А. В. Богословский1, C. Н. Разиньков2
1, 2 ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж, Россия)

1 bogosandrej@yandex.ru, 2 razinkovsergey@rambler.ru

Постановка проблемы. Для автоматизированного управления беспилотными летательными аппаратами и их вывода в точки пространства с контролируемыми среднеквадратическими отклонениями от заданных координат требуется применение модулей высокоточного позиционирования по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем. В интересах сохранения аэродинамических свойств воздушных объектов и исключения нерационального расходования ресурса целевых нагрузок в качестве антенных систем навигационной аппаратуры потребителей используются решетки микрополосковых вибраторов, обладающие малыми массогабаритными характеристиками и встраиваемыми в несущие поверхности формами конструкций. Методическую основу проектирования антенных решеток составляет электродинамический анализ для установления взаимосвязей конструктивных параметров с показателями пространственно-частотной избирательности приема сигналов.

Цель. Исследовать закономерности изменения диаграммы направленности микрополосковой антенной решетки при различных параметрах конструкции и электрофизических свойствах несущей поверхности.

Результаты. В интересах анализа антенных решеток высокоточного позиционирования беспилотных летательных аппаратов при граничных условиях полного электрического поля на идеально проводящих поверхностях выполнена постановка краевой задачи для системы микрополосковых вибраторов с электромагнитными связями, обусловленными вторичным электромагнитным излучением. Отмечено, что подложка решетки выполнена из диэлектрического материала и расположена на бесконечно тонком плоском металлическом экране конечных размеров. При постановке краевой задачи найдена эффективная диэлектрическая проницаемость пространства возбуждения, определяемая значениями диэлектрической проницаемости, толщины слоя материала подложки и размеров микрополосковых вибраторов, и выполнено представление приемных элементов эквивалентными идеально проводящими трубчатыми электрическими вибраторами. Получена система интегральных уравнений для фиктивных осевых токов эквивалентных вибраторов в приближении проволочной конструкции и поверхностных токов бесконечно тонкого металлического экрана. На основе частичного обращения ее оператора методом коллокаций при контроле невязки граничных условий краевой задачи вычислены комплексные амплитуды токов в точках дискретизации вибраторов и экрана. По распределению токов антенных элементов, восстановленному путем суммирования последовательностей кусочно-постоянных базисных функций с весовыми коэффициентами в виде найденных дискретных значений комплексных амплитуд, проведен расчет диаграммы направленности микрополосковой антенной решетки. Исследованы закономерности изменения направленных свойств приемной структуры при различных параметрах конструкции и значениях диэлектрической проницаемости материала подложки.

Практическая значимость. На основе электродинамического анализа установлены взаимосвязи диаграммы направленности и параметров конструкции плоской микрополосковой антенной решетки с подложкой конечных размеров, закрепленной на экране прямоугольной формы. Выявленные зависимости направленных свойств приемной структуры от размера массива антенных элементов и электрофизических характеристик несущей поверхности позволяют обосновать рациональный технический облик аппаратуры с требуемыми показателями точности позиционирования объектов по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем.

Богословский А.В., Разиньков C.Н. Электродинамический анализ микрополосковых антенных решеток высокоточного позиционирования беспилотных летательных аппаратов // Антенны. 2026. № 1. С. 43–52. DOI: https://doi.org/10.18127 /j03209601-202601-04

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. 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.
3. Панченко Б.А., Гизатуллин М.Г. Нано-антенны. М.: Радиотехника. 2010.
4. 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.
5. Тарасов Д.В. Решение интегральных уравнений теории линейных антенн методом конечных элементов // Журнал Средневолжского математического общества. 2023. T. 25. № 1. С. 554–564.
6. Неганов В.А., Павловская Э.А., Яровой Г.П. Излучение и дифракция электромагнитных волн / Под ред. В.А. Неганова. М.: Радио и связь. 2004.
7. 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.
8. Табаков Д.П., Морозов С.В., Неганов В.А. Математические модели широкополосных вибраторных антенн // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2017. Т. 20. № 3. С. 6–14.
9. 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.
10. Разиньков С.Н., Евсеев А.В. Электродинамический анализ полоскового элемента антенной решетки мобильного радиоэлектронного комплекса информационно-телекоммуникационной системы // Телекоммуникации. 2024. № 4. С. 15–23.