radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2026-29-4-6-17radioelectronics-1201Research ArticleЭЛЕКТРОДИНАМИКА, МИКРОВОЛНОВАЯ ТЕХНИКА, АНТЕННЫELECTRODYNAMICS, MICROWAVE ENGINEERING, ANTENNASОценка возможности использования сверхширокополосной двухзаходной фрактальной антенны для задач радиомониторингаAssessing the Feasibility of Using an Ultra-Wideband Two-Start Fractal Antenna for Radio Monitoringhttps://orcid.org/0000-0002-1992-1884ЩекатуринА. А.SchekaturinA. A.

Щекатурин Андрей Алексеевич – кандидат технических наук (1986), доцент (1992) кафедры радио-электроники и телекоммуникации

ул. Университетская, д. 33, Севастополь, 299053

Andrey A. Schekaturin, Cand. Sci. (Eng.) (1986), Associate Professor (1992) of the Department of Radioelec-tronics and Telecommunications

33, Universitetskaya St., Sevastopol 299053

pulson2011@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6816-1300ИськивВ. М.IskivV. M.

Иськив Владимир Михайлович – специалист по направлению "Радиотехника" (1987,  Севастопольский приборостроительный институт), старший преподаватель кафедры радиоэлектроники и телекоммуникации

ул. Университетская, д. 33, Севастополь, 299053

Vladimir M. Iskiv, Specialist in Radio Engineering (1987, Sevastopol Instrument Engineering Institute), Senior Lecturer of the Department of Radioelectronics and Telecommunications

33, Universitetskaya St., Sevastopol 299053

vmiskiv@sevsu.ruhttps://orcid.org/0009-0000-7857-8900ВасинЕ. Е.VasinE. Е.

Васин Евгений Евгеньевич – специалист по направлению "Компьютеризированные системы управле-ния и автоматики" (1998, Севастопольский военно-морской институт им. П. С. Нахимова), аспирант кафед-ры радиоэлектроники и телекоммуникации

ул. Университетская, д. 33, Севастополь, 299053

Evgeny E. Vasin, Specialist in Computerized Control Systems and Automation (1998, Sevastopol Nakhimov Naval Institute), Postgraduate Student of the Department of Radioelectronics and Telecommunications

33, Universitetskaya St., Sevastopol 299053

Fleetwood_mac@mail.ruСевастопольский государственный университетРоссияSevastopol State UniversityRussian Federation202608102026294617Copyright © Щекатурин А.А., Иськив В.М., Васин Е.Е., 20262026Щекатурин А.А., Иськив В.М., Васин Е.Е.Schekaturin A.A., Iskiv V.M., Vasin E.Е.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/1201

Введение. В современных радиотехнических системах задачи радиомониторинга требуют применения антенн с широким диапазоном рабочих частот. Одно из возможных решений – использование двухзаходной фрактальной антенны. В настоящей статье оценивается перспектива применения такой конструкции в задачах радиомониторинга.Цель работы. Оценка возможности использования сверхширокополосной двухзаходной фрактальной антенны с согласующим устройством, расположенной на подвижной металлической платформе, для задач радиомониторинга в диапазоне частот 0.3…10 ГГц.Материалы и методы. Конструкция и входные характеристики антенны определялись в среде электродинамического моделирования методом моментов. Для воспроизведения условий, соответствующих наличию монтажной металлической конструкции, на этапе моделирования и эксперимента применялся металлический экран, выполняющий функцию эквивалентной замены. Практическое измерение характеристик антенны проводилось на векторном анализаторе цепей Keysight E5063A. Расстояние до экрана как при моделировании, так и в эксперименте составляло 130, 260, 310 и 660 мм.Результаты. В результате компьютерного моделирования установлено, что экран способствует значительным колебаниям входных характеристик фрактальной антенны, при этом увеличивается коэффициент усиления антенны. Антенна формирует многолучевую диаграмму направленности. Измерения коэффициента стоячей волны показали допустимое согласование во всем частотном диапазоне.Заключение. Сверхширокополосная фрактальная антенна с согласующим устройством, расположенная на подвижной металлической платформе, может применяться для радиомониторинга. Для обеспечения оптимального согласования с трактом возбуждения рекомендуется выбирать расстояние 260…310 мм между антенной и металлической конструкцией.

