bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2026-24-4-29-37bsuir-4401Research ArticleСтатьиАнтенна миллиметрового диапазона с интегрированной фазоуправляемой метаповерхностью для адаптивных приложений B5GMillimeter-Wave Antenna with Integrated Phase-Controlled Metasurface for Adaptive B5G ApplicationsФаняевИ. А.FanyaevI.

Фаняев Иван Александрович, канд. техн. наук, доц. каф. радиофизики и электроники

246028, Гомель, ул. Советская, 104

Тел.: +375 44 754-01-57

Fanyaev Ivan, Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor of the Department of Radiophysics and Electronics

246028, Gomel, Sovetskaya St., 104

Tel.: +375 44 754-01-57

fanyaev@gmail.comТимошенкоА. А.TimoshenkoA.

Тимошенко А. А., студ.

246028, Гомель, ул. Советская, 104

Timoshenko A., Student

246028, Gomel, Sovetskaya St., 104

ХахомовС. А.KhakhomovS.

Хахомов С. А., д-р физ.-мат. наук, доц. каф. оптики

246028, Гомель, ул. Советская, 104

Khakhomov S., Dr. Sci. (Phys. and Math.), Associate Professor of the Department of Optics

246028, Gomel, Sovetskaya St., 104

Гомельский государственный университет имени Франциска СкориныБеларусьFrancisk Skorina Gomel State UniversityBelarus2026300820262442937Copyright © Фаняев И.А., Тимошенко А.А., Хахомов С.А., 20262026Фаняев И.А., Тимошенко А.А., Хахомов С.А.Fanyaev I., Timoshenko A., Khakhomov S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/4401

Представлена конструкция антенны миллиметрового диапазона с интегрированной фазоуправляемой метаповерхностью для перспективных адаптивных систем беспроводной связи B5G. Антенная система сочетает планарную антенную решетку из 32 патч-антенн с активной метаповерхностью на основе микрорезонаторов со встроенными варикапами, что обеспечивает формирование узконаправленного луча и его электронное отклонение в различных направлениях. Питающая сеть обеспечивает синфазное возбуждение излучателей с разбросом фаз не более 16° и амплитудным разбалансом менее 3,8 дБ на частоте 25,7 ГГц. Элементарная ячейка метаповерхности реализует резонанс Гюйгенса, что дает коэффициент прохождения не хуже –3,5 дБ и отражение менее –15 дБ. За счет изменения напряжения смещения варикапов от 0 до 20 В достигается диапазон электронной перестройки фазы порядка 304°, позволяющий динамически управлять направлением луча. Численное моделирование подтвердило возможность формирования узконаправленного луча с электронным отклонением в широком диапазоне углов (до 40°). Предложенная конструкция обладает низким профилем, технологичностью и удовлетворяет требованиям адаптивных антенных систем перспективных стандартов связи для повышения энергоэффективности и пространственного мультиплексирования. Результаты демонстрируют высокую перспективность применения разработанной антенны в реконфигурируемых антенных системах миллиметрового диапазона.

A millimeter-wave antenna design with an integrated phase-controlled metasurface for advanced B5G adaptive wireless communication systems is presented. The antenna system combines a planar antenna array of 32 patch antennas with an active metasurface based on microresonators with embedded varicaps, which provides a highly focused beam and its electronic deflection in various directions. The power supply network ensures in-phase excitation of the emitters with a phase spread of no more than 16° and an amplitude imbalance of less than 3.8 dB at a frequency of 25.7 GHz. The metasurface unit cell implements a Huygens resonance, resulting in a transmission coefficient no worse than –3.5 dB and a reflection coefficient of less than –15 dB. By varying the varicap bias voltage from 0 to 20 V, an electronic phase tuning range of approximately 304° is achieved, enabling dynamic beam direction control. Numerical simulation confirmed the feasibility of forming a narrow beam with electronic deflection over a wide range of angles (up to 40°). The proposed design has a low profile, is easy to manufacture, and meets the requirements of adaptive antenna systems for advanced communication standards to improve energy efficiency and spatial multiplexing. The results demonstrate the high potential for using the developed antenna in reconfigurable millimeter-wave antenna systems.

