Создание кольцевой антенной решетки на основе излучателей Вивальди для широкополосного канала связи с ретрансляцией
https://doi.org/10.32603/1993-8985-2023-26-3-58-66
Аннотация
Введение. В настоящее время беспилотные летательные аппараты (БПЛА) находят все более широкое применение. Одной из задач развития БПЛА является создание активных антенных систем с возможностью установки узкого луча главного лепестка диаграммы направленности (ДН). Несмотря на то, что во многих исследованиях рассматривается создание специализированных антенных решеток с широким диапазоном углов сканирования, особенности расположения таких систем на БПЛА не изучались подробно. После разработки таких решеток для БПЛА возможно создание цепи ретрансляции с защищенным широкополосным каналом.
Цель работы. Разработка широкополосной антенной системы для БПЛА с возможностью установки главного лепестка ДН в любом направлении азимутальной плоскости для использования в задачах ретрансляции.
Материалы и методы. В рамках исследования разработана модель излучателя и кольцевой антенной решетки на его основе в пакете электромагнитного моделирования Ansys HFSS.
Результаты. Показаны частотные зависимости коэффициента направленного действия (КНД) и коэффициента усиления (КУ) для кольцевой антенной решетки, состоящей из 8 и 16 элементов, а также частотные зависимости коэффициента стоячей волны по напряжению и ДН, удовлетворяющие условиям ретрансляции в широкой полосе частот с использованием БПЛА. Представлены рекомендации по количеству активных элементов кольцевой решетки для обеспечения максимума КУ (КНД).
Заключение. Предложены конструктивные решения для использования антенных систем на БПЛА. В дальнейшем система может быть улучшена за счет оптимизации элементов антенной решетки и использования цилиндрической или полусферической решетки.
Ключевые слова
Об авторах
П. А. Межевов
Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича
Россия
Россия
Межевов Павел Александрович – аспирант и ассистент кафедры радиосистем и обработки сигналов.
Автор четырех научных работ. Сфера научных интересов – антенны; СВЧ-устройства.
пр. Большевиков, д. 22/1, Санкт-Петербург, 193232
К. О. Коровин
Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича
Россия
Россия
Коровин Константин Олегович – кандидат физико-математических наук (2009), доцент (2020), заведующий кафедрой радиосистем и обработки сигналов.
Автор более 30 научных работ. Сфера научных интересов – антенны, антенные решетки; СВЧ- устройства.
пр. Большевиков, д. 22/1, Санкт-Петербург, 193232
А. Н. Ликонцев
Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича
Россия
Россия
Ликонцев Алексей Николаевич – кандидат физико-математических наук (1990), доцент кафедры радиосистем и обработки сигналов.
Автор 60 научных работ. Сфера научных интересов – спутниковые и радиорелейные системы; спутниковое и кабельное телевидение.