Introduction. Modern radio monitoring systems require antennas with a wide operating frequency range. One possible solution is the use of two-start fractal antennas. The present work is aimed at assessing the prospects of using such a design in radio monitoring applications.Aim. To assess the possibility of using a super-wideband two-input fractal antenna with a matching device located on a movable metal platform for radio monitoring tasks in the frequency range of 0.3…10.0 GHz.Materials and methods. The antenna was designed and its input characteristics were determined using the electrodynamic modeling method of moments. To simulate the presence of a metal mounting structure, a metal screen was used during the modeling and experimental stages. The characteristics of the antenna were measured using a Keysigt E5063A vector network analyzer. The distance to the screen during both the modeling and experimental stages was 130, 260, 310 and 660 mm.Results. The conducted computer modeling found that the screen causes significant fluctuations in the input characteristics of the fractal antenna, while increasing the antenna gain. The antenna forms a multi-beam radiation pattern. Measurements of the standing wave ratio showed acceptable matching throughout the frequency range. Conclusion. An ultra-wideband fractal antenna with a matching device located on a movable metal platform can be used for radio monitoring. To ensure optimal matching with the excitation path, the distance between the antenna and the metal structure should be selected within the range of 260…310 mm.

сверхширокополосная антеннафрактальная антеннамноголучевая диаграмма направленностисверхширокополосное согласующее устройствоultra-wideband antennafractal antennamulti-beam patternultra-wideband matching deviceReferencesGanesan I., Iyampalam P. A Review of Ultra-Wideband Fractal Antennas // 2nd Intern. Conf. on Inventive Communication and Computational Technologies, Coimbatore, India, 20–21 Apr. 2018. IEEE, 2018. P. 1408–1412. doi: 10.1109/ICICCT.2018.8473118Ganesan I., Iyampalam P. A Review of Ultra-Wideband Fractal Antennas. 2nd Intern. Conf. on Inventive Communication and Computational Technologies, Coimbatore, India, 20–21 Apr. 2018. IEEE, 2018, pp. 1408–1412. doi: 10.1109/ICICCT.2018.8473118Wide Band Microstrip Antenna Design for the Terrestrial Component of International Mobile Telecommunications Application / S. R. M. González, R. T. R. Márquez, R. Linares, Miranda // IEEE Intern. Autumn Meeting on Power, Electronics and Computing, Ixtapa, Mexico, 10–12 Nov. 2021. IEEE, 2021. P. 1–4. doi: 10.1109/ROPEC53248.2021.9668114González S. R. M., Márquez R. T. R., Linares R., Miranda. Wide Band Microstrip Antenna Design for the Terrestrial Component of International Mobile Telecommunications Application. IEEE Intern. Autumn Meeting on Power, Electronics and Computing, Ixtapa, Mexico, 10–12 Nov. 2021. IEEE, 2021, pp. 1–4. doi: 10.1109/ROPEC53248.2021.9668114A Compact Triple-Band UWB Inverted Triangular Antenna with Dual-Notch Band Characteristics Using SSRR Metamaterial Structure for Use in Next-Generation Wireless Systems / A. K. Vallappil, B. A. Khawaja, M. K. A. Rahim, M. N. Iqbal, H. T. Chattha, M. F. b. M. Ali // Fractal Fract. 