ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2025, № 2 · РАДИОТЕХНИКА

Применение микрополосковых и фрактальных антенн на основе метаматериалов в цифровых системах связи для повышения их энергоэффективности

Д.С. Север1, Я.С. Дронин1, Л.Г. Стаценко1, А.Ю. Родионов1, М.В. Бернавская1

1 Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2025.2.14 УДК 520.628 EDN LPIZYK

Аннотация

Исследована возможность применения метаматериалов в конструкции микрополосковых и фрактальных антенн. Рассмотренные в работе вариации внедрения метаматериалов позволяют добиться повышенной энергоэффективности цифровых систем связи, что дает возможность создавать устройства с улучшенными характеристиками и расширенными функциональными возможностями. Были смоделированы различные варианты микрополосковых и фрактальных антенных устройств при помощи программного обеспечения CST Studio, которые соответствуют современным требованиям к оптимизации размеров и улучшению параметров излучения. В работе рассматриваются две структуры: разорванный кольцевой резонатор (SRR) и комплементарный резонатор с разъёмными кольцами (CSRR). Рассмотрена возможность применения исследуемых антенн в стандартах 5G, Wi-Fi (2,4 ГГц, 5 ГГц, стандарт 6E), показаны преимущества использования метаматериалов и фрактальных геометрий на основе метаматериалов для повышения энергоэффективности и помехоустойчивости цифровых систем связи.

  • квадратный резонатор с разрезным кольцом
  • метаматериал
  • патч-антенна
  • фрактальные антенны
  • резонансные свойства
  • рабочая частота
  • коэффициент отражения
  • комплементарный резонатор с разъемными кольцами
  • композитные структуры
Abstract (in English)

The use of microstrip and fractal antennas based on metamaterials in digital communication systems to increase their energy efficiency

The possibility of using metamaterials in the construction of microstrip and fractal antennas is investigated. The variations of the introduction of metamaterials considered in the work make it possible to achieve increased energy efficiency of digital communication systems, which makes it possible to create devices with improved characteristics and expanded functionality. Various variants of microstrip and fractal antenna devices were modeled using CST Studio software, which meet modern requirements for optimizing the size and improving radiation parameters. The paper considers two structures: a torn ring resonator (SRR) and a complementary resonator with detachable rings (CSRR). The possibility of using the studied antennas in 5G, Wi-Fi standards (2.4 GHz, 5 GHz, 6E standard) is considered, the advantages of using both metamaterials and fractal geometries to increase energy efficiency and noise immunity of digital communication systems are shown.

Для цитирования

Север Д.С., Дронин Я.С., Стаценко Л.Г., Родионов А.Ю., Бернавская М.В. Применение микрополосковых и фрактальных антенн на основе метаматериалов в цифровых системах связи для повышения их энергоэффективности // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – № 2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.2.14

Литература

  1. Стаценко Л.Г., Пуговкина О.А. Метаматериалы в системах СВЧ. - 2014.
  2. Satarkar P.R., Lohani R.B. Characterization of metamaterial based patch antenna for worldwide interoperability for microwave access application //Bulletin of Electrical Engineering and Informatics. - 2022. - Т. 11. - №. 5. - С. 2687-2695. https://doi.org/10.11591/eei.v11i5.4149
  3. Krzysztofik W.J., Cao T.N. Metamaterials in application to improve antenna parameters //Metamaterials and metasurfaces. - 2018. - Т. 12. - №. 2. - С. 63-85. http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.80636
  4. Семченко И. и др. Метаматериалы и метаповерхности //Наука и инновации. - 2020. - №. 8 (210). - С. 23-27. https://doi.org/10.29235/1818-9857-2020-8-23-27
  5. Стаценко Л.Г., Пуговкина О.А., Мансуров Ю.Н. Влияние геометрических размеров включений из цветных металлов на резонансные свойства устройств СВЧ //Цветные металлы. - 2015. - №. 12. - С. 71-76. https://doi.org/10.17580/tsm.2015.12.13
  6. Махьюб Х.Е.А., Кисель Н.Н. Оценка эффективности применения метаматериала в разработках микрополосковых антенн на основе LTCC-технологии //Известия Южного федерального университета. Технические науки. - 2019. - №. 3 (205). - С. 179-190. https://doi.org/10.23683/2311-3103-2019-3-179-90
  7. Kaur P., Bansal S., Kumar N. SRR metamaterial-based broadband patch antenna for wireless communications //Journal of Engineering and Applied Science. - 2022. - Т. 69. - №. 1. - С. 47. https://doi.org/10.1186/s44147-022-00103-6
  8. Стаценко Л.Г. и др. Применение метаматериалов в антенных устройствах цифровых систем связи //Журнал радиоэлектроники. - 2024. - №. 1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.1.2
  9. Kumar S., Singh H. A comprehensive review of metamaterials/metasurface-based MIMO antenna array for 5G millimeter-wave applications //Journal of Superconductivity and Novel Magnetism. - 2022. - Т. 35. - №. 11. - С. 3025-3049. https://doi.org/10.1007/s10948-022-06408-0