 820 с.Rothammel K. Antenny: v 2 t. (Antennas: in 2 v.). Moscow: Lait-LTD; 2007. 820 р. (in Russ.).Каганов В.И., Чык Б.Х. Беспроводная передача электрической энергии. Российский технологический журнал. 2020;8(6):47−53. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2020-8-6-47-53Kaganov W.I., Chuk B.Kh. Wireless power transmission. Rossiiskii tekhnologicheskii zhurnal = Russian Technological Journal. 2020;8(6):47−53 (in Russ.). https://doi.org/10.32362/2500-316X-2020-8-6-47-53Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн: учеб. пособие для вузов. М.: Наука; 1989. 544 с. ISBN 5-02-014033-3Nikol’skii V.V., Nikol’skaya T.I. Elektrodinamika i rasprostranenie radiovoln: ucheb. posobie dlya vuzov (Electrodynamics and radio waves propagation: textbook for universities). Moscow: Nauka; 1989. 544 р. (in Russ.). ISBN 5-02-014033-3Горобец Н.Н., Овсянникова Е.Е. Электромагнитные поля и волны вблизи апертурных антенн больших электрических размеров. Вестник Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина № 1115. Серия «Радиофизика и электроника». 2012;24:111−118.Gorobets N.N., Ovsyannikova E.E. Electromagnetic fields and waves near large electrical aperture antennas. Vestnik Har’kovskogo nacional’nogo universiteta imeni V.N. Karazina № 1115. Seriya“Radiofizika i elektronika” =Bulletin of Karazin Kharkiv National University. № 1115. Series “Radiophysics and Electronics”. 2012;24:111−118 (in Russ.).Горобец Н.Н., Овсянникова Е.Е. Волновые процессы в прожекторном луче апертурных антенн. Прикладная радиоэлектроника. 2015;14(1):51−58.Gorobets N.N., Ovsyannikova E.E. Wave processes in a projecting ray of aperture antennas.Prikladnaya radioelektronika = Applied Radio Electronics. 2015;14(1):51−58 (in Russ.).Горобец Н.Н., Овсянникова Е.Е. Влияние размеров и формы излучающего раскрыва на характер пространственного распределения поля вблизи антенны. Вестник Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина № 1094. Серия «Радиофизика и электроника». 2013;23:51−59. URL: http://rbecs.karazin.ua/wp-content/uploads/vestnik/vestnik-1094.pdfGorobetsN.N., Ovsyannikova E.E. Influence of the size and shape of the radiating aperture on the nature of the spatial distribution of the field near the antenna. Vestnik Har’kovskogo nacional’nogo universiteta imeni V.N. Karazina № 1094. Seriya “Radiofizika i elektronika” = Bulletin of Karazin Kharkiv National University. № 1094. Series “Radiophysics and Electronics”. 2013;23:51−59 (in Russ.). Available from URL: http://rbecs.karazin.ua/wpcontent/uploads/vestnik/vestnik-1094.pdf

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