kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2026-2(22)-3kaz44-2167Research ArticleАВТОМАТИЗАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИАНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА MIMO ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ПОТОКОВЫХ ДАННЫХ В БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТАХANALYSIS OF THE APPLICATION OF THE MIMO METHOD FOR STREAMING DATA TRANSMISSION IN UNMANNED AERIAL VEHICLEShttps://orcid.org/0000-0002-0409-1531ХабайА.KhabayA.

Анар Хабай – PhD, ассоциированный профессор кафедры «Электроники, телекоммуникации и космических технологий», 

050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22а

Anar Khabai – PhD, Associate Professor of the Department of Electronics, Telecommunications and Space Technologies, 

050013, Almaty, Satpayev Street, 22a

a.khabay@satbayev.universityhttps://orcid.org/0000-0002-9146-7137ТулешовЕ. А.TuleshovE.

Еркебулан Амандыкович Тулешов – кандидат технических наук, ассоциированный профессор кафедры «Робототехники и технических средств автоматики», 

050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22а

Yerkebulan Tuleshov – Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Robotics and Engineering Tools of Automation, 

050013, Almaty, Satpayev Street, 22a

y.tuleshov@satbayev.universityhttps://orcid.org/0000-0002-9162-6791НазыроваА. Е.NazyrovaA.

Айжан Есболовна Назырова – PhD, старший преподаватель кафедры «Технологий искусственного интеллекта», 

10000, г. Астана, ул. Сатпаева, 2

Aizhan Nazyrova – PhD, Senior Lecturer at the Department of Artificial Intelligence Technologies, 

10000, Astana, Satpayev Street, 2

nazyrova_aye_1@enu.kzhttps://orcid.org/0000-0003-2900-8025ИсабековЖ. Н.IssabekovZh.

Жанибек Назарбекулы Исабеков – PhD, ассоциированный профессор кафедры «Робототехники и технических средств автоматики», 

050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22а

Zhanibek Issabekov – PhD, Associate Professor of the Department of Robotics and Engineering Tools of Automation, 

050013, Almaty, Satpayev Street, 22a

z.issabekov@satbayev.universityhttps://orcid.org/0000-0002-1991-8642ИбекеевС. Е.IbekeievS.

Серикбек Елемесович Ибекеев – магистр технических наук, старший преподаватель кафедры«Электроники, телекоммуникации и космических технологий», 050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22а;

050000, г. Алматы, ул. Толе би, 100

Serikbek Ibekeyev – master technical science, Senior Lecturer of the Department of Electronics, Telecommunications and Space Technologies, 050013, Almaty, Satpayev Street, 22a;

050000, Almaty, 100 Tole Bi Street

s.ibekeyev@satbayev.universitySatbayev UniversityКазахстанSatbayev UniversityKazakhstanЕвразийский национальный университет имени Л.Н. ГумилёваКазахстанL.N. Gumilyov Eurasian National UniversityKazakhstanSatbayev University; Алматинский технологический университетКазахстанSatbayev University; Almaty Technological UniversityKazakhstan20262907202602(22)2940Copyright © Хабай А., Тулешов Е.А., Назырова А.Е., Исабеков Ж.Н., Ибекеев С.Е., 20262026Хабай А., Тулешов Е.А., Назырова А.Е., Исабеков Ж.Н., Ибекеев С.Е.Khabay A., Tuleshov E., Nazyrova A., Issabekov Z., Ibekeiev S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tech.vestnik.shakarim.kz/jour/article/view/2167

В статье всесторонне проанализирована производительность двухдиапазонной многовходовой и многовыходовой (MIMO) антенной системы для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Обеспечение высокоскоростной и надёжной передачи данных между БПЛА и наземными пунктами управления является одной из ключевых задач современных технологий связи. С учётом этого предложенный антенный массив спроектирован для устойчивой работы в двух частотных диапазонах (в двухдиапазонном режиме). Результаты численного моделирования показывают, что массив обеспечивает высокую изоляцию (23 дБ и 19 дБ) и широкую полосу пропускания (2,14-3,25 ГГц и 5,4-7,4 ГГц). Это указывает на высокую скорость передачи данных, слабое взаимное влияние между элементами и эффективное использование спектральных ресурсов. Кроме того, анализ радиационных характеристик антенны позволил определить оптимальные значения коэффициента корреляции и коэффициента диверсификации, что подчёркивает значимость технологии MIMO для повышения пространственного разнообразия и надёжности связи.

