Численная модель импульсного излучения нерегулярного ТЕМ-рупора / Numerical Simulation of a Pulse Radiation of Non-Regular TEM Horn

Легенький М.Н. / Legenkiy, M. N.
Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, Харьков, Украина / RUS Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, Харьков, Украина
Хао С. / Hao, X.
Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, Харьков, Украина / RUS Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, Харьков, Украина
Выпуск в базе РИНЦ
Легенький М.Н., Хао С. Численная модель импульсного излучения нерегулярного ТЕМ-рупора // Физические основы приборостроения. 2014. Т. 3. № 2(11). С. 18–29. DOI: 10.25210/jfop-1402-018029
Legenkiy, M. N., Hao, X. Numerical Simulation of a Pulse Radiation of Non-Regular TEM Horn // Physical Bases of Instrumentation. 2014. Vol. 3. No. 2(11). P. 18–29. DOI: 10.25210/jfop-1402-018029

Аннотация: Рассмотрено использование нерегулярных конических линий с переменным импедансом (нерегулярным профилем пластин) для улучшения характеристик ТЕМ-рупорной импульсной антенны. Зачастую в подобных антеннах используются эмпирические принципы выбора профиля расширения. В работе с помощью трехмерной FVTD программы проводится моделирование импульсного излучения антенн с плавным изменением импеданса. Для расчета импеданса конической линии используется точная формула на основе эллиптических интегралов. Обоснованы основные особенности и перспективы данного подхода к улучшению характеристик ТЕМ-рупора ограниченной длины. Проанализировано разложение излученного поля по сферическим гармоникам.
Abstract: Using non-regular conical line with changing impedance (non-regular profile of plates) for improvement of TEM horn pulse antenna is considered. Usually in such antennas some empirical principles in choosing the extension profile are treated. In this work with the help of 3D FVTD program simulation of pulse radiation of the antennas with smooth impedance changing was provided. In order to obtain the impedance of a conical line the exact formula based on elliptic integral is used. The main features and the prospects of this approach to improve the characteristics of TEM horn limited length are grounded. The expansion of the radiated field over spherical harmonics is analyzed.
Ключевые слова: ТЕМ-рупор, коническая линия, согласование импеданса, сферические гармоники, pulse antennas, ТЕМ horn, conical line, impedance matching, ТЕМ-рупор

