Исследование фрактальных патч-антенн в гигагерцовом и терагерцовом диапазонах частот

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Актуальность и цели. В последние годы наблюдается информационный бум вокруг фрактальных антенн, предназначенных для систем беспроводной связи на самых разных частотах. Однако среди специалистов пока нет однозначного мнения о том, обладают ли такие антенны лучшими характеристиками, чем обычные, канонические антенны. В связи с этим целью настоящей статьи является исследование фрактальных патч-антенн в представляющих наибольший практический интерес современных системах связи на гигагерцовых и терагерцовых частотах. Материалы и методы. Рассматриваются две одинаковые по форме монопольные фрактальные патч-антенны типа «ковер Серпинского»: гигагерцовая и терагерцовая. Исследуются следующие характеристики обеих антенн: частотные зависимости матрицы рассеяния, коэффициент стоячей волны напряжения, входного сопротивления и диаграммы направленности. Принимается во внимание, что в терагерцовом диапазоне приходится учитывать факт возбуждения в патче плазмон-поляритонов, обладающих сильно выраженными дисперсионными свойствами. Моделирование осуществлялось в программе CST Microwave Studio отдельно для исходной треугольной канонической антенны и трех ее фрактальных итераций. Результаты. Показано, что фрактализация электромагнитной гигагерцовой антенны не дает ощутимых преимуществ по сравнению с исходной нефрактальной антенной ни по количеству рабочих частот, ни по качеству диаграммы направленности, а по ряду параметров эта фрактализация даже ухудшает ситуацию. Напротив, в случае плазмон-поляритонной терагерцовой антенны вследствие дисперсионных свойств плазмон-поляритонов удается повысить и количество полос пропускания антенны, и интенсивность главного лепестка диаграммы направленности, и его угловую ширину. Выводы. Часто рекламируемые преимущества фрактальных антенн на частотах вплоть до гигагерцовых на деле являются лишь данью моде. В то же время в случае плазмон-поляритонных антенн терагерцового диапазона их фрактализация позволяет реализовать новые возможности в смысле многополосности и эффективности управления характеристиками.

Об авторах

Рудольф Александрович Браже

Ульяновский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: brazhe@ulstu.ru

доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физики

(Россия, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32)

Егор Юрьевич Лебедев

Ульяновский государственный технический университет

Email: lebedev.egor@ulsk173.ru

студент

(Россия, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32)

Список литературы

  1. Al-Zabee A. A. K., Jabbar S. Q., Wang D. Fractal antennas (Study and Review) // International Journal of Computers and Technology. 2016. Vol. 15, № 13. P. 7387–7400. doi: 10.24297/ijct_v15i13.31
  2. Бойков И. В., Айкашев П. В. К вопросу об анализе и синтезе фрактальных антенн // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2017. № 4. С. 92–110. doi: 10.21685/2072-3059-2018-1-8
  3. Avula R., Rangarao M., Kumari Y. Fractal ultra wide band antenna for 5G applications // International Journal of Recent Technology and Engineering (IJRTE). 2020. Vol. 7, № 5S4. P. 215–218.
  4. Boretti A., Rosa L., Blackledge J., Castelletto S. A preliminary study of a graphene fractal Sierpinski antenna // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 840. P. 012003. doi: 10.1088/1757–899X/840/1/012003
  5. Blackledge J., Boretti A., Rosa L., Castelletto S. Fractal graphene patch antennas and the THz communications revolution // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1060. P. 012001. doi: 10.1088/1757–899X/1060/1/012001
  6. Вдовина Г. М. Краткий обзор результатов исследования новых методов генерации, передачи и приема колебаний и волн на основе методов фрактальной геометрии // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2020. Т. 28, № 1. С. 8–28. doi: 10.18500/0869-6632-2020-28-1-8-28
  7. Смирнов А. В., Фионов А. С., Горбачев И. А., Шамсутдинова Е. С., Кузнецова И. Е., Колесов В. В. Использование аддитивных технологий для создания широкополосных антенн с фрактальной геометрией // Радиоэлектроника. 2021. Т. 13, № 4. С. 427–434. doi: 10.17725/rensit.2021.13.427
  8. Браже Р. А., Лебедев Е. Ю. Фрактальная графеновая плазмон-поляритонная патчнаноантенна для ближнего инфракрасного и оптического диапазонов частот // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2024. № 2. С. 98–111. doi: 10.21685/2072-3059-2024-2-7
  9. Браже Р. А., Лебедев Е. Ю. Дипольная графеновая фрактальная плазмонполяритонная патч-наноантенна для ИК и оптического диапазона частот // Радиоэлектронная техника : межвузовский сб. науч. тр. Ульяновск : УлГТУ, 2024. С. 30–39.
  10. Rosa L., Sun K., Juodkazis S. Sierpinski fractal plasmonic nanoantennas // Physica Status Solidi (RRL). 2011. Vol. 5, № 5–6. P. 175–177. doi: 10.1002/pssr.201105136
  11. Sederberg S., Elezzabi A. Y. Sierpinski fractal plasmonic antenna: A fractal abstraction of the plasmonic bowtie antenna // Optic Express. 2011. Vol. 19, № 11. P. 10456– 10461. doi: 10.1364/OE.19.010456
  12. Hussien R. T., Abood D. I. A wideband hybrid plasmonic patch nanoantenna // International Journal of Electronics and Communication Engineering and Technology (IJECET). 2014. Vol. 5, № 9. P. 1–8.
  13. Hansen R. C., Colin R. E. Small Antenna Handbook. John Wiley and Sons, 2011. 360 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии 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».