К. В. Кобрин¹, Zimeng Li², В. А. Следков³, М. Б. Мануилов4

1, 4 Южный федеральный университет (г. Ростов-на-Дону, Россия)

Постановка проблемы. В настоящее время наблюдается стремительный рост объема трафика данных, что требует развития перспективных систем мобильной связи наряду с расширением рабочих диапазонов частот и продвижением в область все более высоких частот. При этом предъявляются все более высокие требования к характеристикам антенн базовых станций, которые, как правило, должны обеспечивать многодиапазонную и многолучевую работу. Таким образом, вместо нескольких антенн базовых станций, работающих в узких диапазонах, может быть использована одна широкополосная антенна, работающая одновременно в нескольких диапазонах.

Цель. Найти пути расширения рабочего диапазона частот излучателей на основе скрещенных планарных диполей для их применения в антеннах базовых станций мобильной связи.

Результаты. Предложена новая конструкция двухполяризационных печатных дипольных антенн для применения в антеннах базовых станций мобильной связи диапазона 3,3–5,9 ГГц для систем 5G. Каждый из скрещенных диполей возбуждается стандартной 50-омной коаксиальной линией. Форма плеч диполя синтезирована с помощью кривых Безье третьего порядка. Отмечено, что такая аппроксимация позволила осуществить тонкую настройку взаимной связи скрещенных диполей и расширить рабочий диапазон антенны по сравнению с известными прототипами. Достигнуто существенное улучшение характеристик антенны по сравнению с прототипами в результате численной электродинамической оптимизации профиля диполя. Исследованы характеристики 8-элементной антенной решетки модифицированных планарных диполей. В полосе частот 3,3–5,9 ГГц (57%) коэффициент отражения составляет –15 дБ, развязка около –28…–30 дБ, ширина диаграммы направленности по уровню –10 дБ равна 120° –4°/+10°.

Практическая значимость. Предложенная конструкция излучателей позволяет расширить рабочий диапазон частот антенн базовых станций мобильной связи при максимально простой и компактной конструкции, пригодной для массового производства.

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. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601- 202103-07

1. Westberg E., Staudinger J., Annes J., Shilimkar V. 5G infrastructure RF solutions // IEEE Microwave Magazine. 2019. V. 20. P. 51–58.
2. Cui Y.H., Li R.L., Fu H.Z. A broadband dual-polarized planar antenna for 2G/3G/LTE base stations // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2014. V. 62. № 9. P. 4836–4840.
3. Liu Y., Yi H., Wang F.W., Gong S.X. A novel miniaturized broadband dual-polarized dipole antenna for base station // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2013. V. 12. P. 1335–1338.
4. Luo Y., Chu Q.X. Oriental crown-shaped differentially fed dual polarized multi-dipole antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2015. V. 63. № 11. P. 4678–4685.
5. Li Y., Liang X., Bai X., Liu L., Geng J., Jin R. An ultra-wideband cross-dipole antenna with wide beam for dual-polarization applications // IEEE International Symposium on Antennas and Propagation. 2015. P. 2027–2028.
6. Perruisseau-Carrier J., Hee T.W., Hall P.S. Dual-polarized broadband dipole // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters.2003. V. 2. № 1. P. 310–312.
7. Computer aided geometric design / Ed. by R.E. Barnhill and R.F. Riesenfeld. Academic Press. 1974.
8. Bartels R.H., Beatty J.C., Barsky B.A. An introduction to splines for use in computer graphics and geometric modelling. San Francisco: Morgan Kaufmann. 1998.
9. Роджерс Д., Адамс Дж. Математические основы машинной графики. М.: Мир. 2001.
10. Ansys HFSS [Электронный ресурс] / URL: https://www.ansys.com.