Е.А. Нефедов1, А.Ю. Ганицев2, О.В. Терехин3, А.А. Макарян4

1–4 Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (Москва, Россия)

1 enefyodov9@gmail.com

Постановка проблемы. Развитие мобильной связи сопряжено с освоением новых частотных диапазонов для решения задач повышения пропускной способности сетей. В настоящее время большинство операторов сотовой связи используют оборудование, работающее по технологиям 2G (GSM), 3G (WCDMA) и 4G (LTE). Внедрение 5G предполагает использование, как минимум, дополнительно еще одного из диапазонов: 3,3–3,8 ГГц и/или 4,4–5,0 ГГц. Размещение новых антенн на базовых станциях не всегда возможно, так как зачастую накладываются строгие ограничения на их массогабаритные характеристики, а также требует установки дополнительного оборудования для подключения антенн к приемопередающим модулям. Актуальной становится задача разработки совмещенных антенных решеток, работающих в нескольких диапазонах частот и обеспечивающих требуемые электрические характеристики для каждого из поддиапазонов.

Цель. Рассмотреть различные варианты конструктивного исполнения совмещенных антенных решеток, проанализировать их ключевые характеристики и особенности проектирования.

Результаты. Проведен анализ подходов к совмещению двух частотных диапазонов в единой апертуре, включая применение двухдиапазонных излучателей и комбинацию однодиапазонных излучателей в антенных системах подвижной связи поколения 5G. Исследовано влияние частотно-селективных структур на такие параметры антенны, как ширина рабочей полосы, развязка между входами в одном диапазоне и развязка между соседними диапазонами, уровень внеполосного излучения.

Практическая значимость. Показано, что использование рассмотренных структур позволяет добиваться требуемых характеристик антенных систем при совмещении двух частотных диапазонов.

Нефедов Е.А., Ганицев А.Ю., Терехин О.В., Макарян А.А. Подходы к совмещению диапазонов в антенных решетках для оборудования мобильной связи стандартов LTE и 5G // Успехи современной радиоэлектроники. 2025. T. 79. № 11. С. 13–31. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202511-02

