C. В. Дударев1
1 Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет) (г. Челябинск, Россия)

1 dudarevsv@susu.ru

Постановка проблемы. В последнее время стремительно развиваются различные системы беспроводной передачи данных, что связано с появлением нового поколения сотовой связи, совершенствованием разнообразных подвижных объектов и т.д. Расширение спектра задач, в которых требуется беспроводная передача данных, привело к значительному увеличению числа используемых диапазонов частот. В связи с этим для каждой новой задачи требуется разрабатывать свое излучающее устройство, что значительно увеличивает сроки разработки и стоимость изделия. Поэтому возрастает интерес к антеннам, работающим в нескольких диапазонах частот одновременно. Таким образом, актуальной проблемой в настоящее время является разработка антенн, способных работать в двух и более диапазонах частот. Решение этой проблемы позволит расширить применимость антенн для современных задач.

Цель. Разработать и исследовать планарную структуру для улучшения согласования двухдиапазонной ненаправленной печатной антенны с фидером в рабочих диапазонах, ширина которых не менее 45 и 15%.

Результаты. Разработана многослойная печатная антенна, состоящая из трех вертикально расположенных плат. Отмечено, что первая и вторая платы в совокупности представляют собой двухдиапазонную ненаправленную антенну с горизонтальной поляризацией, а третья плата содержит четыре набора планарных элементов, каждый из которых состоит из пяти кольцевых разомкнутых резонаторов различного размера. По результатам расчетов установлено, что предложенная антенна работает в диапазонах 1671–2678 и 4360–5192 МГц (по уровню КСВН = 2). Установлено, что применение третьего слоя с различными планарными кольцевыми резонаторами позволило снизить значение КСВН в максимумах в рабочих диапазонах частот: в первом диапазоне – на 20%, а во втором – на 36%.

Практическая значимость. Ширина рабочих диапазонов частот в 46,3 и 17,4% позволяет использовать предложенную антенну в качестве самостоятельной приемопередающей антенны или элемента ненаправленной антенной решетки для беспроводной передачи данных, например, для сотовой связи в диапазонах 1710–2690 МГц (2–4G, LTE) и 4400–5000 МГц (n79 5G).

Дударев C.В. Двухдиапазонная ненаправленная многослойная антенна // Антенны. 2026. № 4. С. 29–41. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j03209601-202604-04

