Разработка и проектирование бортового антенно-фидерного оборудования малых беспилотных летательных аппаратов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Решетневскце чтения

УДК 621.396.67

Н. М. Боев

Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

РАЗРАБОТКА И ПРОЕКТИРОВАНИЕ БОРТОВОГО АНТЕННО-ФИДЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ МАЛЫХ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Описывается подход к выбору антенно-фидерного оборудования малых беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Сформулированы требования к антенне, предложена практическая реализация.

К бортовой антенно-фидерной системе малых БПЛА предъявляется ряд особых требований по мас-согабаритным параметрам. При взлетной массе летательного аппарата (ЛА) до 5 кг масса антенны и фидера не должна составлять более 100 г. Это требование делает невозможным установку на ЛА поворотных устройств для антенны и сканирующих антенных решеток.

Антенно-фидерная система БПЛА должна обладать следующими характеристиками:

- иметь круговую диаграмму направленности;

- иметь рабочий диапазон частот 2,4 ГГц;

- иметь коэффициент стоячей волны менее 1,2 для частот 2,4-2,4835 ГГц (нагрузка 50 Ом);

- быть неукороченной;

- быть короткозамкнутой;

- иметь малый габарит и массу.

Поясним некоторые требования. Антенна ЛА должна быть неукороченной. Известно, что с укорочением антенны растут реактивные токи в ближнем поле антенны. Любые предметы, попавшие в ближнее поле, оказывают сильное влияние на ее параметры. Так как антенна устанавливается в крыле ЛА, невозможно обеспечить полное отсутствие каких-либо частей конструкции ЛА в ближней зоне. Как правило, композиционные материалы имеют коэффициент диэлектрической проницаемости, отличный от коэффициента диэлектрической проницаемости воздуха, что приводит к смещению резонансной частоты антенны и ухудшению ее характеристик. Поэтому является целесообразным свести влияние окружающих предметов до минимума.

Поскольку антенна эксплуатируется в условиях полета ЛА, необходимо предусмотреть меры защиты от электростатических зарядов. Идеальным способом такой защиты является выполнение короткозамкнутой антенны.

Так как силовая установка малого ЛА работает от электрической энергии, необходимо свести к минимуму потери энергии на рассогласование антенны, фидера и приемопередатчика.

Вопрос диаграммы направленности антенны подробно рассмотрен в статье «Design and Implementation Antenna for Small UAV» [1].

С учетом разработанных требований была рассчитана антенна (рис. 1). Габаритные размеры антенны 45 х 45 х 26 мм. Вес - 30 г.

Предложенная конструкция была промоделирова -на и оптимизирована в пакете CST MICROWAVE STUDIO.

а б

Рис. 1. Бортовая антенна ЛА: внешний вид (а) и диаграмма направленности (б)

Действующие образцы антенны показаны на рис. 2.

Рис. 2. Внешний вид бортовой антенны БПЛА

Необходимо отметить, что разработанная антенно-фидерная система прошла испытания в составе комплекса БПЛА «Дельта» и на данный момент успешно эксплуатируется.

Библиографическая ссылка

1. Boev N. M. Design and Implementation Antenna for Small UAV // SIBCON : Intern. Siberian Conf. on Control and Communications. 2011.

Cuстемы управления, космическая навигация и связь N. M. Boev

Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

DEVELOPMENT AND DESIGN OF AN ON-BOARD AERIAL-FEEDING DEVICE FOR SMALL PILOTLESS VEHICLES

Explanation of antenna choice for small UAV (Unmanned Aerial Vehicle) and its realization are presented. The suggested antenna has a simple construction with low weight and small size. It is operating in 2.4 GHz band. Radiation pattern is toroidal that allows to have a stabilized link at all directions to aircraft. Antenna is short-circuited for protecting from electrostatic discharge [1].

© Боев Н. М., 2011

УДК 620.1.08

Е. В. Величко, А. Б. Базилевский

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА АККУМУЛЯТОРА И ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ЕГО ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ

Описано устройство для регулирования теплового режима и измерения температуры аккумуляторов малой мощности.

Для составления математической модели аккумуляторной батареи космического аппарата и для более детальной проработки схем ее электрического и теплового управления необходимо знать теплоэнергетические параметры ее отдельных аккумуляторов. Измерение мощности тепловыделения аккумулятора малой мощности предъявляет к установке ряд требований, таких как малая инерционность измерителя и высокая точность измерения.

Устройство для регулирования теплового режима аккумулятора и измерения мощности его тепловыделения (см. рисунок) содержит тепловой концентратор, представляющий собой сборку из металлических пластин 1 и 4, скрепленных я-теплопроводящими пла-

стинами 3, причем шаг их крепления на пластине 4 постоянный, а на пластине 1 - переменный. Для повышения точности сборки и плотности прилегания пластины 1 к грани аккумулятора, я-теплопроводящие пластины выполнены дугообразно с нелинейностью ~ 2 мм. Также для уменьшения ошибки от вредного влияния теплового шунтирования поверхности я-теплопроводящих пластин покрыты слоем теплоизолирующего материала.

Для уменьшения теплового сопротивления контакт между металлической пластиной 1 и аккумулятором, металлической пластиной и термоэлементом (ТЭ) 6, ТЭ 6 и теплообменником 7 обеспечивается слоем теплопроводного вещества 9.

Общий вид устройства