Литература / References
  1. Geisler, C.J., Afsar, M.N., Goldner, R.B., Hill, J.C. Numerical and Experimental Investigation of An Ultrawideband Hybrid Tem Horn Antenna with a Small Aperture // UWB the IEEE Inter. Conf. Medford. 2006. P. 339.
  2. Amineh, R.K., Trehan, A., Nikolova, N.K. TEM Horn Antenna for Ultra-Wide Band Microwave Breast Imaging // PIER B. Vol. 13. 2009. P. 59-74.
  3. Chen, C.C. A New Ground Penetrating Radar Antenna Design — the Horn-Fed Bowtie (HFB) // Proc. 20th Ann. Meet. Symp. Ant. Meas. Tech. 1998. P. 67-74.
  4. Yarovoy, A.G., Schukin, A.D., Kaploun, I.V., Ligthart, L.P. The Dielectric Wedge Antenna // IEEE Trans. On Ant. And Prop. 2002. Vol. 50. No. 10. P. 1460-1472.
  5. Turk, A.S., Keskin, A.K. Ultra Wide Band TEM Horn Antenna Designs for Ground Penetrating Impulse Radar // Ultra-Wideband (ICUWB) International Conference 2012 IEEE. P. 87-91.
  6. Atteia, G.E., Shaalan, A.A., Hussein, K.F. A Wideband Partially Covered Bowtie Antenna for Ground-Penetrating Radars // Progress in Electromagnetic Research, Vol. 71. 2007. P. 211-226.
  7. Scheers, B. Piette, M. A. Vander Vorst Development of Dielectric-Filled Tem Horn Antennas for UWB GPR // Proc. Millenium Conf. Antennas Propagat. Davos, Switzerland. 2000. P. 9-14.
  8. Wang Y., Chen Y., Wang Q. Application of TEM Horn Antenna in Radiating NEMP Simulator // Jour. Of Physics: Conference Series. Vol. 418. 2013. P. 1-6.
  9. Lin, C. H., Chen, G. Y., Sun, J. S., Tiong, K. K., Chen, Y. D. A TEM Horn Antenna Design and Measurement // 12th WSEAS International Conference on Communications, Heraklion. Greece. July 23-25. 2008. P. 82-84.
  10. Chang, D. C., Chen, C. W., Yen, S. H. UWB Balun for TEM Horn Antenna // AEM2C 2010. P. 279-283.
  11. Wang J. G., Tian C. M., Lu J. X., Chen Y. S., Ge D. B. Four-Element Tem Horn Array for Radiating Ultra-Wideband Electromagnetic Pulses // Microwave and Optical Technology Letters. Vol. 31, No. 3, November 5 2001. P. 190-194.
  12. Zhang, A., Wang, L., Guo, C., Jiang, Y. Constant Impedance TEM Horn Antenna: Aperture and Characteristic Impedance’s Impact on Axial Electric Field // Journal of Infrared, Millimeter and Terahertz Waves. 2009. Vol. 30. No. 10. P. 1067-1072.
  13. Shlager, K.L., Smith, G.S., Maloney, J.G. TEM Horn Antenna for Pulse Radiation: An Improved Design // Microwave and Optical Technology Letters. Vol. 12. No. 2. June 5. 1996. P. 86-90.
  14. Mallahzadeh, A.R., Dastranj, A.A., Hassani, H.R. A Novel Dual-Polarized Double-Ridged Horn Antenna for Wideband Application // Progress in Electro-magnetic Research B. Vol. 1. 2008. P. 67-80.
  15. Chung, K, Pyun, S, Choi, J. Design of an Ultrawide-Band TEM Horn Antenna with a Microstrip-Type Balun // IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 53. No. 10. October 2005. P. 3410-3413.
  16. Ascama, H.D., Hiramatsu, R.K., Alexandre, M., Carlos, R.P. Dionisio, Sergio, T.K. Simulation and Manufacturing of a Miniaturized Exponential UWB TEM Horn Antenna for UWB Radar Applications // Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications. Vol. 12. No. 2. Dec. 2013. P. 1-10.
  17. Malherbe, J.A.G., Barnes., N. TEM Horn Antenna with an Elliptic Profile // Microwave and Optical Techno-logy Letters. Vol. 49. No. 7. 2007. P. 1548-1551.
  18. Mallahzadeh, A.R. Modified TEM Horn Antenna for Broadband Applications // Progress in Electro-magnetics Research. 2009. Vol. 90. P. 105-119.
  19. Хао С., Легенький М.Н, Импульсная антенна на основе конической линии с переменным импедансом // Вестник Харьковского Национального Университета им. В.Н. Каразина, серия «Радиофизика и электроника». № 1010. 2012. С. 28-33.
  20. Ka, C. P., Li, J., Liu, C. R., Cai, Y. Design and Analysis of UWB TEM Horn Antenna for Ground Penetrating Radar Applications // Geoscience and Remote Sensing Symposium. 2008. Vol. 4. P. 569-572.
  21. Chung, K. Design of an Ultrawide-Band TEM Horn Antenna with a Microstrip-Type Balun // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2005. Vol. 53. No. 10. P. 3410-3413.
  22. Lee, R.T., Smith, G.S. On the Characteristic Impedance of the TEM Horn Antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2004. Vol. 52. No. 1. January. P. 315-318.
  23. Bassam, S., Rashed, J., Mohassel, A. Chebyshev Tapered TEM Horn Antenna // Piers Online. Vol. 2. No. 6. 2006. P. 706-709.
  24. Motohisa, K. The Effects of Resistive Loading of «TEM» Horns // IEEE Transactions on Electro-magnetic Compatibility. Vol. 24. No. 2. May. 1982. P. 245-255.
  25. Legenkiy, M. N., Butrym, A. Y. Method of Mode Matching in Time Domain // PIER B 2010. Vol. 22. P. 257-283.
  26. Rao, M.S. Time Domain Electromagnetics.1999.
  27. Taflove, A., Hagness, S.C. Computational Electro-dynamics: the Finite-Difference Time-Domain Method. Artech House, Inc.,2-nd Edition 2000.
  28. Gao, X., Mirotznik, M.S., Prather, D.W. A Method for Introducing Soft Sources in the PSTD Algorithm // IEEE Trans. Antenna Propag. Vol. 52. No. 7. P. 1665-1671. July 2004.
  29. Тихонов А. И., Самарский А. А. Уравнения математической физики / М.: Наука. 1977. 742с.