Улучшение согласования двухдиапазонной PIFA-антенны на основе теории характеристических мод
- 1,2,3 Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (г. Томск, Россия)
Аннотация
Постановка проблемы. Повсеместное использование носимых мобильных устройств предъявляет высокие требования к антеннам с малыми габаритными размерами, низкой себестоимостью и простой конструкцией. В наибольшей степени данным требованиям удовлетворяют PIFA-антенны. Для их модернизации с использованием метода характеристических мод применяют различные технические приемы: дефекты заземляющего слоя, дополнительные изогнутые элементы или щелевые прорези в патче. Указанные методы позволяют улучшить характеристики антенны, однако существенно усложняют конструкцию, что снижает технологичность при массовом производстве. В отличие от указанных подходов, предлагается методика, не требующая введения дополнительных элементов.
Цель. Разработать методику расширения полосы согласования в высокочастотном диапазоне двухдиапазонных PIFA-антенн c использованием теории характеристических мод.
Результаты. Решена задача расширения полосы согласования двухдиапазонной PIFA-антенны с использованием методики теории характеристических мод. По результатам электродинамического моделирования в программном обеспечении CST Studio Suite достигнуто согласование антенны в диапазоне частот от 1,89 до 1,93 ГГц c минимальным значением |S11| = – 46 дБ, при этом коэффициент усилении и диаграмма направленности антенны остаются без существенных изменений.
Практическая значимость. Полученные результаты позволяют сформировать алгоритм проектирования двухдиапазонных PIFA-антенн, в том числе для разных частотных диапазонов, при сохранении высоких требований к габаритным размерам и энергоэффективности. Предложенный подход позволяет проектировать двухдиапазонные PIFA-антенны без усложнения конструкции, что снижает трудоемкость изготовления и себестоимость.
- Поступила
- 15.06.2026
- Одобрена
- 03.08.2026
- Принята
- 01.09.2026
Для цитирования
Фам В.Л., Данг Т.Ф., Костелецкий В.П. Улучшение согласования двухдиапазонной PIFA-антенны на основе теории характеристических мод // Электромагнитные волны и электронные системы. 2026. Т. 31. № 5. С. 99−111. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202605-10
Список источников
- Ищенко Е.А., Пастернак Ю.Г., Пендюрин В.А., Федоров С.М. Многодиапазонная патч-антенна на основе активного метаматериала // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2022. Т. 18. № 3. С. 113–116. DOI 10.36622/VSTU.2022.18.3.016.
- Xiong J., Li H., Jin Y. Modified TM020 mode of a rectangular patch antenna partially loaded with metamaterial for dual-band applications // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2009. V. 8. P. 1006–1009. DOI 10.1109/LAWP.2009.2030771.
- Hoang T.V., Le T.T., Li Q.Y. Quad-band circularly polarized antenna for 2.4/5.3/5.8 GHz WLAN and 3.5 GHz WiMAX applications // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2016. V. 15. P. 1032–1035.
- Sahil S., Satbir S., Naveen K. A Review of Various Planar Inverted F- Antenna (PIFA) Structures for Wireless Applications // Journal of Electrical & Electronics Engineering. 2015. V. 2. P. 63–65.
- Renit C., Raj T.A.B., Beaula C.A. A Review on the Design of Inverted F-Antenna for Bluetooth, Wi-Fi, WiMAX and Zigbee Applications // Wireless Personal Communications. 2024. V. 134. P. 953–973. DOI 10.1007/s11277-024-10940-8.
- Карлов А.В., Коршунов С.А., Котков К.В., Нарышкин И.М., Обшитиков А.И. Сравнительная оценка вариантов реализации парциальных излучателей для антенных систем городских радиоцентров при жестких ограничениях на условия размещения // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 6. С. 124–129. DOI 10.18127/j00338486-202306-16.
- He Z.X., Francesco F., Chao H. A Systematic Workflow for the Design and System-Level Integration of a 2.1 GHz PIFA Antenna Using AWR // Frontiers in Computing and Intelligent Systems. 2025. V. 13. P. 20–23. DOI 10.54097/yrnbn480.
- Sharavanapavan S, Wickramasinghe S., Bandara D.R.M.T.N. Bandwidth enhancement of PIFA antennas for wireless applications by ground plane optimization // International Research Conference of the Open University of Sri Lanka. 2025. P. 480–484. DOI 10.65646/3rc20dms3a0480.
- Wang Y., Ding Z., Yu J., Cao J., Wang H., Chia M.Y.-W., Nasimuddin N. Metasurface-based circularly polarised antenna: enhanced bandwidth with characteristic mode analysis and symmetric branch design // IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2024. V. 18. № 12. P. 974–984. DOI 10.1049/mia2.12516.
- Kollipara V., Peddakrishna S. Quad-Port Circularly Polarized MIMO Antenna with Wide Axial Ratio // Sensors. 2022. V. 22. P. 7972. DOI 10.3390/s22207972.
- La D.-S., Zhang C., Jiang T.-X., Li L.-Q., Qu M.-J. Radiation pattern reshaping designs for slot antenna based on the third-order mode // International Journal of Electronics and Communications. 2023. V. 170. P. 154814. DOI 10.1016/j.aeue.2023.154814.
- Elias B.B.Q., Soh P.J., Al-Hadi A.A., Akkaraekthalin P., Vandenbosch G.A.E. Bandwidth optimization of a textile PIFA with DGS using characteristic mode analysis // Sensors. 2021. V. 21. P. 2516. DOI 10.3390/s21072516.
- Rao S.-L. Design of a dual-band folded patch PIFA antenna using characteristic mode analysis // Proceedings of the IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and USNC-URSI Radio Science Meeting (APS/URSI). Singapore. 2021. P. 1781–1782. DOI 10.1109/APS/URSI47566.2021.9704124.
- Yan S., Hu X., Zhang J., Kong L., Vandenbosch G.A.E. Design of a dual–band wearable planar inverted-F antenna based on characteristic mode theory // Proceedings of the 12th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2018). London. 2018. P. 1–3. DOI 10.1049/cp.2018.0452.
- Harrington R.F., Mautz J.R. Computation of characteristic modes for conducting bodies // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1971. V. 19. № 5. P. 629–639. DOI 10.1109/TAP.1971.1139990.