Simultaneous use of addition theorems for cylindrical and spherical waves for the fast full-wave analysis of SIW-based antenna arrays

Abstract

Este artículo introduce una metodología de onda completa para el análisis de agrupaciones de antenas colocadas en la placa superior de guías de onda integradas en sustrato (SIWs). La metodología se basa en la matriz de dispersión generalizada (GSM) de cada elemento de la agrupación en términos de los módos esféricos y cilíndricos y los modos de alimentación de una puerta plana, y el uso simultáneo de teoremas de adición para ondas cilíndricas y esféricas. Los teoremas de adición permiten la traslación analítica de modos esféricos y cilíndricos, de manera que las GSMs se pueden conectar simultáneamente en la capa SIW y en la región de radiación, para obtener la respuesta de onda completa de la agrupación. La metodología propuesta es validada por medio de simulaciones de onda completa con programas comerciales y de elaboración propia.

This paper introduces a fast full-wave methodology for the analysis of antenna arrays placed on the top plate of substrate integrated waveguides (SIWs). The methodology is based on the generalized scattering matrix (GSM) of each array element in terms of spherical and cylindrical modes and plane-port feeding modes, and the simultaneous use of addition theorems for spherical and cylindrical waves. Addition theorems allow the analytical translation of spherical and cylindrical modes, so that the GSMs can be simultaneously connected in the SIW layer and in the radiation region, to obtain the full-wave response of the array. The proposed methodology is validated by means of full-wave simulations with commercial and in-house softwares.