пр. Большевиков, д. 22/1, Санкт-Петербург, 193232
Список литературы
1. Channel modeling and performance analysis for UAV relay system / X. Chen, X. Hu, Q. Zhu, W. Zhong, B. Chen // China Communications. 2018. Vol. 15, № 12. P. 89–97. doi: 10.12676/j.cc.2018.12.007
2. Development and Testing of a Two-UAV Communication Relay System / B. Li, Y. Jiang, J. Sun, L. Cai, C.-Y. Wen // Sensors. 2016. Vol. 16, iss. 10. P. 1696. doi: 10.3390/s16101696
3. Outage Performance of Multi-Antenna Mobile UAV-Assisted NOMA Relay Systems Over Nakagamim Fading Channels / T. M. Hoang, B. C. Nguyen, L. T. Dung, T. Kim // IEEE Access. 2020. Vol. 8. P. 215033–215043. doi: 10.1109/ACCESS.2020.3041311
4. Low-Profile Conformal UWB Antenna for UAV Applications / L. I. Balderas, A. Reyna, M. A. Panduro, C. Del Rio, A. R. Gutiérrez // IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 127486–127494. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2939511
5. Dudarev S. V., Voytovich N. I., Dudarev A. V. Annular antenna array with a circular radiation pattern in the plane of vector E // American Institute of Physics. Conf. Ser. 2022. Vol. 2467, № 1. doi: 10.1063/5.0092572
6. Использование беспилотных летательных аппаратов в сельском хозяйстве / Ю. Н. Зубарев, Д. С. Фомин, А. Н. Чащин, М. В. Заболотнова // Вестн. Пермского федерального исследовательского центра. 2019. № 2. С. 47–51. doi: 10.7242/2658-705X/2019.2.5
7. Nex F., Remondino F. UAV for 3D mapping applications: a review // Applied Geomatics. 2014. № 6. P. 1–15. doi: 10.1007/s12518-013-0120-x
8. Нечаев Ю. Б., Зотов С. А., Макаров Е. С. Сверхразрешающие алгоритмы в задаче азимутальной радиопеленгации с использованием кольцевых антенных решеток // Антенны. 2007. № 7. С. 29–34.
9. Коровин К. О., Кузьмин С. В. Реализация канала связи с БПЛА с использованием широкополосных малоэлементных антенных решеток в качестве бортовых антенных систем // Тр. учебных заведений связи. 2020. Т. 6, № 2. С. 39–44. doi: 10.31854/1813-324X-2020-6-2-39-44
10. Uniform circular arrays for phased array antenna / N. H. Noordin, V. Zuniga, A. O. El-Rayis, N. Haridas, A. T. Erdogan, T. Arslan // Loughborough Antennas & Propagation Conf. Loughborough, UK, 14–15 Nov. 2011. Piscataway: IEEE, 2011. P. 1–4. doi: 10.1109/LAPC.2011.6114031
11. Низкопрофильная антенна для БПЛА / А. С. Антонов, Ю. Г. Антонов, С. В. Балландович, М. И. Сугак // Изв. СПбГЭТУ "ЛЭТИ". 2013. № 6. С. 3–7.
12. Борзов А. Б., Лихоеденко К. П., Серегин Г. М. Принципы построения сверхширокополосной антенны Вивальди для импульсных приемопередающих модулей систем ближней радиолокации и радиосвязи // Спецтехника и связь. 2013. № 6. С. 54–57.
13. Compact UWB Vivaldi Tapered Slot Antenna / S. Saleh, W. Ismail, I. S. Z. Abidin, M. H. Jamaluddin, M. H. Bataineh, A. S. Alzoubi // Alexandria Engineering J. 2022. Vol. 61, № 6. P. 4977–4994. doi: 10.1016/j.aej.2021.09.055
14. Демшевский В. В., Цитович А. А., Папёнышев М. В. Антенна Вивальди на основе интегрированного в подложку волновода для сверхширокополосных автомобильных локаторов К-диапазона частот // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2019. Т. 1, № 1. С. 151–155.
15. The microwave and RF characteristics of FR4 substrates / J. R. Aguilar, M. Beadle, P. T. Thompson, M. W. Shelley // IEE Colloquium on Low Cost Antenna Technology. London, UK: IEEE, 1998. P. 2/1–2/6. doi: 10.1049/ic:19980078
Рецензия
Для цитирования:
Межевов П.А., Коровин К.О., Ликонцев А.Н. Создание кольцевой антенной решетки на основе излучателей Вивальди для широкополосного канала связи с ретрансляцией. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2023;26(3):58-66. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2023-26-3-58-66
For citation:
Mezhevov P.A., Korovin K.O., Likontsev A.N. Creation of a Vivaldi-Based Circular Antenna Array for Broadband Relay Channels. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2023;26(3):58-66. (In Russ.) https://doi.org/10.32603/1993-8985-2023-26-3-58-66
Просмотров: 106
Послать статью по эл. почте 