ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2026. №7

УДК: 621.396.674

исследование характеристик
Двухдиапазонной ненаправленной антенны
с высокоимпедансной поверхностью

С.В. Дударев

Южно-Уральский государственный университет,
454080, Челябинск, проспект Ленина, 76

Статья поступила в редакцию 29 мая 2026 г.

Аннотация. Активное развитие малогабаритных подвижных объектов и мобильных радиотехнических систем в последнее время обозначило проблему создания компактных широкополосных и многодиапазонных ненаправленных антенн. В статье предложена новая компактная двухдиапазонная ненаправленная антенна с горизонтальной поляризацией, представляющая собой многослойную структуру из трех печатных плат. Для снижения габаритов антенны вместо сплошного экрана в ее конструкции применяется высокоимпедансная поверхность или EBG (Electomagnetic Band Gap) структура. В результате электродинамического моделирования рассчитаны основные характеристики предложенной антенны. Также в статье представлены результаты исследования влияния основных геометрических параметров высокоимпедансной поверхности на КСВН, коэффициент усиления и диаграмму направленности антенны. Установлено, что применение высокоимпедансной поверхности вместо экрана позволило уменьшить расстояние между экранирующей поверхностью и платой с излучающими элементами на 18 % без ухудшения КСВН. В результате расчетов определено, что антенна работает в двух диапазонах частот, относительная ширина которых по уровню КСВН = 2 составляет 45,4 и 17,8 %. Это позволяет использовать антенну для различных задач, например, для обеспечения беспроводной передачи данных и мобильной связи в диапазонах 2-5G.

Ключевые слова: ненаправленная антенна, многослойная антенна, двухдиапазонная антенна, горизонтальная поляризация, уменьшение габаритов антенны, высокоимпедансная поверхность, EBG-структура, грибовидный элемент.

Финансирование: грантовая программа Виктора Христенко «Шаг в будущее» (договор пожертвования № 240425 от 25.04.2024).

Автор для переписки: Дударев Святослав Валерьевич, dudarev.svyatoslav@yandex.ru

Литература

1. Wang Z. D. et al. Design of a wideband horizontally polarized omnidirectional antenna with mutual coupling method //IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2015. – Т. 63. – №. 7. – С. 3311-3316. https://doi.org/10.1109/TAP.2015.2429733

2. See T. S. P., Qing X., Chen Z. N. A wideband horizontally polarized omnidirectional antenna //2015 IEEE 4th Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation (APCAP). – IEEE, 2015. – С. 294-295. https://doi.org/10.1109/APCAP.2015.7374378

3. Chizhik D., Ling J., Valenzuela R. A. The effect of electric field polarization on indoor propagation //ICUPC'98. IEEE 1998 International Conference on Universal Personal Communications. Conference Proceedings (Cat. No. 98TH8384). – IEEE, 1998. – Т. 1. – С. 459-462. https://doi.org/10.1109/ICUPC.1998.733020

4. Ye L. H. et al. Broadband horizontally polarized omnidirectional antenna array for base-station applications //IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2019. – Т. 67. – №. 4. – С. 2792-2797. https://doi.org/10.1109/TAP.2019.2894030

5. Quan X. L. et al. Development of a broadband horizontally polarized omnidirectional planar antenna and its array for base stations //Progress In Electromagnetics Research. – 2012. – Т. 128. – С. 441-456. http://dx.doi.org/10.2528/PIER12042405

6. Cai X., Sarabandi K. A compact broadband horizontally polarized omnidirectional antenna using planar folded dipole elements //IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2015. – Т. 64. – №. 2. – С. 414-422. https://doi.org/10.1109/TAP.2015.2504457

7. Wei K., Zhang Z., Feng Z. Design of a wideband horizontally polarized omnidirectional printed loop antenna //IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. – 2012. – Т. 11. – С. 49-52. https://doi.org/10.1109/LAWP.2012.2182670

8. Liu T. et al. Cylindrical ring dielectric loaded horizontally polarized omnidirectional antenna for wideband radiation //AEU-International Journal of Electronics and Communications. – 2018. – Т. 90. – С. 123-129. https://doi.org/10.1016/j.aeue.2018.04.006

9. Yu Y., Jolani F., Chen Z. A wideband omnidirectional horizontally polarized antenna for 4G LTE applications //IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. – 2013. – Т. 12. – С. 686-689. https://doi.org/10.1109/LAWP.2013.2264545

10. Yu J. et al. A novel stacked patch antenna with dual band and diverse pattern characteristics //Microwave and Optical Technology Letters. – 2020. – Т. 62. – №. 1. – С. 453-465. https://doi.org/10.1002/mop.32036

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. – Т. 58. – №. 5. – С. 1117-1121. https://doi.org/10.1002/mop.29745

