Синтез та моделювання планарної антенної решітки патч-антен для бездоротових засобів інформаційно-вимірювальних систем
DOI:
https://doi.org/10.31649/1681-7893-2026-51-1-347-357Ключові слова:
бездротовий засіб, інформаційно-вимірювальна система, патч-антена, планарна антена решітка, комп’ютерне моделювання, ANSYS Student.Анотація
У роботі здійснено синтез та модельне дослідження планарної антенної решітки на основі патч-антен для застосування у бездротових засобах інформаційно-вимірювальних систем. Було аналізовано актуальні тенденції розвитку мікросмужкових патч-антен, розглянуто їх конструктивні варіанти, підходи до мініатюризації та принципи формування антенних решіток для бездоротових засобів інформаційно-вимірювальних систем. Синтезовано та модельно досліджено одиничний елемент патч-антени на робочу частоту 2,4 ГГц. Сформульовано вимоги до планарної антенної решітки бездротових засобів інформаційно-вимірювальних систем і визначено ключові обмеження, пов’язані з діапазоном робочих частот, ефективністю, габаритами та електромагнітною сумісністю з іншими вузлами засобів. Запропоновано варіант компактної планарної антенної решітки, розроблено тривимірну модель патч-елемента та структуру її живлення. Чисельне дослідження виконано із застосуванням ANSYS Student 2025. У статті представлено результати синтезу та моделювання планарної антенної решітки патч-антен із коаксіальними фідерами розмірністю 8×8 елементів, розрахованої для роботи на частоті 2,4 ГГц. Отримано високий коефіцієнт підсилення 22,44 дБі та сформовано гостроспрямовану діаграму випромінювання з мінімальними бічними пелюстками, що забезпечує ефективну передачу сигналу. Дослідження показали робочу смугу пропускання близько 33 МГц та стабільність характеристик у межах цієї смуги. Підтверджено належне узгодження імпедансу (втрати на відбиття менше -10 дБ), що свідчить про високу ефективність передачі потужності.
Посилання
Saeed, M. A., & Nwajana, A. O. (2024). A review of beamforming microstrip patch antenna array for future 5G/6G networks. Frontiers in Mechanical Engineering, 9. https://doi.org/10.3389/fmech.2023.1288171
Sudhakar, K., Harshita, B., Indumathi, R., Infant Bena, B., Janani, B. C., & Meha, T. (2025). Design and Simulation of a 2x2 Microstrip Patch Antenna Array for a Wireless Communication System. In 2025 6th International Conference on Inventive Research in Computing Applications (ICIRCA), 25-27 June 2025, Coimbatore, India, pp. 253–257. IEEE. https://doi.org/10.1109/icirca65293.2025.11089900
L. Goshu, A., T. Gemeda, M., & A. Fante, K. (2022). Planar Microstrip Patch Antenna Arrays with Semi-elliptical Slotted Patch and ground Structure for 5G Broadband Communication Systems. Cogent Engineering, 9(1). https://doi.org/10.1080/23311916.2022.2069069
Semenov, A. O., Semenova, O. O., Pinaiev, B. O., Kulias, R. O., & Shpylovyi, O. O. (2022). Flexible two-band lte antenna for radio-frequency access technologies for wearable devices of wireless info-communication and sensor networks. Scientific Notes of Taurida National V.I. Vernadsky University. Series: Technical Sciences, (4), 32–38. https://doi.org/10.32838/2663-5941/2022.4/07
Yeo, J., & Lee, J.-I. (2023). Gain Enhancement of Microstrip Patch Array Antennas Using Two Metallic Plates for 24 GHz Radar Applications. Electronics, 12(7), 1512. https://doi.org/10.3390/electronics12071512
LAI, Q., & PAN, Y. (2022). A Wideband Self‐Decoupled Microstrip Patch Antenna Array Using Characteristic Modes of Ground Plane. Chinese Journal of Electronics, 31(6), 1161–1172. https://doi.org/10.1049/cje.2022.00.249
Tiwari, R., Sharma, R., & Dubey, R. (2023). 2X2 & 4X4 dumbbell shape microstrip patch antenna array design for 5G Wi-Fi communication application. Materials Today: Proceedings. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.03.348
Asaduddin, M., Seif Shah, S., & Asim Siddiqui, M. (2023). Design of Microstrip Patch Antenna Array. International Journal of Wireless and Microwave Technologies, 13(3), 39–48. https://doi.org/10.5815/ijwmt.2023.03.04
Semenov, A., Semenova, O., Pinaiev, B., Kulias, R., & Shpylovyi, O. (2022). Development of a flexible antenna-wristband for wearable wrist-worn infocommunication devices of the LTE standard. Technology Audit and Production Reserves, 3(1(65)), 20–26. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2022.261718
Byford, J. A., Park, K. Y., Chahal, P., & Rothwell, E. J. (2015). Frequency reconfigurable patch antenna array. Electronics Letters, 51(21), 1628–1630. https://doi.org/10.1049/el.2015.1771
Nguyen, T., & Karacolak, T. (2019). Planar patch antenna system with high isolation for full‐duplex applications. Electronics Letters, 55(25), 1326–1329. https://doi.org/10.1049/el.2019.3059
Sadeghi‐Marasht, S., Rahimi, M. R., Sharawi, M. S., & Zhu, A. (2022). A single‐layer circularly polarized planar lens antenna at millimetre‐wave. IET Microwaves, Antennas &Propagation, 16(10), 668–678. https://doi.org/10.1049/mia2.12281
Balanis, C. A. (2016). Antenna theory: Analysis and design (4th ed.). John Wiley & Sons. 1095 p.
Basics of Antenna Arrays. URL: https://innovationspace.ansys.com/product/basics-of-antenna-arrays/
Designing a Microstrip Patch Antenna and 2D Array in Ansys HFSS Software. URL: https://www.ansys.com/academic/educators/education-resources/design-and-simulation-of-microstrip-patch-antenna-and-2d-array-in-ansys-hfss
##submission.downloads##
-
PDF
Завантажень: 0
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
