Development of a Sector Antenna for a Cellular Base Station with an Antenna Element on a Dielectric Substrate

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The relevance of the topic is to develop cellular networks, which, on the one hand, requires the development of antenna devices that provide the required communication range, and on the other hand, imposes restrictions on the linear dimensions of emitters while maintaining the requirements for ease of manufacture and reliability of operation, taking into account adverse weather conditions. With the transition to next-generation communication standards, there is an increasing demand for antenna systems capable of operating over a wide frequency range and providing a stable signal level under high subscriber density. Of particular importance is the development of antenna arrays that allow the formation of specified radiation patterns and ensure uniform coverage of the serviced area.The goal is to develop a small-sized antenna array with the required electrical characteristics. Antenna elements should be distinguished by manufacturability. The finite element method (FEM) and the finite difference method in the time domain (FDTD) are used as numerical methods for calculating the electrical characteristics of the antenna. The gradient optimization method is used to solve the problem of reducing the linear dimensions of the antenna element while maintaining directional and range properties. The result of the study is a full-size experimental sample of a linear antenna array of a cellular base station. Its design and characteristics are substantiated in this work.Novelty: description of the method of a new approach to the manufacture of an antenna element, which differs from existing ones by using a special underlying insert under each element of the antenna array. The practical significance of the results of scientific research lies in the development of an antenna array with a distortion-free directional diagram in the frequency range of 1710‒2700 MHz and a gain of at least 15 dB.

About the authors

N. O. Lukyanov

Telecommunications Military Academy

Email: lukyanovNO@yandex.ru

D. A. Lyanguzov

The Bonch-Bruevich Saint Petersburg State University of Telecommunications

Email: lyanguzov.da@sut.ru

A. G. Chernyshov

The Bonch-Bruevich Saint Petersburg State University of Telecommunications

Email: chernyshov.ag@sut.ru

References

  1. Liao B., Liu B., Deng S. A dual-polarized radiation element, antenna and its applications. Chinese Patent, no. CN201610561359.5, 15.07.2016.
  2. Zhi N., Li K.-M. Antennas for Base Stations in Wireless Communications. New York, 2009. 372 p.
  3. Wu Q., Li H., Wong S.-W., Lin Y.-C., He Y. A Low-Profile Dual-Polarized Dielectric Resonator Antenna for 2G/3G/4G Base Station Applications With Gain Enhancement // Proceedings of the International Workshop on Radio Frequency and Antenna Technologies (iWRF&AT, Shenzhen, China, 31 May – 03 June 2024). IEEE, 2024. PP. 486–488. doi: 10.1109/iWRFAT61200.2024.10594368
  4. You C., He Y., Li W., Zhang L. A Novel High-Isolation Positive-and-Negative-45-Degree Dual-Polarization 5G mm Wave Micro Base Station Antenna // Proceedings of the International Symposium On Antennas And Propagation (ISAP, Kuala Lumpur, Malaysia, 30 October – 02 November 2023). IEEE, 2023. PP. 450–454. doi: 10.1109/ISAP57493.2023.10388575
  5. Huang W., He Y., Khan A. A Novel Sub-6 GHz and Millimeter Wave Shared-Aperture 5G Base Station Antenna // Proceedings of the International Applied Computational Electromagnetics Society Symposium (ACES-China, Hangzhou, China, 15–18 August 2023). IEEE, 2023. PP. 1071–1072. doi: 10.23919/ACES-China60289.2023.10249829
  6. Liao G., He Y., Song C. A Shared-Aperture Compact Quad-Band Linearly-Polarized Base Station Antenna // Proceedings of the 12th Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation (APCAP, Nanjing, China, 22–25 September 2024). IEEE, 2024. PP. 318–331. doi: 10.1109/APCAP62011.2024.10882098
  7. Zhang L., Liu T., He Y. Wideband Dual-Polarized Antenna With Novel Grid Patch for Base Station Applications // Proceedings of the 12th Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation (APCAP, Nanjing, China, 22–25 September 2024). IEEE, 2024. PP. 962–967. doi: 10.1109/APCAP62011.2024.10881000
  8. You C., He Y., Li W., Zhang L., Wong S.-W., Zhou Z. Design of Slot-Coupled Broadband 5G mm Wave Base Station Antenna Based on Double-Layer Patch // Proceedings of the International Microwave Workshop Series on Advanced Materials and Processes for RF and THz Applications (IMWS-AMP, Guangzhou, China, 27–29 November 2022). IEEE, 2022. doi: 10.1109/IMWS-AMP54652.2022.10106844
  9. Huang W., He Y., Li W., Zhang L., Wong S.-W., Zeng Z. A Low-Profile Dual-Polarized Wideband Antenna for 5G Massive MIMO Base Station // Proceedings of the International Workshop on Electromagnetics: Applications and Student Innovation Competition (iWEM, Guangzhou, China, 28–30 November 2021). IEEE, 2021. PP. 2367–2371. doi: 10.1109/iWEM53379.2021.9790399
  10. Li R., He Y., Song C. A Broadband SIW-Based Filtering Antenna for 5G mmWave Base Station Application // Proceedings of the International Workshop on Antenna Technology (iWAT, Sendai, Japan, 15–18 April 2024). IEEE, 2024. PP. 351–353. doi: 10.1109/iWAT57102.2024.10535836
  11. Tu Z., Cui Y., Li R. A Compact Dual Broadband Shared-Aperture Antenna Array for 5G Base Station Applications // Proceedings of the Conference on Antenna Measurements and Applications (CAMA, Guangzhou, China, 14–17 December 2022). IEEE, 2022. PP. 2767–2774. doi: 10.1109/CAMA56352.2022.10002619
  12. Li H., Xu J., Nan Y., Chen Q. Zhou C. Low-Profile Dual-Band Shared-Aperture Base Station Antennas Based on FSS Radiators // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2024. Vol. 23. Iss. 6. PP. 1894–1898. doi: 10.1109/LAWP.2024.3372529
  13. Shi H., Wu S., Shang F. Broadband magnetoelectric dipole antenna for 5G base station applications // Proceedings of the 13th International Symposium on Antennas, Propagation and EM Theory (ISAPE, Zhuhai, China, 01–04 December 2021). IEEE, 2021. PP. 660–663. doi: 10.1109/ISAPE54070.2021.9753134
  14. Бородулин Р.Ю., Лукъянов Н.О., Лянгузов Д.А. Разработка антенной решетки с планарным антенным элементом // Телекоммуникации и связь. 2025. № 1(4). С. 74–85. doi: 10.21681/3034-4050-2025-1-74-85. EDN:FKUAKL

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».