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. – Т. 8. – С. 966-969. https://doi.org/10.1109/LAWP.2009.2030135

13. Дударев С. В. и др. Двухдиапазонная всенаправленная печатная антенна с комбинированным возбуждением //Радиотехника. – 2022. – №. 3. – С. 124-133. https://doi.org/10.18127/j00338486-202203-12

14. Дударев C. В., Клыгач Д. С. Экспериментальное и численное моделирование двухдиапазонной всенаправленной печатной антенны //Антенны. – 2023. – № 3. – С. 26–36. https://doi.org/10.18127/j03209601-202303-03

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

16. Стаценко Л. Г. и др. Применение метаматериалов в антенных устройствах цифровых систем связи //Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 1. – С. 1684-1719.2024. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.1.2

17. Мусаев М. М. О., Кисель Н. Н. Исследование характеристик антенны на основе метаматериала //Известия Южного федерального университета. Технические науки. – 2017. – №. 6 (191). – С. 249-258. https://doi.org/10.23683/2311-3103-2017-6-249-258

18. 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). – IEEE, 2014. – С. 442-446. https://doi.org/10.1109/ICSPCT.2014.6884952

19. 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.

20. Sydoruk O. et al. Analytical formulation for the resonant frequency of split rings //Journal of applied physics. – 2009. – Т. 105. – №. 1. https://doi.org/10.1063/1.3056052

21. Shamonin M. et al. Properties of a metamaterial element: Analytical solutions and numerical simulations for a singly split double ring //Journal of Applied Physics. – 2004. – Т. 95. – №. 7. – С. 3778-3784. https://doi.org/10.1063/1.1652251

22. Shamonin M. et al. Resonant frequencies of a split‐ring resonator: Analytical solutions and numerical simulations //Microwave and optical technology letters. – 2005. – Т. 44. – №. 2. – С. 133-136. https://doi.org/10.1002/mop.20567

23. Zaid J. et al. Miniaturized microstrip patch antenna using Electromagnetic Band Gap (EBG) structures for multiport passive UHF RFID-tag applications //2017 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting. – IEEE, 2017. – С. 2459-2460. https://doi.org/10.1109/APUSNCURSINRSM.2017.8073272

24. Díaz A. M. S., Galaz-Larios M. C., Ramírez-García E. Analysis and design of electromagnetic band gap structures with application in planar antennas //2017 42nd International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz). – IEEE, 2017. – С. 1-2. https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2017.8067190

25. MohamadIsa M. S., Langley R. J., Khamas S. Antenna pattern diversity using EBG //2010 Loughborough Antennas & Propagation Conference. – IEEE, 2010. – С. 325-328. https://doi.org/10.1109/LAPC.2010.5666028

26. Kovacs P., Urbanec T. Electromagnetic Band Gap Structures: Practical Tips and Advice for Antenna Engineers //Radioengineering. – 2012. – Т. 21. – №. 1.

27. Alsudani A., Marhoon H. M. Design and Enhancement of Microstrip Patch Antenna Utilizing Mushroom Like-EBG for 5G Communications //J. Commun. – 2023. – Т. 18. – №. 3. – С. 156-163. https://doi.org/10.12720/jcm.18.3.156-163

28. Abdulhameed M. K. et al. Mushroom-like EBG to improve patch antenna performance for C-band satellite application //International Journal of Electrical and Computer Engineering. – 2018. – Т. 8. – №. 5. – С. 3875. https://doi.org/10.11591/ijece.v8i5.pp3875-3881

29. Sievenpiper D. F. High-impedance electromagnetic surfaces. – University of California, Los Angeles, 1999.

30. Yang F., Rahmat-Samii Y. Microstrip antennas integrated with electromagnetic band-gap (EBG) structures: A low mutual coupling design for array applications //IEEE transactions on antennas and propagation. – 2003. – Т. 51. – №. 10. – С. 2936-2946. https://doi.org/10.1109/TAP.2003.817983

31. Yamini S., Panjavarnam B. Microstrip patch antenna integrated with EBG //2017 2nd International Conference on Computing and Communications Technologies (ICCCT). – IEEE, 2017. – С. 41-45. https://doi.org/10.1109/ICCCT2.2017.7972240

32. Rangasai K. et al. Performance Comparison of Various EBG Structures. – 2022. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1603319/v1

33. Chen S. et al. Study on radiation performances of dipole antenna with diamond‐structure EBG substrate fabricated by 3D printing technique //International Journal of Applied Ceramic Technology. – 2018. – Т. 15. – №. 5. – С. 1095-1099. https://doi.org/10.1111/ijac.12872

Для цитирования:

Дударев С.В. Исследование характеристик двухдиапазонной ненаправленной антенны с высокоимпедансной поверхностью. // Журнал радиоэлектроники. – 2026. – №. 7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.7.3