Полученные выводы основаны на результатах моделирования несмотря на перспективность предложенного решения для систем связи БПЛА, в дальнейшем требуется изготовление прототипа и экспериментальная валидация характеристик.

This paper presents a comprehensive performance analysis of a dual-band multiple-input multipleoutput (MIMO) antenna system for unmanned aerial vehicles (UAVs). Ensuring high-data-rate and reliable transmission between UAVs and ground control stations is one of the key challenges in modern wireless communications. Accordingly, the proposed antenna array is designed to operate stably in two frequency bands (dual-band mode). Numerical simulation results indicate that the array provides high isolation (23 dB and 19 dB) and wide impedance bandwidths (2.14-3.25 GHz and 5.4-7.4 GHz). These results suggest high data throughput, reduced mutual coupling between the elements, and efficient utilization of spectral resources. In addition, the radiation-pattern analysis yields favorable values of the envelope correlation coefficient and diversity gain, highlighting the importance of MIMO technology in improving spatial diversity and link reliability. The conclusions are based on numerical simulations; although the proposed design is promising for UAV communication systems, further prototype fabrication and experimental validation are required.

БПЛАантенна MIMOантенна 2×2двухдиапазонная антеннамонопольная антеннамикрополосковое питаниеS-параметрыизоляциявзаимная связь (взаимное влияние)коэффициент корреляциикоэффициент диверсификацииUAVMIMO antenna2×2 antennadual-band antennamonopole antennamicrostrip feedingS-parametersisolationmutual couplingcorrelation coefficientdiversity gainReferencesEnergy-efficient and secure air-to-ground communication with jittering UAV / H. Wu et al // IEEE Transactions on Vehicular Technology. – 2020. – Vol. 69. – P. 3954-3967. https://doi.org/10.1109/TVT.2020.2971520.Energy-efficient and secure air-to-ground communication with jittering UAV / H. Wu et al // IEEE Transactions on Vehicular Technology. – 2020. – Vol. 69. – P. 3954-3967. https://doi.org/10.1109/TVT.2020.2971520.Sherstjuk V. Forest fire-fighting monitoring system based on UAV team and remote sensing / V. Sherstjuk, M. Zharikova, I. Sokol // Proc. 38th IEEE Int. Conf. on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). – Kyiv, 2018. – P. 663-668.Sherstjuk V. Forest fire-fighting monitoring system based on UAV team and remote sensing / V. Sherstjuk, M. Zharikova, I. Sokol // Proc. 38th IEEE Int. Conf. on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). – Kyiv, 2018. – P. 663-668.Sherstjuk V. UAV-based forest fire monitoring system leveraging remote sensing technologies / V. Sherstjuk, M. Zharikova, I. Sokol // Proc. 38th IEEE Int. Conf. on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). – Kyiv, 2020. – P. 663-668. https://doi.org/10.1109/ELNANO.2018.847752.Sherstjuk V. UAV-based forest fire monitoring system leveraging remote sensing technologies / V. Sherstjuk, M. Zharikova, I. Sokol // Proc. 38th IEEE Int. Conf. on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). – Kyiv, 2020. – P. 663-668. https://doi.org/10.1109/ELNANO.2018.847752.Ghamry K.A. Multi-UAV optimization for firefighting missions using particle swarm algorithm / K.A. Ghamry, M.A. Kamel, Y. Zhang // Proc. Int. Conf. on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS). – Miami, 2017. – P. 1404-1409. https://doi.org/10.1109/ICUAS.2017.7991527.Ghamry