B5GКа-диапазонантенная системаметаповерхностьварикапмикрорезонаторпатч-антеннадиаграмма направленностисистема питанияB5GKa-bandantenna systemmetasurfacevaricapmicroresonatorpatch antennaradiation patternpower supply systemReferencesOn Challenges of Sixth-Generation (6G) Wireless Networks: A Comprehensive Survey of Requirements, Applications, and Security Issues / M. S. Akbar [et al.] // Journal of Network and Computer Applications. 2025. Vol. 233.Akbar M. S., Hussain Z., Ikram M., Sheng Q. Z., Mukhopadhyay S. C. (2025) On Challenges of Sixth- Generation (6G) Wireless Networks: A Comprehensive Survey of Requirements, Applications, and Security Issues. Journal of Network and Computer Applications. (233).Pourgholamhossein, Z. Reconfigurable Huygens’ Metasurface-Based Unit-Cell and Electronically Steerable Active Flat-Lens Antenna at the Ka-Band / Z. Pourgholamhossein, T. A. Denidni // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2024. Vol. 73, No 5. P. 2791–2803.Pourgholamhossein Z., Denidni T. A. (2024) Reconfigurable Huygens’ Metasurface-Based Unit-Cell and Electronically Steerable Active Flat-Lens Antenna at the Ka-Band. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 73 (5), 2791–2803.1 Bit Electronically Reconfigurable Folded Reflectarray Antenna Based on Pin Diodes for Wide-Angle Beam-Scanning Applications / Z. Wang [et al.] // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2020. Vol. 68, No 9. P. 6806–6810.Wang Z., Ge Y., Pu J., Chen X., Li G., Wang Y., et al. (2020) 1 Bit Electronically Reconfigurable Folded Reflectarray Antenna Based on Pin Diodes for Wide-Angle Beam-Scanning Applications. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 68 (9), 6806–6810.Rotshild, D. Realization and Validation of Continuous Tunable Metasurface for High Resolution Beam Steering Reflector at K‐Band Frequency / D. Rotshild, A. Abramovich // International Journal of RF and Microwave Computer‐Aided Engineering. 2021. Vol. 31, No 4.Rotshild D., Abramovich A. (2021) Realization and Validation of Continuous Tunable Metasurface for High Resolution Beam Steering Reflector at K‐Band Frequency. International Journal of RF and Microwave Computer‐Aided Engineering. 31 (4).Verho, S. Design of a Compact and Minimalistic Intermediate Phase Shifting Feed Network for Ka-Band Electrical Beam Steering / S. Verho, J. Y. Chung // Sensors. 2024. Vol. 24, No 4.Verho S., Chung J. Y. (2024) Design of a Compact and Minimalistic Intermediate Phase Shifting Feed Network for Ka-Band Electrical Beam Steering. Sensors. 24 (4).Dynamic Metasurface Reflectors Based on Coupled Resonators for Simultaneous Magnitude and Phase Control / M. K. Emara [et al.] // IEEE Access. 2023. Vol. 11. P. 129552–129565.Emara M. K., Kundu D., Macdonell K., Rufail L. M., Gupta S. (2023) Dynamic Metasurface Reflectors Based on Coupled Resonators for Simultaneous Magnitude and Phase Control. IEEE Access. 11, 129552–129565.Ge, Y. Broadband Folded Transmitarray Antenna Based on an Ultrathin Transmission Polarizer / Y. Ge, C. Lin, Y. Liu // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2018. Vol. 66, No 11. P. 5974–5981.Ge Y., Lin C., Liu Y. (2018) Broadband Folded Transmitarray Antenna Based on an Ultrathin Transmission Polarizer. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 66 (11), 5974–5981.Сравнительный анализ антенных систем Ка-диапазона с сетью питания на основе несимметричной и симметричной полосковых линий / И. А. Фаняев [и др.] // Известия Гомельского государственного университета имени Франциска Скорины. 2026. № 3. С. 117–122.Fanyaev I. A., Timoshenko A. A., Samofalov A. L., Semchenko I. V., Khakhomov S. A. (2026) Comparative Analysis of Ka-Band Antenna Systems with a Feed Network Based on Asymmetric and Symmetric Striplines. Proceedings of Francisk Skorina Gomel State University. (3), 117–122 (in Russian).Активная передающая бианизотропная метаповерхность с функцией управления фазой для B5G/6G приложений беспроводной связи / И. А. Фаняев [и др.] // Проблемы физики, математики и техники. 2025. Т. 65, № 4. С. 103–107.Fanyaev I. A., Timoshenko A. A., Samofalov A. L., Khakhomov S. A., Semchenko I. V., Jihong Gu, et al. (2025) Active Transmitting Bianisotropic Metasurface with Phase Control Function for B5G/6G Applications of Wireless Communications. Problems of Physics, Mathematics and Technics. 65 (4), 103–107 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.