Электродинамический анализ микрополосковых антенных решеток высокоточного позиционирования беспилотных летательных аппаратов

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.