Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕКОГЕРЕНТНЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА СРЕДСТВ РАДИОСВЯЗИ ДИСТАНЦИОННО ПИЛОТИРУЕМЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Седельников Ю.Е. Юсиф Юсиф Саси
Развитие беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) широкой номенклатуры массы, габаритов, длительности полета и дальности действия является одним из приоритетных направлений мировой авиапромышленности [1]. В настоящее время они находят широкое применение, в том числе гражданское: для патрулирования дорог и водных акваторий, мониторинга объектов нефтяной промышленности, контроля границ, борьбы с наркотрафиком и др. Эффективность их применения в значительной мере зависит от характеристик средств радиосвязи ДПЛА с наземным пунктом управления. Качественные показатели радиолиний радиоуправления и передачи данных, в том числе дальность действия и массогабаритные показатели в значительной мере зависят от свойств используемых антенн. В работе [2] показана возможность уменьшения мощности бортового радиопередатчика (или, соответственно увеличения дальности действия радиолинии) до нескольких раз за счет использования наземных антенн с диаграммами направленности оптимизированной формы. Задача улучшения показателей радиолиний связи с ДЛЛА путем совершенствования бортовых антенн также рассматривалась в ряде работ, например [3-5]. Одной из специфических трудностей при создании эффективных бортовых является значительное влияние объекта установки на диаграмму направленности антенны. Это влияние, в частности, проявляется в виде провалов в ДН, имеющих значительную глубину в некоторых направлениях. Поскольку в типовых ситуациях глубина интерференционных провалов может достигать величины порядка -10...-15 дБ и более, мощность бортового передатчика вынужденно завышается по сравнению с минимально возможной величиной. Таким образом, уменьшение глубины интерференционных провалов в ДН бортовых антенн означает возможность снижения мощности бортового передатчика, либо соответствующее увеличение дальности действия в пределах прямой видимости.

В настоящей работе исследуются возможности снижения мощности бортового радиопередатчика или, соответственно, увеличения дальности действия радиолинии за счет снижения, по возможности, глубины интерференционных провалов в пределах требуемого сектора углов, за счет использования принципа некогерентных антенных решеток [5].

В работе [5] описан новый подход к созданию бортовых антенн, представляющих собой антенные решетки с небольшим числом элементов при отказе от традиционного когерентного суммирования излученных или принятых ими сигналов. Существует ряд вариантов подобной обработки: суммирование сигналов, принятых отдельными элементами после их детектирования, разнос во времени сигналов, передаваемых и принимаемых при помощи отдельных элементов, параллельная передача и прием сигналов в нескольких частотных каналах, соответственно используемых отдельных элементов решетки и ряд других. Общим для большинства названных способов является то, что интенсивность принятого сигнала пропорциональна значениям некоторой результирующей диаграммы направленности в режиме передачи, которая допускает представление в следующем виде:

,        (1)

где - имеет смысл относительной мощности, излучаемой i-м элементом решетки, а - его ДН по мощности.

Максимальное значение  в этом случае, очевидно, не превосходит наибольшего из значений, соответствующих отдельному элементу и является ненулевым, если только в данном направлении θ,φ все излучатели не имеют нулевых провалов в их ДН. Таким образом, при использовании некогерентной антенной решетки

      (2)

Перечисленные свойства дают основу для использования некогерентных антенных решеток в составе бортовой передающей аппаратуры связи и определяют основные их свойства. Для использования в указанном назначении некогерентные антенные решетки должны состоять из небольшого числа излучателей с неидентичными диаграммами направленности, причем, наиболее желательно, чтобы минимальные значения  одних из них соответствовали по возможности максимальным значениям других.

С точки зрения практики наибольший интерес представляют некогерентные решетки, содержащие два элемента. В работе показано, что использование двухэлементной антенной решетки целесообразно, если выполнено условие

       (3)

где, знаменатель представляет собой - минимальное значение КУ одноэлементной антенны в требуемом секторе углов, а числитель - минимальное значение КУ двухэлементной некогерентной антенной решетки.

Проведенные количественные расчеты показывают высокую эффективность предлагаемого принципа некогерентных антенных решеток. Эффективность в данном случае понимается как увеличения минимального значения коэффициента усиления в пределах заданного сектора углов. Увеличение этой величины в  раз означает возможность уменьшения мощности бортового передатчика в  раз или увеличение дальности действия радиолинии с предлагаемой антенной системой ориентировочно в  раз.

Проведенные расчеты для ряда модельных ситуаций показали достаточно высокую эффективность использования принципа некогерентных антенных решеток при создании аппаратуры связи. В качестве иллюстрации приводятся данные для случая, соответствующего обеспечению связи воздушного объекта с наземной станцией связи при условиях прямой видимости объекта с наземной станции, произвольной ориентации объекта в азимутальной плоскости и диапазона значений углов места. [0 ...300].

Оценки повышения эффективности проведены для ряда ситуаций:

  • двухэлементная некогерентная решетка, расположенная в нижней части фюзеляжа;
  • двухэлементная антенная решетка с элементами на кромках крыльев;
  • двухполяризационная бортовая передающая антенна при условии некогерентного приема двух ортогонально поляризованных компонент в приемной части радиолинии.

Во всех перечисленных случаях отмечается значительный выигрыш по сравнению традиционным выполнением антенны в виде одиночного излучателя, размещенного на нижней поверхности фюзеляжа или на киле ЛА. Установлено, что при типовых размерах летательных аппаратов рассматриваемого класса «мини» выполнение антенны в соответствие с принципом некогерентной антенной решетки становится целесообразным для аппаратуры связи диапазона частот выше 250 ...300 Мгц. Эффект повышения минимального коэффициента усиления в заданном секторе углов возрастает при использовании более высокочастотных диапазонов, обеспечивая выигрыш по сравнению с традиционным выполнением антенны достигающего значений до 20 дБ при частотах порядка 1500 МГц и выше.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Г.П. Дремлюга, С.А. Ески, Ю.Л. Иванов, В.А. Лященко Беспилотные летательные аппараты. Состояние и тенденции развития. Под общей редакцией д.т.н. ,проф. Иванова Ю.Л. - М.: ЛА «Варяг», 2004 -176с.
  2.  Сагадеев Г.И., Седельников Ю.Е., Юсиф С. Юсиф Оптимизация антенн информационно - измерительной аппаратуры ДПЛА с использованием методов математического моделирования.-Сб Трудов XI Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях», Казань, Изд. КГТУ им. С.М.Кирова, 2005 - с. 116-118.
  3.  J. Lux and M. Schaefer Displacing Unpredictable Nulls in Antenna Radiation Patterns- A simple method could be implemented at minimal cost. NASA´s Jet//Propulsion Lab., Pasadena, California web site www nasatech.com/briefs/Mar05/NP030898.html.
  4.  S.H. Breheney, R. D , Andrea and J.C.Milner Using Airborne vehicles-based antenna Array to improve communication with UAV clusters. Proc. IEEE Conf. on Decision and Control, Dec. 2003, p.4158-4162.
  5.  Седельников Ю.Е., Юсиф С. Юсиф Некогерентные антенные решетки для средств радиосвязи дистанционно пилотируемых летательных аппаратов. «Современные наукоемкие технологии, No 5, 2005 с. 78-79.

Библиографическая ссылка

Седельников Ю.Е., Юсиф Юсиф Саси ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕКОГЕРЕНТНЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА СРЕДСТВ РАДИОСВЯЗИ ДИСТАНЦИОННО ПИЛОТИРУЕМЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ // Успехи современного естествознания. – 2006. – № 10. – С. 48-49;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=11613 (дата обращения: 21.07.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674