Оценка возможности использования сверхширокополосной двухзаходной фрактальной антенны для задач радиомониторинга

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.

1. Ganesan 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.2018.8473118

2. Wide 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/ROPEC53248.2021.9668114

3. A 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/fractalfract6080422

4. UWB 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: 10.1080/09205071.2021.1873196

5. Iyampalam 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/S1759078720000343

6. Савочкин А. А., Нудьга А. А. Многодиапазонные антенны на основе фрактальных структур. М.: Науч.-издат. центр ИНФРА-М, 2024. 125 с.

7. 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.

8. 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.

9. 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: 10.30898/1684-1719.2025.2.14

10. Воронова 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.

11. Нудьга А. А., Савочкин А. А. Разработка фрактальной антенны круговой поляризации // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии. 2020. № 1–1. С. 235–236.

12. Айкашев П. В. Методы фрактальной геометрии в теории антенн // Modern Science. 2020. № 10-1. С. 362–369.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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/app7100979

18. Пат. RU 2843083. Широкополосное согласующее устройство / А. А. Щекатурин, В. М. Иськив, Е. Е. Васин. Опубл. 07.07.2025. Бюл. № 19.

19. 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.2019.07.006

20. Ignatenko 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.2017.8072811

21. Effects 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.2015.7219622