1. Решение ГКРЧ при Минкомсвязи России от 01.07.2016 № 16-37-03 «Об использовании радиоэлектронными средствами сухопутной подвижной службы полос радиочастот 890 - 915 МГц, 935 - 960 МГц, 1710 - 1785 МГц и 1805 - 1880 МГц».
2. Решение ГКРЧ при Минкомсвязи России от 19.09.2009 № 09-04-05-01 «Об использовании полосы радиочастот 2300-2400 МГц радиоэлектронными средствами беспроводного доступа» (с изменениями на 13 июля 2020 года).
3. Рекомендация 3GPP TS 38.101-1 V18.6.0 (2024-07) «NR; User Equipment (UE) radio transmission and reception; Part 1: Range 1 Standalone».
4. Рекомендация 3GPP TS 38.101-2 V18.6.0 (2017-12) «NR; User Equipment (UE) radio transmission and reception; Part 2: Range 2 Standalone».
5. Кольцов Ю.В. Антенные решетки в эпоху 5G. Часть 1. Разработки, ставшие классическими // Антенны. 2022. № 5. С. 5–29.
6. Кольцов Ю.В. Антенные решетки в эпоху 5G. Часть 2. Перспективные разработки // Антенны. 2022. № 6. С. 5–34.
7. Рекомендация 3GPP TS 37.141 V17.14.0 (2024-06) «NR, E-UTRA, UTRA and GSM/EDGE Multi-Standard Radio (MSR) Base Station (BS) conformance testing».
8. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. Учебник для студентов радиотехнических специальностей вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Энергия. 1975.
9. Пономарев Л.И., Степаненко В.И. Сканирующие многочастотные антенные решётки / Под ред. Л.И. Понамарева. М.: Радиотехника. 2009.
10. Zhang X.Y., Duan W., Pan Y.-M. High-Gain Filtering Patch Antenna Without Extra Circuit // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Dec. 2015. V. 63. № 12. P. 5883–5888.
11. Zhang Y., Zhang X.Y., Ye L.-H., Pan Y.-M. Dual-Band Base Station Array Using Filtering Antenna Elements for Mutual Coupling Suppression // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Aug. 2016. V. 64. № 8. P. 3423–3430.
12. Yang M., Zhou J., Lian W., Chen B. Dual-Band Dual-Polarized Magneto-Electric Dipole Antenna with Dual-Layer Structure // Progress In Electromagnetics Research M. 2020. V. 92. P. 193–202.
13. Feng B., Zhu C., Cheng J.-C., Sim C.-Y.-D., Wen X. A Dual-Wideband Dual-Polarized Magneto-Electric Dipole Antenna with Dual Wide Beamwidths for 5G MIMO Microcell Applications // IEEE Access. 2019. V. 7. P. 43346–43355.
14. Liu Y.Y., Zhang X.Y., Yang S.J. Compact Dual-Band Dual-Polarized Filtering Antenna for 5G Base Station Applications // 2020 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP), Osaka, Japan. 2021. P. 791–792.
15. Liu Y., Wang S., Li N., Wang J.-B., Zhao J. A Compact Dual-Band Dual-Polarized Antenna with Filtering Structures for Sub-6 GHz Base Station Applications // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. Oct. 2018. V. 17. № 10. P. 1764–1768.
16. Huang H., Li X., Liu Y. A Low-Profile, Dual-Polarized Patch Antenna for 5G MIMO Application // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Feb. 2019. V. 67. № 2. P. 1275–1279.
17. Li Y., Zhao Z., Tang Z., Yin Y. Differentially Fed, Dual-Band Dual-Polarized Filtering Antenna with High Selectivity for 5G Sub-6 GHz Base Station Applications // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2019. V. 68. № 4. P. 3231–3236.
18. An W., Li Y., Fu H., Ma J., Chen W., Feng B. Low-Profile and Wideband Microstrip Antenna with Stable Gain for 5G Wireless Applications // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. April 2018. V. 17. № 4. P. 621–624.
19. Дударев C.В., Клыгач Д.С. Экспериментальное и численное моделирование двухдиапазонной всенаправленной печатной антенны // Антенны. 2023. № 3. С. 26–36.
20. Кобрин К.В., Zimeng Li, Следков В.А., Мануилов М.Б. Двухполяризационная антенная решетка планарных диполей для базовых станций мобильной связи диапазона 3,3–5,9 ГГц // Антенны. 2021. № 3. С. 50–58.
21. Ковалев М.В., Пигарева В.Н., Серегин Г.М. Разработка приемопередающей секторной антенны на основе магнитоэлектрических диполей для сетей 5G // Радиофизика, фотоника и исследование свойств вещества: тезисы докладов III Российской науч. конф., 08-10 октября 2024 года. Омск: Омский научно-исследовательский институт приборостроения. С. 160–162.
22. Алексейцев С.А., Горбачев А.П., Тарасенко Н.В. Модифицированные печатные двухдиапазонные дипольные излучатели // Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2017. № 3(22). С. 46–50.
23. Патент на изобретение № 2776603. Печатная двухдиапазонная дипольная антенна / Мичурина Т.В., Тарасенко Н.В., Горбачев А.П. Опубл.: 22.07.2022. Бюл. № 21.
24. Sun J.-N., Li J.-L., Xia L. A Dual-Polarized Magneto-Electric Dipole Antenna for Application to N77/N78 Band // IEEE Access. 2019. V. 7. P. 161708–161715.
25. Li F., Sun Yu., Zhu H., Yu J., Fang Y. A Novel Wideband Dual-Band Dual-Polarized Magneto-Electric Dipole Antenna // Progress In Electromagnetics Research M. 2018. V. 74. P. 73–82.