Анализ вариантов синтеза малоэлементной антенной решетки для использования в качестве бортовой антенной системы БПЛА

Беспилотные летательные аппараты активно развиваются в настоящее время. Их радиотехническое оборудование также совершенствуется и ставит новые задачи перед разработчиками. Со стороны антенной техники простым решением для обеспечения связи является применение ненаправленных антенных систем, что позволяет организовывать канал связи с БПЛА с любого направления, однако такие системы обладают ограниченной дальностью связи. Актуальной задачей является увеличение дальности работы линий связи с использованием беспилотных летательных аппаратов с сохранением возможности организации канала с любого направления. В первую очередь увеличение дальности может быть достигнуто путем использования направленных антенных систем, однако оно ограничено особенностями применения беспилотных летательных аппаратов. Несмотря на то, что во многих исследованиях рассматривается создание антенных решеток с широким диапазоном углов сканирования, такие системы требуют сложных диаграммообразующих схем, что усложняет их реализацию на готовых продуктах, в связи дополнительной весовой нагрузкой на беспилотные летательные аппараты.

Цель работы. Разработка переключаемой антенной системы на беспилотных летательных аппаратах с возможностью выбора направления излучения / приема в любом направлении азимутальной плоскости для повышения дальности связи относительно ненаправленных бортовых антенных систем. В рамках исследования разработана модель излучателя и переключаемой кольцевой антенной системы и цилиндрической антенной системы в пакете электромагнитного моделирования Ansys HFSS, основанной на методе конечных элементов для расчета электромагнитных полей.

Результаты. Показаны характеристики направленности кольцевой антенной системы из 8 и 6 элементов, в частности приводятся значения коэффициента направленного действия и азимутальные плоскости диаграммы направленности, а также аналогичные характеристики и параметры для цилиндрической антенной системы из 6×2 элементов.

Научная новизна. Разработанные модели увеличивают бюджет канала связи с БПЛА на 4,4-7,2 дБ, относительно ненаправленных систем, что соразмерно изменяет в большую сторону и дальность линии связи. Особый акцент сделан на форме огибающей диаграммы направленности при переключении на соседний элемент антенной системы, а также на возможность построения не только кольцевых, но и цилиндрических геометрий решения.

Практическая значимость. В результате данного исследования предложены конструктивные решения для использования на БПЛА с возможностью работы с любого направления азимутальной плоскости, а также с наклоном в угломестной плоскости для цилиндрической антенной системы.

1. Федосеева Н.А., Загвоздкин М.В. Перспективные области применения беспилотных летательных аппаратов // Научный журнал. 2017. № 9(22). С. 26‒29. EDN:ZSUMLX

2. Хабарина Д.С., Тишанинов И.А. Анализ применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) различного типа в сельском хозяйстве // Наука без границ. 2021. № 4(56). С. 78‒83. EDN:JYHKLW

3. Антонов А.С., Антонов Ю.Г., Балландович С.В., Сугак М.И. Низкопрофильная антенна для БПЛА // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2013. № 6. С. 3‒7. EDN:QCKUUL

4. Андрющенко М.С., Голик А.М., Сахнов С.А., Терешин С.Н. Антенные системы беспилотных летательных аппаратов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. № 5. С. 230‒236. DOI:10.24412/2071-6168-2024-5-230-231. EDN:GJODDY

5. Marques P., Martins M., Baptista A., Torres J.P.N. Communication Antenas for UAVs // Journal of Engineering Science & Technology Review. 2018. Vol. 11. Iss. 1. PP. 90‒102. DOI:10.25103/jestr.111.11

6. Антонов Ю.Г., Балландович С.В., Костиков Г.А., Любина Л.М., Сугак М.И., Терентьева П.В. Линейка антенн для беспилотных летательных аппаратов // 26-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2016, Севастополь, Российская Федерация, 04–10 сентября 2016 г.). Севастополь: Севастопольский государственный университет, 2016. С. 1086‒1092. EDN:YOOYIZ

7. Межевов П.А., Коровин К.О., Ликонцев А.Н. Создание кольцевой антенной решетки на основе излучателей Вивальди для широкополосного канала связи с ретрансляцией // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2023. Т. 26. № 3. С. 58‒66. DOI:10.32603/1993-8985-2023-26-3-58-66. EDN:VCWALX

8. Панченко Б.А., Нефёдов Е.И. Микрополосковые антенны. М.: Радио и Связь, 1986.

9. Бондарев А.Н., Киричек Р.В. Обзор беспилотных летательных аппаратов общего пользования и регулирования воздушного движения БПЛА в разных странах // Информационные технологии и телекоммуникации. 2016. Т. 4. № 4. С. 13‒23. EDN:YLNEPH