Влияние фрактализации на характеристики печатной квадрупольной антенны для гигагерцового диапазона частот

Обоснование. Для высокоскоростных систем устойчивой беспроводной связи уровня 5G, в том числе с беспилотными летательными аппаратами, представляют интерес миниатюрные кварупольные приемно-передающие антенны гигагерцового диапазона с круговой поляризацией излучения. Кроме того, такие антенны должны быть многополосными с возможностью оперативного перехода с одной рабочей частоты на другую. Проблема может быть решена путем использования квадрупольных патч-антенн, в том числе с двусторонним патчем. В последнее время стали появляться также публикации, рекламирующие фрактальные антенны, сочетающие в себе обусловленную масштабной инвариантностью принципиальную многополосность с компактностью. Однако имеются работы, в которых рекламируемые достоинства фрактальных антенн отрицаются. Цель. Исследование реального влияния фрактализации на характеристики печатной квадрупольной антенны для гигагерцового диапазона частот. Методы. Поставленная цель достигается использованием электродинамического моделирования в программном пакете CST Microwave Studio путем сравнения полученных характеристик исходной канонической антенны и трех ее фрактальных итераций. Результаты. Исследована двусторонняя патч-антенна из фольгированного с двух сторон диэлектрика с относительной диэлектрической проницаемостью 3,55 толщиной 0,203 мм, состоящая из параллельно включенных двух дипольных антенн с четвертьволновыми плечами. Для исходной нефрактальной антенны и трех ее фрактальных итераций по типу «квадратный ковер Серпинского» построены частотные зависимости элемента S11 матрицы рассеяния, коэффициента стоячей волны напряжения и входного импеданса. Представлены также диаграммы направленности исследуемых антенн в полярных и сферических координатах на наблюдаемых рабочих частотах. Заключение. Поэтапным по числу итераций фрактальной структуры вышеуказанного типа моделированием печатной квадруполной антенны в диапазоне частот вплоть до 100 ГГц показано, что ее фрактализация не вносит существенных изменений в характеристики, а лишь приводит к усложнению конструкции и удорожанию антенны.