1. Chizhik D., Ling J., Valenzuela R.A. The effect of electric field polarization on indoor propagation // Proceedings of IEEE 1998 International Conference on Universal Personal Communications. 1998. V. 1. P. 459–462.
2. 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.
3. Quan X.L., Li R.L., Wang J.Y., Cui Y.H. Development of a broadband horizontally polarized omnidirectional planar antenna and its array for base stations // Progress In Electromagnetics Research. 2012. V. 128. P. 441–456.
4. 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.
5. Wei K., Zhang Z., Feng Z. Design of a wideband horizontally polarized omnidirectional printed loop antenna // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2012. V. 11. P. 49–52.
6. Liu T., Yang H., He Y., Lu J. Cylindrical ring dielectric loaded horizontally polarized omnidirectional antenna for wideband radiation // International Journal of Electronics and Communications. 2018. V. 90. P. 123–129.
7. Yu Y., Jolani F., Chen Z. A wideband omnidirectional horizontally polarized antenna for 4G LTE applications // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2013. V. 12. P. 686–689.
8. Wang Z.-D., Yin Y.-Z., Yang X., Wu J.-J. Design of a wideband horizontally polarized omnidirectional antenna with mutual coupling method // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2015. V. 63. № 7. P. 3311–3316.
9. See T.S.P., Qing X., Chen Z.N. A wideband horizontally polarized omnidirectional antenna // IEEE 4th Asia Pacific Conference on Antennas and Propagation. 2015. P. 294–295.
10. Yu J., Sun Y., Fang H., Li F. A novel stacked patch antenna with dual band and diverse pattern characteristics // Microwave and Optical Technology Letters. 2019. P. 453–465.
11. Park J.S., Choi H.-K., Oh J.-H. The design of a dual band omnidirectional horizontally polarized antenna with arc-shaped lines and overlapping lines // Microwave and Optical Technology Letters. 2016. V. 58. № 5. P. 1117–1121.
12. Ahn C.-H., Oh S.-W., Chang K. A dual-frequency omnidirectional antenna for polarization diversity of MIMO and wireless communication applications // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2009. V. 8. P. 966–969.
13. Дударев С.В., Даровских С.Н., Дударев Н.В., Фомин Д.Г. Двухдиапазонная всенаправленная печатная антенна с комбинированным возбуждением // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 3. С. 124–133.
14. Дударев C.В., Клыгач Д.С. Экспериментальное и численное моделирование двухдиапазонной всенаправленной печатной антенны // Антенны. 2023. № 3. С. 26–36.
15. Вендик И.Б., Вендик О.Г. Метаматериалы и их применение в технике сверхвысоких частот (Обзор) // Журнал технической физики. 2013. Т. 83. Вып. 1. C. 3–28.
16. Авдюшин А.С., Власов М.Ю., Пастернак Ю.Г. Применение метаматериалов в антенной технике // Вестник ВГТУ. 2013. Т. 9. Вып. 3-1. C. 132–135.
17. Бузов А.Л., Клюев Д.С., Нещерет А.М., Неганов В.А. Перспективы использования метаматериалов в антеннах нового поколения // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2017. № 3. С. 15–20.
18. Селезнев А.Д., Пачурин Г.В., Галка А.Г. Разработка электрически малых антенн с применением метаматериала // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2017. № 9. С. 39–44.
19. Shamonin M., Shamonina E., Kalinin V., Solymar L. Properties of a metamaterial element: Analytical solutions and numerical simulations for a singly split double ring // Journal of Applied Physics. 2004. V. 95. № 7. P. 3778–3784.
20. Shamonin M., Shamonina E., Kalinin V., Solymar L. Resonant frequencies of a split-ring resonator: Analytical solutions and numerical simulations // Microwave and Optical Technology letters. 2005. V. 44. № 2. P. 133–136.
21. Патент № 217561 РФ. Многослойная двухдиапазонная всенаправленная печатная антенна / С.В. Дударев, Д.С. Клыгач. Опубл. 05.04.2023. Бюл. № 10.
22. 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.
23. Стаценко Л.Г., Смирнова М.М., Север Д.С., Дронин Я.С. Применение метаматериалов в антенных устройствах цифровых систем связи // Журнал радиоэлектроники. 2024. № 1.
24. Мусаев М.М., Кисель Н.Н. Исследование характеристик антенны на основе метаматериала // Известия ЮФУ. Технические науки. 2017. № 6. С. 249–258.
25. Behera S.S., Sahu S. Frequency reconfigurable antenna inspired by metamaterial for WLAN and WiMAX application // 2014 International Conference on Signal Propagation and Computer Technology (ICSPCT). 2014. P. 442–446.
26. Ziolkowski R.W., Erentok A. Metamaterial-based efficient electrically small antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2006. V. 54. № 7. P. 2113–2130.
27. Ziolkowski R.W., Kipple A. Application of double negative metamaterials to increase the power radiated by electrically small antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2003. V. 51. № 10. P. 2626–2640.
28. Ziolkowski R.W., Erentok A. A path to an efficient electrically small antenna: a dipole antenna enclosed in a double negative (DNG) or a single-negative (SNG) metamaterial spherical shell // Proceedings of Symposium on Antennas and Propagation. Seoul, South Korea. 2005.
29. Sydoruk O., Tatartschuk E., Shamonina E., Solymar L. Analytical formulation for the resonant frequency of split rings // Journal of Applied Physics. 2009. V. 105. № 1.
30. Leferink F.B.J. Inductance calculations: experimental investigations // Proceedings of Symposium on Electromagnetic Compatibility. 1996. P. 235–240.
31. Leferink F.B.J. Inductance calculations: methods and equations // Proceedings of International Symposium on Electromagnetic Compatibility. 1995. P. 16–22.
32. Leferink F.B.J. Preventing electromagnetic interference from integrated circuits and printed circuit boards using computer simulation // Report EL BSC 92N138. Twente University of Technology. 1992.