C.В. Дударев1, Д.С. Клыгач2, А.В. Дударев3

1-3 Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет) (г. Челябинск, Россия)

1 asp20dsv252@susu.ru; 2 klygachds@susu.ru; 3 asp20dav157@susu.ru

Постановка проблемы. Для обеспечения одновременного приема/передачи радиосигнала для нескольких радиотехнических систем требуется антенна, работающая в двух и более диапазонах частот. Применяемые на сегодняшний день двухдиапазонные антенны, такие как MiMo-антенны и печатные антенны с различной конфигурацией излучателей, а также рамки различной конфигурации, расположенные одна над другой, имеют общий недостаток - узкий диапазон частот (не более 17%). В результате проведенных исследований выявлено, что для создания всенаправленной антенны, излучающей и принимающей радиосигналы в нескольких широких диапазонах частот, в качестве излучающих элементов необходимо использовать диполи специальной формы, настроенные на разные резонансные частоты. При этом с помощью разомкнутых рамок возможно изменять электродинамические характеристики антенны. Следовательно, актуальной задачей является изучение возможности применения массива из квадратных разомкнутых рамок для увеличения коэффициента направленного действия (КНД) многослойной печатной антенны с круговой диаграммой направленности (ДН) в азимутальной плоскости и горизонтальной поляризацией.

Цель. Разработать многослойную двухдиапазонную антенну с повышенным КНД, излучающую/принимающую радиосигналы во всех направлениях в азимутальной плоскости с горизонтальной поляризацией в двух диапазонах частот и провести исследование влияния массива из разомкнутых квадратных рамок на электродинамические характеристики антенны.

Результаты. Предложена конструкция новой многослойной печатной антенны с круговой ДН и горизонтальной поляризацией, состоящей из трех расположенных друг над другом печатных плат. Рассмотрены ее электродинамические характеристики: коэффициент стоячей волны (КСВ), КНД, коэффициент полезного действия (КПД), ДН для основной и кроссполяризации в
Е- и Н-плоскостях. Исследовано влияние массива из квадратных разомкнутых рамок на электродинамические параметры предложенной антенны (КНД и КСВ) в двух диапазонах частот: 1,62…2,32 ГГц и 4,23…4,95 ГГц. Показано, что в обоих диапазонах частот массив из рамок позволяет увеличить КНД антенны, при этом КСВ изменяется незначительно, а КПД составляет более 80%.

Практическая значимость. Предложенную антенну можно использовать как элемент всенаправленной антенной решетки сотовой связи поколений 2-5G, а также для реализации технологии интернет вещей и для связи с подвижными объектами.

Дударев C.В., Клыгач Д.С., Дударев А.В. Многослойная печатная антенна с круговой диаграммой направленности и увеличенным коэффициентом направленного действия // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 10. С. 177−186. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202310-18

1. Кольцов Ю.В. Антенные решетки в эпоху 5G. Ч. 1. Разработки, ставшие классическими // Антенны. 2022. № 5. С. 5–29. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202205-01.
2. Кольцов Ю.В. Антенные решетки в эпоху 5G. Ч. 2. Перспективные разработки // Антенны. 2022. № 6. С. 5–34. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202206-01.
3. Quan X., Li R. Novel broadband omnidirectional antennas // Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings. APMC. 2012. P. 1334.
4. Quan, X., Li R. A broadband dual-polarized omnidirectional antenna for base stations // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2013. V. 61. № 2. P. 943-947.
5. Liu W., Sun Y., Zhou D., Hu S., Yang M. A compact multiband omnidirectional GNSS antenna for artillery projectile applications // Progress in Electromagnetics Research C. 2016. V. 62. P. 149-156.
6. Cai X., Sarabandi K. A Compact broadband horizontally polarized omnidirectional antenna using planar folded dipole elements // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2016. V. 64. № 2. P. 414-422.
7. Zhang Z., Zhao Y., Zuo S., Yang L., Ji L., Fu G. A Broadband horizontally polarized omnidirectional antenna for VHF application // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2018. V. 66. № 5. P. 2229-2235.
8. Ye L.H., Zhang Y., Zhang X.Y., Xue Q. Broadband horizontally polarized omnidirectional antenna array for base-station applications // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2019. V. 67. № 4. P. 2792-2797.
9. Borja A.L., Hall P.S., Liu Q., Iizuka H. Omnidirectional loop antenna with left-handed loading // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2007. V. 6. P. 495-498.
10. Sharawi M.S., Podilchak S.K., Antar Y.M.M. A low profile dual-band DRA-based MIMO antenna system for wireless access points // IEEE Antennas and Propagation Society. AP-S International Symposium (Digest). 2015. P. 707.
11. Wang J., Tang T., Zhang R. Multi-band omnidirectional antenna with hexagonal prism shape for MIMO applications // Progress in Electromagnetics Research C. 2017. V. 75. P. 75-86.
12. Zhao C., Xu H., Wang Y., Zhu X. A low-profile dual-band multimode patch antenna for wireless local area network and cellular vehicle-to-everything communications // International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering. 2021. V. 31. № 12.
13. Joshi R., Podilchak S.K., Anagnostou D.E., Constantinides C., Ramli M.N., Lago H., Soh P.J. Analysis and design of dual-band folded-shorted patch antennas for robust wearable applications // IEEE Open Journal of Antennas and Propagation. 2020. V. 1. № 1. P. 239-252.
14. Dalasm Z.K., Mirmohammadi S., Hashemi S. Dual-band dipole antenna based on reverse-coupling multilayer ring resonators (MRR) // Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings. APMC. 2017. P. 1040.