K.A. Multi-UAV optimization for firefighting missions using particle swarm algorithm / K.A. Ghamry, M.A. Kamel, Y. Zhang // Proc. Int. Conf. on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS). – Miami, 2017. – P. 1404-1409. https://doi.org/10.1109/ICUAS.2017.7991527.UAV-assisted aerial spraying: Droplet deposition density in rice farming / M.N.A. Kharim et al // Computers and Electronics in Agriculture. – 2019. – Vol. 167. – Article 105045. https://doi.org/10.1016/j.compag.2019.105045.UAV-assisted aerial spraying: Droplet deposition density in rice farming / M.N.A. Kharim et al // Computers and Electronics in Agriculture. – 2019. – Vol. 167. – Article 105045. https://doi.org/10.1016/j.compag.2019.105045.UAV sprayer performance: Effects of spray volume on pest control and deposition in wheat fields / G. Wang et al // Pest Management Science. – 2019. – Vol. 75. – P. 1546-1555. https://doi.org/10.1002/ps.5321.UAV sprayer performance: Effects of spray volume on pest control and deposition in wheat fields / G. Wang et al // Pest Management Science. – 2019. – Vol. 75. – P. 1546-1555. https://doi.org/10.1002/ps.5321.Alotaibi E.T. LSAR: Collaborative UAVs for search and rescue operations / E.T. Alotaibi, S.S. Alqefari, A. Koubaa // IEEE Access. – 2019. – Vol. 7. – P. 55817-55832. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2912306.Alotaibi E.T. LSAR: Collaborative UAVs for search and rescue operations / E.T. Alotaibi, S.S. Alqefari, A. Koubaa // IEEE Access. – 2019. – Vol. 7. – P. 55817-55832. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2912306.Help from the sky: Leveraging UAVs for disaster management / M.Erdelj et al // IEEE Pervasive Computing. – 2021. – Vol. 16, No. 1. – P. 24-32. https://doi.org/10.1109/MPRV.2017.11.Help from the sky: Leveraging UAVs for disaster management / M.Erdelj et al // IEEE Pervasive Computing. – 2021. – Vol. 16, No. 1. – P. 24-32. https://doi.org/10.1109/MPRV.2017.11.Multi-purpose UAV for search and rescue in avalanche zones / M. Silvagni et al // Geomatics, Natural Hazards and Risk. – 2017. – Vol. 8. – P. 18-33. https://doi.org/10.1080/19475705.2016.1238852.Multi-purpose UAV for search and rescue in avalanche zones / M. Silvagni et al // Geomatics, Natural Hazards and Risk. – 2017. – Vol. 8. – P. 18-33. https://doi.org/10.1080/19475705.2016.1238852.UAV-aided emergency communication networks during disasters / N. Zhao et al // IEEE Wireless Communications. – 2019. – Vol. 26. – P. 45-51. https://doi.org/10.1109/MWC.2018.1800160.UAV-aided emergency communication networks during disasters / N. Zhao et al // IEEE Wireless Communications. – 2019. – Vol. 26. – P. 45-51. https://doi.org/10.1109/MWC.2018.1800160.Gupta L. UAV communication networks: A comprehensive survey / L. Gupta, R. Jain, G. Vaszkun // IEEE Communications Surveys & Tutorials. – 2015. – Vol. 18. – P. 1123-1152. https://doi.org/10.1109/COMST.2015.2495297.Gupta L. UAV communication networks: A comprehensive survey / L. Gupta, R. Jain, G. Vaszkun // IEEE Communications Surveys & Tutorials. – 2015. – Vol. 18. – P. 1123-1152. https://doi.org/10.1109/COMST.2015.2495297.Wireless power transfer: A review of methods, applications, and challenges / M.M. Rahman et al // Engineering Reports. – 2024. https://doi.org/10.1002/eng2.12951.Wireless power transfer: A review of methods, applications, and challenges / M.M. Rahman et al // Engineering Reports. – 2024. https://doi.org/10.1002/eng2.12951.UAV-assisted edge