Моделирование патч-антенны в программе конечно-элементного анализа Comsol Multiphysics

В статье проводится детальная оценка возможностей применения патч-антенн, выполненная на основе анализа их достоинств и недостатков. Новая конструкция патч-антенны была подвергнута моделированию, включая описание ее структуры и создание трехмерной модели. Получено распределение поля в геометрии патч-антенны, что дает полную картину о влиянии ее структурных элементов на электромагнитные свойства. Кроме того, получена диаграмма направленности патч-антенны, которая раскрывает угловые особенности ее излучения. Построены графики коэффициента усиления одиночной патч-антенны, коэффициента равномерной решетки 8×8, коэффициента усиления микрополосковой патч-антенны 8×8, построенные в дБ-шкале. Показано, что конструкция прямоугольной микрополосковой патч-антенны с V-образными вырезами обеспечивает лучшую поляризацию на краях по сравнению с центром у предложенной модели патч-антенны, что может быть критическим фактором в реальных условиях эксплуатации, особенно в тех областях, где качество связи подвержено внешним воздействиям. Частота, при которой данная антенна резонирует, равна 1,403 ГГц, это позволяет расширить диапазон пропускания и повысить согласование импеданса. Эти результаты подчеркивают перспективность исследуемой конструкции патч-антенны в современных технологиях связи и беспроводных системах передачи данных.

1. Indrasen S. Microstrip Patch Antenna and its Applications: a Survey. International Journal of Computer Applications in Technology. 2011;(2):1595–1599.

2. Хамед Махьюб И.А., Кисель Н.Н. Исследование характеристик микрополосковой антенны с управляемым метаматериалом. Известия ЮФУ. Технические науки. 2019;(3):190–198.

3. Ваганова А.А., Кисель Н.Н., Панычев А.И. Направленные и поляризационные свойства микрополосковой реконфигурируемой антенны, перестраиваемой по частоте и поляризации. Известия ЮФУ. Технические науки. 2021;(2):74–83.

4. Sangeeta K., Arvind K., Ettiyappan A., Kiran K. T., Manoj S. Design of microstrip patch antenna using Fennec Fox optimization with SSRR metamaterial for terahertz applications. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2023;23(6):1205–1213.

5. Dejene H. Study on received signal strength of femtocell with circular and rectangular microstrip patch antenna designed at 2.55 GHz. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022;(2):348–354.

6. Yukhanov Yu.V., Alshimaysawe I.A. A 5g dual-band rectangular microstrip antenna with two etches and upper hexagonal end cut CPW fed. Известия ЮФУ. Технические науки. 2022;(6):206–212.

7. Литинская Е.А., Поленга С.В., Саломатов Ю.П. Антенная решетка на основе резонаторов Фабри-Перо с механоэлектрическим сканированием. Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2021;24(5):36–49.

8. Стешковой А.А., Туровский А.В. Малогабаритная патч-антенна СВЧ диапазона. Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2017;5(1):1–7.

9. Маковий В.А., Андреева О.А., Касаткина Т.И. Модель микрополосковой антенны для систем специальной связи. Теория и техника радиосвязи. 2018;(1):107–111.

10. Касаткина Т.И. Оптимизация микрополосковой антенной решетки для систем связи УИС. Вестник Воронежского института ФСИН России. 2017;(1):15–22.

11. Jagtap R., Ugale A., Alegaonkar P. Ferro-nano-carbon split ring resonators: a bianisotropic metamaterial in X-band: Constitutive parameters analysis. Materials Chemistry and Physics. 2018;(205):366–375.

12. Luukkonen O., Maslovski S., Tretyakov S. A Stepwise Nicolson–Ross–Weir-Based Material Parameter Extraction Method. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2011;(10):1295–1298.