2022. Vol. 6, iss. 8. Art. № 422. doi: 10.3390/fractalfract6080422Vallappil A. K., Khawaja B. A., Rahim M. K. A., Iqbal M. N., Chattha H. T., Ali M. F. b. M. A Compact Triple-Band UWB Inverted Triangular Antenna with Dual- Notch Band Characteristics Using SSRR Metamaterial Structure for Use in Next-Generation Wireless Systems. Fractal Fract. 2022, vol. 6, iss. 8, art. no. 422. doi: 10.3390/fractalfract6080422UWB four ports MIMO antenna based on inscribed Fibonacci circles / E. A. Andrade-González, J. A. Tirado-Méndez, H. Jardón-Aguilar, M. Reyes-Ayala, A. Rangel-Merino, M. Pascoe-Chalke // J. of Electromagnetic Waves and Applications. 2021. Vol. 35, iss. 9. P. 1202–1220. doi: 10.1080/09205071.2021.1873196Andrade-González E. A., Tirado-Méndez J. A., Jardón-Aguilar H., Reyes-Ayala M., Rangel-Merino A., Pascoe-Chalke M. UWB Four Ports MIMO Antenna Based on Inscribed Fibonacci Circles. J. of Electromagnetic Waves and Applications. 2021, vol. 35, iss. 9, pp. 1202–1220. doi: 10.1080/09205071.2021.1873196Iyampalam P., Ganesan I. Complementary Sierpinski Knopp fractal antenna for emergency management system // Intern. J. of Microwave and Wireless Technologies. 2020. Vol. 12, iss. 10. P. 1029–1038. doi: 10.1017/S1759078720000343Iyampalam P, Ganesan I. Complementary Sierpinski Knopp Fractal Antenna for Emergency Management System. Intern. J. of Microwave and Wireless Technologies. 2020, vol. 12, iss. 10, pp. 1029–1038. doi: 10.1017/S1759078720000343Савочкин А. А., Нудьга А. А. Многодиапазонные антенны на основе фрактальных структур. М.: Науч.-издат. центр ИНФРА-М, 2024. 125 с.Savochkin A. A., Nudga A. A. Mnogodiapazonnye antenny na osnove fraktal'nykh struktur [Multi-Band Antennas Based on Fractal Structures]. Moscow, Nauchno-izdatel'skij centr INFRA-M, 2024, 125 p. (In Russ.)Исследование планарных фрактальных антенн "ковер Серпинского", выполненных по SIW технологии / Ю. С. Тихонов, В. А. Иванов, А. Д. Исаев, А. Ю. Мирошниченко, М. А. Чернышев // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2023. Т. 1. С. 454–458.Tikhonov Yu. S., Ivanov V. A., Isaev A. D., Miroshnichenko A. Yu., Chernyshev M. A. Issledovanie planarnykh fraktal'nykh antenn "kover Serpinskogо" vypolnennykh po SIW tekhnologii [Study of Planar Fractal Antennas "Sierpinski Carpet" Made Using SIW Technology]. Microwave Electronics and Microelectronics. 2023, vol. 1, pp. 454–458. (In Russ.)Мосин Ю. В. Фрактальная антенна на основе кривой Пеано: небольшая многорезонансная антенна для СВЧ-диапазона // Науч. мысль. 2025. Т. 25, № 2–1 (54). С. 53–57.Mosin Yu. V. Fractal Antenna Based on the Peano Curve: a Small Multi-Resonant Antenna for the Microwave Range. Scientific Thought. 2025, vol. 25, no. 2–1 (54), pp. 53–57. (In Russ.)Применение микрополосковых и фрактальных антенн на основе метаматериалов в цифровых системах связи для повышения их энергоэффективности / Д. С. Север, Я. С. Дронин, Л. Г. Стаценко, А. Ю. Родионов, М. В. Бернавская // Журн. радиоэлектроники. 2025. № 2. С. 1–17. doi: 10.30898/1684-1719.2025.2.14Sever D. S., Dronin Ya. S., Statsenko L. G., Rodionov A. Yu., Bernavskaya M. V. The Use of Microstrip and Fractal Antennas Based on Metamaterials in Digital Communication Systems to Increase Their Energy Efficiency. J. of Radio Electronics. 2025, no. 2, pp. 1–17. (In Russ.) doi: 10.30898/1684-1719.2025.2.14Воронова Е. И., Скрябина В. А. Моделирование фрактальных антенн Коха и Пеано с двухслойной мета-поверхностью // Межвуз. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых специалистов им. Е. В. Арменского, Москва, 09–16 апр. 2024. М.: Нац. исслед. ун-т "Высшая школа экономики", 2024. С. 301–305.Voronova E. I., Skryabina V. A. Modelirovanie fraktal'nykh antenn Kokha i Peano s dvukhslojnoj meta-poverkhnost'yu [Simulation of Koch and Peano Fractal Antennas with a Two-Layer Meta-Surface]. Mezhvuzovskaya nauchno-tekhnicheskaya konferenciya studentov, aspirantov i molodykh specialistov im. E.V. Armenskogo : Materialy konf. [Interuniversity Scientific and Technical Conference of Students, Graduate Students and Young Specialists n. a. E. V. Armensky: Proc. of the Conf.] Moscow, 09–16 Apr. 2024. Moscow, Nacional'nyj issledovatel'skij universitet "Vysshaya shkola ehkonomiki", 2024, pp. 301–305. (In Russ.)Нудьга А. А., Савочкин А. А. Разработка фрактальной антенны круговой поляризации // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии. 2020. № 1–1. С. 235–236.Nudga A. A., Savochkin A. A. Development of a Fractal Antenna with Circular Polarization. Microwave Technology And Telecommunication Technologies. 2020, no. 1–1, pp. 235–236. (In Russ.)Айкашев П. В. Методы фрактальной геометрии в теории антенн // Modern Science. 2020. № 10-1. С. 362–369.Ajkashev P. V. Methods of Fractal Geometry in Antenna Theory. Modern Science. 2020, no. 10-1, pp. 362–369. (In Russ.)Kudryashov M. A. Synthesis of a Phased Antenna Array for Meteorological Radio Monitoring Systems // Мир науки без границ: материалы 8-й всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых, 12 февр. 2021. Тамбов: Издат. центр ФГБОУ ВО "ТГТУ", 2021. С. 33–35.Kudryashov M. A. Synthesis of a Phased Antenna Array for Meteorological Radio Monitoring Systems. Proc. of 8th All-Russ. Scientific and Practical Conf. for Young Researchers, 12 Feb. 2021. Tambov, Izdatel'skii tsentr FGBOU VO "TGTU", pp. 33–35. (In Russ.)Кудряшов М. А., Белоусов О. А., Крынков М. А. Реализация построения феноменологической модели фазированной антенной решетки для систем метеорологического радиомониторинга, использующихся в тяжелой климатической обстановке // Радиоэлектроника. Проблемы и перспективы развития: сб. тр. Седьмой всерос. молодежной науч. конф., Тамбов, 11–12 мая 2022. Тамбов: Издат. центр ФГБОУ ВО "Тамбовский государственный технический университет", 2022. С. 245–246.Kudryashov M. A., Belousov O. A., Krynkov M. A. Realizaciya postroeniya fenomenologicheskoj modeli fazirovannoj antennoj reshetki dlya sistem meteorologicheskogo radiomonitoringa, ispol'zuyushchikhsya v tyazheloj klimaticheskoj obstanovke [Approaches to Miniaturization and Experimental Implementation of a Flexible Antenna with Coplanar Signal Input/Output for Operation in the ISM Band]. Radioelectronics. Problems and Prospects For Development: Collection. Proc. of the 7th All-Russ. Youth Scientific Conf., Tambov, 11–12 May 2022. Tambov, Izdatel'skij centr FGBOU VO "Tambovskij gosudarstvennyj tekhnicheskij universitet", 2022, pp. 245–246. (In Russ.)Подходы к миниатюризации и экспериментальной реализации гибкой антенны с копланарным вводом/выводом сигнала для работы в ISM диапазоне / И. А. Чистяков, И. С. Ожогин, И. О. Кожевников, А. А. Сердобинцев, А. М. Павлов, А. В. Стародубов // Антенны и распространение радиоволн: сб. докл. всерос. науч.-техн. конф., Санкт-Петербург, 24–26 нояб. 2021. