Power supply of ring antenna using directional couplers

Abstract

EN: Context. The circular polarization of radio waves is used in various electronic systems. This includes, for example, space communications stations, some radio relay communication systems, radar stations, data transmission systems and others. The characteristics of radio wave propagation are studied by using electromagnetic waves separated by circular orthogonal polarization in radiomonitoring and radiocontrol systems. Compared to other antenna types, circularly polarized antennas, such as rings, have superior design simplicity and excellent electrodynamics properties. Objective. The objective of this study is to analyse the characteristics and application of directional microstrip couplers for supplying power to ring antennas. Method. To better the performance of microstrip ring antennas, the reasons for their limited operating frequency range are analysed. These causes include the frequency-dependent parameters of the coupler, errors in calculating the directional coupler circuit, and radiation from asymmetric strip lines. To understand how supply lines, affect antenna characteristics, correlations between radiation fields determined in both its coordinate system and that of the primary axis are taken into account. Results. An analysis of the dependence graphs of the main characteristics of ring microstrip antennas with intricate power supply circuits for directional couplers and comparison with similar characteristics for simple circuits revealed that the shape of the radiation pattern in the higher radiation hemisphere became symmetrical about the axis, especially when symmetrically supplying the ring with branch-line couplers. The frequency band has also widened, at which there was an acceptable degree of deviation in the ellipticity coefficient from unity. Conclusions. The simulation results of microstrip ring antennas with power lines connected to directional couplers of different types showed that supplying the ring antenna with electricity via the directional coupler ensures circular polarization for the emitted electromagnetic waves. Additionally, the range of operating frequencies where there is only a small discrepancy in ellipticity coefficient remains at an acceptable level of –3 dB is quite broad. By utilizing directional branch-line couplers to power a ring antenna, it is possible to simultaneously emit both right and left circularly polarized waves with the same antenna. UK: Актуальність. В різних радіоелектронних системах застосовують радіохвилі з коловою поляризацією. Наприклад, це станції космічного зв’язку, деякі системи радіорелейного зв’язку, радіолокаційні станції, системи передачі даних і т.д. Електромагнітні хвилі, розкладені в коловому ортогональному поляризаційному базисі, використовують у системах радіомоніторингу та радіоконтролю, при дослідженнях особливостей поширення радіохвиль. Серед антен, які створені для приймання і випромінювання електромагнітних хвиль з коловою або обертовою поляризацією, за простотою конструкції та за електродинамічними характеристиками вигідно відрізняється кільцева антена. Мета роботи – дослідження особливостей побудови та використання мікросмужкових спрямованих відгалужувачів для живлення кільцевих антен. Метод. Для удосконалення пристроїв живлення мікросмужкових кільцевих антен та покращення їх властивостей розглядаються основні фактори, які викликають звуження робочого діапазону частот антени: частотна залежність параметрів спрямованого відгалужувача, коректність розрахунку схеми спрямованого відгалужувача, випромінювання несиметричних смужкових ліній. Обґрунтування впливу елементів живлення на характеристики кільцевої антени використовується зв’язок між полем випромінювання, аналітично визначене у власній системі координат, і полем випромінювання антени в основній системі координат. Результати. Аналіз графіків залежностей основних характеристик кільцевих мікросмужкових антен з ускладненими схемами живлення спрямованих відгалужувачів і порівняння з аналогічними характеристиками для простих схем показало, що форма діаграми спрямованості у верхній півсфері випромінювання стала симетричною відносно осі, особливо у випадку симетричного живлення кільця шлейфовими відгалужувачами. Також розширився діапазон частот, у якому відхилення коефіцієнту еліптичності від одиниці знаходиться на допустимому рівні. Висновки. Результати моделювання мікросмужкових кільцевих антен з лініями живлення на спрямованих відгалужувачах різних типів показали, що збудження кільця за допомогою спрямованого відгалужувача забезпечує випромінювання електромагнітних хвиль колової поляризації. При цьому діапазон робочих частот, у якому залишається на допустимому рівні –3дБ відхилення коефіцієнту еліптичності досить широкий. Живлення кільцевої антени пристроями, побудованими на шлейфових спрямованих відгалужувачах, дає можливість за допомогою однієї кільцевої антени одночасного випромінювання хвиль з правим та лівим напрямом обертання вектора напруженості електричного поля.