А. В. Богословский1, Д. Н. Борисов2, C. Н. Разиньков3
1, 3 ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж, Россия)
2 Воронежский государственный университет (г. Воронеж, Россия)

1 bogosandrej@yandex.ru, 2 borisov@sc.vsu.ru, 3 razinkovsergey@rambler.ru

Постановка проблемы. Для автоматизации движения и управления пространственной ориентацией мобильных объектов требуется разработка антенных модулей высокоточного позиционирования по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем. Она заключается в совместном выполнении противоречивых требований по обеспечению пространственно-частотной избирательности и миниатюризации приемных структур. Исходя из условий сохранения мобильных свойств носителей при размещении на их бортах навигационной аппаратуры потребителей, в качестве антенных систем целесообразно использовать решетки микрополосковых элементов. Методическую основу анализа антенных решеток составляют электродинамические модели, устанавливающие взаимосвязи конструктивных параметров с характеристиками приема сигналов.

Цель. Построить электродинамическую модель и исследовать диаграмму направленности плоской микрополосковой антенной решетки.

Результаты. Для исследования характеристик плоской решетки микрополосковых вибраторов, размещенной на подложке из диэлектрического материала с бесконечно протяженным тонким идеально проводящим экраном, с применением метода интегральных уравнений из граничных условий для суперпозиции облучающего и вторичного электрического поля выполнена постановка краевой задачи для системы антенных элементов. Отмечено, что применение граничных условий для суперпозиции принимаемого и рассеиваемых полей позволяет учесть электромагнитные связи в решетке, обусловленные вторичным излучением. В результате задания эффективной диэлектрической проницаемости пространства возбуждения, зависящей от электрофизических свойств, толщины подложки и размеров микрополосковых вибраторов, а также замены приемных элементов эквивалентными электрическими вибраторами в виде идеально проводящих трубок с регулярными радиусами поперечных сечений и бесконечно тонкими стенками получена система интегральных уравнений Халлена для эквивалентных электрических токов решетки. Указанные токи найдены в виде множества дискретных значений, достаточного для восстановления их распределений при контролируемой невязке граничных условий краевой задачи, путем частичного обращения операторов интегральных уравнений методом Крылова–Боголюбова. По распределению эквивалентных токов вычислена диаграмма направленности микрополосковой антенной решетки, исследованы закономерности изменения направленных свойств приемной структуры при различном числе элементов.

Практическая значимость. На основе электродинамического анализа плоской микрополосковой антенной решетки установлены взаимосвязи ее диаграммы направленности с параметрами конструкции. Получены оценки улучшения пространственно-частотной избирательности приема сигналов при увеличении числа антенных элементов. Представленные результаты составляют методическую основу для обоснования технического облика приемных структур, применяемых в модулях высокоточного позиционирования мобильных объектов по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем.

Богословский А.В., Борисов Д.Н., Разиньков C.Н. Электродинамический анализ микрополосковых антенных решеток высокоточного позиционирования мобильных объектов по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем // Антенны. 2025. № 5. С. 28–35. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202505-03

1. Асеев А.Л., Владимиров В.М., Фатеев Ю.Л. и др. Исследование точностных характеристик антенных модулей высокоточного позиционирования АМ415 в угломерных измерениях по сигналам ГЛОНАСС/GPS // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета. 2013. № 6 (52). С. 64–69.
2. Владимиров В.М., Кондратьев А.С., Крылов Ю.В. и др. Навигационные характеристики щелевой полосковой антенны вытекающей волны // Известия вузов. Физика. 2012. № 8. С. 86–90.
3. Управление и наведение беспилотных летательных аппаратов на основе современных информационных технологий / Под ред. М.Н. Красильщикова и Г.Г. Себрякова. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2003.
4. Гусинский А.В., Свирид М.С., Кондрашов Д.А. и др. Моделирование микрополосковой антенны радиовысотомера для летательного аппарата // Доклады Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. 2021. Т. 19. № 5. С. 5–12.
5. Габриэльян Д.Д., Звездина М.Ю., Касьянов А.О. и др. Антенны, СВЧ-устройства и их технологии / Под ред. А.А. Косогора. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2023.
6. Малевич И.Ю., Бобков Ю.Ю., Каленкович Е.Н. и др. Активная антенна для приема сигналов спутниковых систем GPS/ ГЛОНАСС/EGNOS // Доклады Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. 2013. № 6 (76). С. 19–23.
7. Панченко Б.А., Князев С.Т., Нечаев Ю.Б. и др. Электродинамический расчет полосковых антенн. М.: Радио и связь. 2002.
8. Улановский А.В., Кизименко В.В. Моделирование микрополосковых антенных решеток методом интегральных уравнений // Доклады Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. 2012. № 7 (69). С. 93–99.
9. Сетуха А.В. Метод интегральных уравнений в математической физике. М.: Издательство МГУ. 2023.
10. Неганов В.А., Павловская Э.А., Яровой Г.П. Излучение и дифракция электромагнитных волн / Под ред. В.А. Неганова. М.: Радио и связь. 2004.
11. Пономарев Л.И., Степаненко В.И. Сканирующие многочастотные совмещенные антенные решетки. М.: Радиотехника. 2009.