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2021. С. 14–16.Chistyakov I. A., Ozhogin I. S., Kozhevnikov I. O., Serdobintsev A. A., Pavlov A. M., Starodubov A. V. Podhody k miniatyurizacii i ehksperimental'noj realizacii gibkoj antenny s koplanarnym vvodom/vyvodom signala dlya raboty v ISM diapazone [Approaches to Miniaturization and Experimental Implementation of a Flexible Antenna with Coplanar Input/Output of a Signal for Operation in the ISM Band]. Antennas and Radio Wave Propagation: Proc. of the All-Russ. Scientific and Technical Conf., St Petersburg, 24–26 Nov. 2021. St Petersburg: Saint Petersburg Electrotechnical University, 2021, pp. 14–16. (In Russ.)Медицинские антенны для микроволновой радиотермометрии биологических объектов / М. К. Седанкин, В. Ю. Леушин, С. В. Агасиева, А. Г. Гудков, С. Г. Веснин, И. О. Порохов, Е. А. Гудков, А. В. Осипова, А. Ю. Антоненкова // Мед. техника. 2022. № 6 (336). С. 33–36.Sedankin M. K., Leushin V. Yu., Agasieva S. V., Gudkov A. G., Vesnin S. G., Porokhov I. O., Gudkov E. A., Osipova A. V., Antonenkova A. Yu. Medical Antennas for Microwave Radiothermometry of Biological Objects. Medical Equipment. 2022, no. 6 (336), pp. 33–36. (In Russ.)3D-printed super-wideband spidron fractal cube antenna with laminated copper / O. H. Kwon,W. B. Park, S. Lee, J. M. Lee, Y. M. Park, K. Ch. Hwang // Applied Sciences. 2017. Vol. 7, № 10. Art. № 979. doi: 10.3390/app7100979Kwon O. H., Park W. B., Lee S., Lee J. M., Park Y. M., Hwang K. Ch. 3D-printed Super-Wideband Spidron Fractal Cube Antenna with Laminated Copper. Applied Sciences. 2017, vol. 7, no. 10, art. no. 979. doi: 10.3390/app7100979Пат. RU 2843083. Широкополосное согласующее устройство / А. А. Щекатурин, В. М. Иськив, Е. Е. Васин. Опубл. 07.07.2025. Бюл. № 19.Shchekaturin A. A., Is'kiv V. M., Vasin E. E. Shirokopolosnoe soglasuyushchee ustrojstvo [Broad band Matching Device]. Pat. RF no. 2843083. Publ. 07.07.2025. Bul. no. 19. (In Russ.)Tran H. H., Le T. T. Ultrawideband, high-gain, high-efficiency, circularly polarized Archimedean spiral antenna // AEU-Intern. J. of Electronics and Communications. 2019. Vol. 109. P. 1–7. doi: 10.1016/j.aeue.2019.07.006Tran H. H., Le T. T. Ultrawideband, High-Gain, High-Efficiency, Circularly Polarized Archimedean Spiral Antenna. AEU-Intern. J. of Electronics and Communications. 2019, vol. 109, pp. 1–7. doi: 10.1016/j.aeue.2019.07.006Ignatenko M., Filipovic D. S. 4–40 GHz conical spiral antenna recessed in a cavity // IEEE Intern. Symp. on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting, San Diego, USA, 09–14 July 2017. IEEE, 2017. P. 1537–1538. doi: 10.1109/APUSNCURSINRSM.2017.8072811Ignatenko M., Filipovic D. S. 4–40 GHz Conical Spiral Antenna Recessed in a Cavity. IEEE Intern. Symp. on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting, San Diego, USA, 09–14 July 2017. IEEE, 2017, pp. 1537–1538. doi: 10.1109/APUSNCURSINRSM.2017.8072811Effects of cavity ground plane on UWB Archimedean spiral antenna / A. M. Shire, K. I. Jahun, W. A. Ashwal, M. Z. M. Jenu, K. N. Ramli // Intern. Conf. on Computer, Communications and Control Technology, Kuching, Malaysia, 21–23 Apr. 2015. IEEE, 2015. P. 472–475. doi: 10.1109/I4CT.2015.7219622Shire A. M., Jahun K. I., Ashwal W. A., Jenu M. Z. M., Ramli K. N. Effects of Cavity Ground Plane on UWB Archimedean Spiral Antenna. Intern. Conf. on Computer, Communications and Control Technology, Kuching, Malaysia, 21–23 Apr. 2015. IEEE, 2015, pp. 472–475. doi: 10.1109/I4CT.2015.7219622

The authors declare that there are no conflicts of interest present.