Синтез та моделювання планарної антенної решітки патч-антен для бездоротових засобів інформаційно-вимірювальних систем
Вантажиться...
Файли
Дата
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Анотація
This paper presents the synthesis and modelling of a planar antenna array based on patch antennas for use in wireless information and measurement systems. Current trends in the development of microstrip patch antennas have been analyzed, their design variants examined, and approaches to miniaturisation and principles for forming antenna arrays for wireless information and measurement systems discussed. A single patch antenna element for an operating frequency of 2.4 GHz was synthesized and modeled. Requirements for the planar antenna array of wireless information and measurement systems are formulated, and key constraints related to the operating frequency range, efficiency, dimensions, and electromagnetic compatibility with other system components are identified. A variant of a compact planar antenna array is proposed, and a three-dimensional model of the patch element and its feeding structure has been developed. Numerical analysis was performed using ANSYS Student 2025. This paper presents the results of the design and modelling of an 8×8 patch antenna array with coaxial feeders, designed to operate at a frequency of 2.4 GHz. A high gain of 22.44 dBi was achieved, and a narrow-beam radiation pattern with minimal side lobes was formed, ensuring efficient signal transmission. Studies have shown an operating bandwidth of approximately 33 MHz and stable performance within this band. Proper impedance matching has been confirmed (reflection losses less than -10 dB), indicating high power transmission efficiency.
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.
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.
Опис
УДК
Тип документа
Мова
ISSN
Бібліографічний опис
Семенов А. О., Кристофоров А. В. Синтез та моделювання планарної антенної решітки патч-антен для бездоротових засобів інформаційно-вимірювальних систем // Оптико-електроннi iнформацiйно-енергетичнi технологiї. 2026. № 1. С. 347-357. URI: https://oeipt.vntu.edu.ua/index.php/oeipt/article/view/863.
Схвалення
Рецензія
Доповнено
Цитується в
Список використаної літератури (15)
- 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.