Д.Г. Король1

1 Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (Москва, Россия)

1 Dan0932@yandex.ru

Постановка проблемы. В настоящее время беспилотные летательных аппараты (БПЛА) самолетного типа находят широкое применение при решении таких задач, как ретрансляция данных и перевозка грузов. При этом необходимо обеспечить надежную радиосвязь с требуемой скоростью передачи данных, например, с помощью методов динамического использования частотного ресурса. А это, в свою очередь, приводит к необходимости использовать широкополосные антенные системы на БПЛА, которые позволяют осуществлять работу в широких диапазонах рабочих частот. Один из перспективных подходов к решению данной проблемы - применение малогабаритной двухзаходной спиральной антенны Архимеда. Однако для практической реализации такой антенны требуется обеспечить согласование в широкой полосе частот посредством согласующе-трансформирующего устройства для соблюдения разности фаз в 180° между точками питания спирали, отсутствие эффекта развала диаграммы направленности (ДН) на несколько лепестков и низкую кросс-поляризационную компоненту.

Цель. Представить спиральную антенну Архимеда с диапазоном рабочих частот 1,2…6 ГГц с обеспечением однолучевой ДН при низком уровне кросс-поляризационной компоненты.

Результаты. Разработана антенна в виде двухзаходной спиральной антенны Архимеда, формирующий однолучевую ДН в диапазоне частот 1,2…6 ГГц при обеспечении уровня кросс-поляризационной компоненты в пределах главного луча не более –10 дБ. С применением численного моделирования методом конечных разностей во временно́й области создана конструкция антенны с помощью программного обеспечения CST Microwave Studio. Проведены измерения макета антенны в безэховой камере, результаты которых подтверждают данные, полученные при проектировании в среде CST Microwave Studio. Посредством численного моделирование получены характеристики разработанной антенны с учетом влияния крыла БПЛА, а также предложена альтернативная конформная конструкция излучателя.

Практическая значимость. Предложенная антенна по массогабаритным характеристикам подходит для использования в рамках БПЛА самолетного типа.

Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России, номер темы FSFF-2023-0005.

Король Д.Г. Плоская спиральная двухзаходная антенна для цифровой антенной решетки беспилотного летательного аппарата // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 1. С. 123−131. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202501-11

1. Чиров Д.С., Лобов Е.М. Выбор сигнально-кодовой конструкции для командно-телеметрической линии радиосвязи с беспилотными летательными аппаратами средней и большой дальности // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2017. Т. 11. № 10. С. 21-28.
2. Кандаурова Е.О., Чиров Д.С. Разработка программного комплекса интеллектуальной перестройки рабочих частот для систем когнитивного радио // Электросвязь. 2021. № 2. С. 43-47. DOI: 10.34832/ELSV.2021.15.2.006.
3. Титов К.Д. Принципы построения сверхширокополосного канала связи на беспилотном летательном аппарате вертолетного типа легкого класса // Труды МАИ. 2022. № 122. DOI: 10.34759/trd-2022-122-12.
4. Schippers H., et al. Conformal phased array with beam forming for airborne satellite communication // 2008 International ITG Workshop on Smart Antennas. Darmstadt. Germany. 2008. Р. 343-350. DOI: 10.1109/WSA.2008.4475580.
5. Старовойтов Е.И., Козлов К.В., Голиус А.Б., Руссанов В.И. Сравнение возможностей применения привязного аэростата и БПЛА для антенных измерений при испытаниях РЛС // Электромагнитные волны и электронные системы. 2023. Т. 28. № 6. С. 48−65. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202306-06.
6. Битаев Е.С., Мурашкин А.В., Обысов А.В., Суханов В.В., Амозов Е.В., Васильев Д.А. Разработка и исследование способа формирования специального амплитудного и фазового распределения в микрополосковой системе питания сверхширокополосной линейной печатной антенной решетки // Электромагнитные волны и электронные системы. 2020. Т. 25. № 5.
   С. 41−49. DOI: 10.18127/j15604128-202005-05.
7. Yinusa K.A. A dual-band conformal antenna for GNSS applications in small cylindrical structures // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. June 2018. V. 17. № 6. Р. 1056-1059. DOI: 10.1109/LAWP.2018.2830969.
8. Ворона М.С., Гусаров А.А., Онуфрей А.Ю. Обнаружение и сверхразрешение малоразмерных летательных аппаратов на основе частотно-фазомодулированных сигналов // Электромагнитные волны и электронные системы. 2021. Т. 26. № 4. С. 60−66. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202105-07.
9. Егорова Е.В., Рыбаков А.Н., Аксяитов М.Х. Алгоритмы автоматического обнаружения и распознавания малоконтрастных радиолокационных объектов с использованием шумоподобных широкополосных сигналов // Электромагнитные волны и электронные системы. 2021. Т. 26. № 1. С. 21−30. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202101-01.
10. Слюсар В. Радиолинии связи с БПЛА. Примеры реализации // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2010. № 5. С. 56–60.
11. Лернер И.М. К вопросу оптимизации амплитудно-частотных характеристик каналов связи с ФМН-n-сигналами, построенных на основе теории разрешающего времени // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2019. Т. 13. № 9. С. 36-49.
12. Лернер И.М., Файзулин Р.Р., Рябов И.В. Оптимизированный алгоритм оценки пропускной способности каналов связи, функционирующих на базе теории разрешающего времени // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 4. С. 91-109. DOI: 10.18127/j00338486-202204-13.
13. Васин А.А., Терехин О.В. Рупорная антенна для беспилотного летательного аппарата малого класса // Тезисы докладов 19-й Междунар. конф. «Авиация и космонавтика». М.: Изд-во «Перо». 2020. С. 335-336.
14. Vinayagamoorthy Kalyany, Coetzee Jacob, Jayalath Dhammika. Microstrip to parallel strip balun as spiral antenna feed // IEEE Vehicular Technology Conference. 2012. Р. 1-5. DOI: 10.1109/VETECS.2012.6240118.
15. Lao Jia, Jin Ronghong, Geng, Junping. UWB spiral antenna with parabolic reflector // Proceedings of the XXIXth URSI General Assembly in Chicago. 2008.
16. Piksa P., Mazanek M. A Self-complementary 1.2 to 40 GHz spiral antenna with impedance matching // Radioengineering. 2006. V. 15. № 3. Р. 15-19.
17. Baard Charl, Liu Yulang, Nikolova Natalia. Ultra-wideband low-cost high-efficiency cavity-backed compound spiral antenna // Electronics. 2020. V. 9. P. 1399. DOI: 10.3390/electronics9091399.
18. Fumeaux C., Baumann D., Vahldieck R. Finite-volume time domain analysis of a cavity backed archimedean spiral antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2006. V. 54. Р. 844-851.
19. Mohamad Sarah, Cahill Robert, Fusco Vincent. Performance enhancement of a wideband spiral antenna using a stepped ground plane // Microwave and Optical Technology Letters. 2014. V. 56. DOI: 10.1002/mop.28156.
20. Balanis C.A. Modern Antenna Handbook. 2007. DOI: 10.1002/9780470294154.
21. Dobychina E.M., et al. Unmanned aerial vehicle antenna measurement using anechoic chamber // TEM Journal. 2020. V. 9. № 4. Р. 1480-1487.
22. Литьевые полиамиды способны совершить революцию в производстве БПЛА – эксперт [website]. URL: https://anav.ru/news/tpost/4xjy2xf5b1-litevie-poliamidi-sposobni-sovershit-rev.