computing for IoT: Joint computation and communication design / T. Zhang et al // IEEE Transactions on Industrial Informatics. – 2020. – Vol. 16. – P. 5505-5516. https://doi.org/10.1109/TII.2019.2948406.UAV-assisted edge computing for IoT: Joint computation and communication design / T. Zhang et al // IEEE Transactions on Industrial Informatics. – 2020. – Vol. 16. – P. 5505-5516. https://doi.org/10.1109/TII.2019.2948406.Trust-based UAV-aided code dissemination in 5G industrial IoT / J. Liang et al // IEEE Transactions on Industrial Informatics. – 2022. – Vol. 18. – P. 2877-2889. https://doi.org/10.1109/TII.2021.3110734.Trust-based UAV-aided code dissemination in 5G industrial IoT / J. Liang et al // IEEE Transactions on Industrial Informatics. – 2022. – Vol. 18. – P. 2877-2889. https://doi.org/10.1109/TII.2021.3110734.A dual-band blade antenna for UAV-based ADS-B and 5G communication / M.J. Arpaio et al // Sensors. – 2021. – Vol. 21. – Article 5734. https://doi.org/10.3390/s21175734.A dual-band blade antenna for UAV-based ADS-B and 5G communication / M.J. Arpaio et al // Sensors. – 2021. – Vol. 21. – Article 5734. https://doi.org/10.3390/s21175734.Tak J. A flush-mounted monopolar patch antenna for UAV applications / J. Tak, J. Choi // Microwave and Optical Technology Letters. – 2017. – Vol. 59. – P. 1202-1207. https://doi.org/10.1002/mop.30501.Tak J. A flush-mounted monopolar patch antenna for UAV applications / J. Tak, J. Choi // Microwave and Optical Technology Letters. – 2017. – Vol. 59. – P. 1202-1207. https://doi.org/10.1002/mop.30501.Broadband slotted blade dipole antenna for airborne UAV applications / M. Nosrati et al // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2018. – Vol. 66. – P. 3857-3864. https://doi.org/10.1109/TAP.2018.2835524.Broadband slotted blade dipole antenna for airborne UAV applications / M. Nosrati et al // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2018. – Vol. 66. – P. 3857-3864. https://doi.org/10.1109/TAP.2018.2835524.Mazumder P. Design and analysis of a multiple input and multiple output antenna for unmanned aerial vehicle / P. Mazumder, M.M. Khan // Proc. Int. Conf. on Computing Communication and Networking Technologies (ICCCNT). – 2021. – P. 1-6. https://doi.org/10.1109/ICCCNT51525.2021.9580132.Mazumder P. Design and analysis of a multiple input and multiple output antenna for unmanned aerial vehicle / P. Mazumder, M.M. Khan // Proc. Int. Conf. on Computing Communication and Networking Technologies (ICCCNT). – 2021. – P. 1-6. https://doi.org/10.1109/ICCCNT51525.2021.9580132.Mozaffari M. Toward 6G with connected sky: UAVs and beyond / M. Mozaffari, X. Lin, S. Hayes // IEEE Communications Magazine. – 2021. – Vol. 59, No. 12. – P. 74-80. https://doi.org/10.1109/MCOM.005.2100142.Mozaffari M. Toward 6G with connected sky: UAVs and beyond / M. Mozaffari, X. Lin, S. Hayes // IEEE Communications Magazine. – 2021. – Vol. 59, No. 12. – P. 74-80. https://doi.org/10.1109/MCOM.005.2100142.Space-air-ground integrated 6G wireless communication networks: A review of antenna technologies and application scenarios / F.A. Dicandia et al // Sensors. – 2022. – Vol. 22. – Article 3136. https://doi.org/10.3390/s22093136.Space-air-ground integrated 6G wireless communication networks: A review of antenna technologies and application scenarios / F.A. Dicandia et al // Sensors. – 2022. – Vol. 22. – Article 3136. https://doi.org/10.3390/s22093136.

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