ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №8

УДК: 621.396.677.31

РАЗРАБОТКА НАПРАВЛЕННОЙ ДВУХДИАПАЗОННОЙ
АНТЕННЫ ДЛЯ НАЗЕМНОГО ТЕРМИНАЛА СВЯЗИ БЕСПИЛОТНЫХ
АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМ

М. С. Шишкин

АО «ЭЙРБУРГ»
620063, Екатеринбург, ул. 8-марта 49, этаж 3

Статья поступила в редакцию 25 декабря 2024 г.

Аннотация. В статье рассмотрены методы расширения рабочей полосы частот микрополосковых антенн. На основе комбинации методов с добавлением пассивных элементов в одной плоскости с активным излучателем и над ним и их оптимального расположения относительно друг друга предложена конструкция двухдиапазонной направленной антенны. Антенна согласована в двух широких поддиапазонах по уровню коэффициента отражения от входа (модуля S₁₁) не выше минус 10 дБ: 866-1015 МГц или 16 % и 2050-2835 МГц или 32 % (один вход с сопротивлением 50 Ом). При этом конструкция позволяет формировать направленное излучение с коэффициентом усиления в направлении максимального излучения от 9 до 11 дБи в нижнем частотном поддиапазоне и от 11 до 14 дБи в верхнем. Поляризация антенны – линейная, с высоким уровнем кроссполяризационной развязки – не менее 40 дБ. Максимум диаграммы направленности антенны смещен в угломестной плоскости, при этом ее форма обеспечивает покрытие в верхней полусфере. Все элементы антенны изготавливаются из листового металла (нержавеющей стали) и крепятся друг другу с помощью стальных или латунных стоек, что делает конструкцию очень прочной. В статье приводится методика проектирования предложенной антенны, результаты ее моделирования и экспериментальных исследований, выполненных на изготовленном образце. Изготовленная антенна имеет компактный размер (0,8λ_max×0,8λ_max×0,07λ_max) и небольшой вес (не более 750 г). Антенна, в первую очередь, применима в системах беспроводной связи беспилотных авиационных систем в качестве антенны наземного терминала управления беспилотным летательным аппаратом.

Ключевые слова: сверхширокополосная антенна, многодиапазонная антенна, стабильная форма диаграммы направленности, высокий коэффициент усиления, антенна наземного терминала связи БАС.

Финансирование: работа выполнена на основе инициативной НИР, финансируемой АО «ЭЙРБУРГ».

Автор для переписки: Шишкин Михаил Сергеевич, m.shishkin@air-burg.ru

Литература

1. Harte L. Introduction to mobile telephone systems, 1G, 2G, 2.5 G, and 3G technologies and services. – Althos, 2006.

2. Rahnema M., Dryjanski M. From LTE to LTE-Advanced Pro and 5G. – Artech House, 2017.

3. Agrawal D. P., Zeng Q. A., Agrawal D. P. Introduction to wireless and mobile systems. – UK : Thomson, 2006.

4. Kanatas A. G., Nikita K. S., Mathiopoulos P. T. (ed.). New directions in wireless communications systems: from mobile to 5G. – CRC Press, 2017.

5. Chen Z. N., Luk K. M. Antennas for base stations in wireless communications. – McGraw-Hill, 2009.

6. Sabban A. (ed.). Wearable systems and antennas technologies for 5G, IOT and medical systems. – CRC Press, 2020.

7. Shishkin M. S. Wideband High-Gain Dual-Polarized Antenna for 5G Communications // 2021 XV International Scientific-Technical Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering (APEIE). – IEEE, 2021. – С. 311-316.

8. Shishkin M. S. Research of a wideband dual-polarization microstrip antenna array on a suspended substrate with irregular arrangement of elements //2024 IEEE 25th International Conference of Young Professionals in Electron Devices and Materials (EDM). – IEEE, 2024. – С. 630-635.

9. Zeng Y. et al. (ed.). UAV Communications for 5G and Beyond. – John Wiley & Sons, 2020.

10. Saad W. et al. Wireless communications and networking for unmanned aerial vehicles. – Cambridge University Press, 2020.

11. Shishkin M. S., Shabunin S. N. Analysis of Various Designs of Wideband Patch Antennas // 2022 IEEE International Multi-Conference on Engineering, Computer and Information Sciences (SIBIRCON). – IEEE, 2022. – P. 1190–1193.

12. Wi S. H., Lee Y. S., Yook J. G. Wideband microstrip patch antenna with U-shaped parasitic elements //IEEE transactions on antennas and propagation. – 2007. – Т. 55. – №. 4. – С. 1196-1199.

13. Najeeb D. et al. Design and simulation of wideband Microstrip patch antenna for RFID applications //2016 HONET-ICT. – IEEE, 2016. – С. 84-87.

14. Boufrioua A. (ed.). Microstrip antennas modeling for recent applications. – Nova Science Publishers, Incorporated, 2016.

15. Chen Z. N. et al. Handbook of antenna technologies. – Springer Publishing Company, Incorporated, 2016.

16. Kumar G., Ray K. P. Broadband microstrip antennas. – Artech house, 2002.

17. Kim S. W., Yu H. G., Choi D. Y. Analysis of patch antenna with broadband using octagon parasitic patch //Sensors. – 2021. – Т. 21. – №. 14. – С. 4908.

18. Cao W. Q., Hong W. Bandwidth and gain enhancement for probe-fed CP microstrip antenna by loading with parasitical patches //Progress In Electromagnetics Research Letters. – 2016. – Т. 61. – С. 47-53.

19. Legay H., Shafai L. New stacked microstrip antenna with large bandwidth and high gain //IEE Proceedings-Microwaves, Antennas and Propagation. – 1994. – Т. 141. – №. 3. – С. 199-204.

20. Balanis C. A. Modern antenna handbook. – John wiley & sons, 2008.

21. Shishkin M. S. Bandwidth enhancement methods analysis for high-gain stacked microstrip antenna //Progress In Electromagnetics Research B. – 2024. – Т. 107. – С. 19-31.

22. Shishkin M. S. Ultrawideband High-Gain Stacked Microstrip Antenna with Modified E-Shaped Active Exciter and Four Single-Sided Bowtie Passive Elements //Progress In Electromagnetics Research B. – 2024. – Т. 109. – С. 1-16.

23. Garg R. Microstrip antenna design handbook. – Artech house, 2001.

24. Zhang X., Zhu L. Gain-enhanced patch antennas with loading of shorting pins //IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2016. – Т. 64. – №. 8. – С. 3310-3318.

25. Balanis C. A. Antenna theory: analysis and design. – John wiley & sons, 2015.

Для цитирования:

Шишкин М.С. Разработка направленной двухдиапазонной антенны для наземного терминала связи беспилотных авиационных систем. // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.8.12