CC BY
3СИСТЕМЫ СВЯЗИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
УДК 621.396 DOI: 10.24412/2782-2141-2024-3-74-87
Разработка всенаправленной широкополосной Wi-Fi антенны в целях использования на беспилотных летательных аппаратах
Плотников М. Ю., Исламов А. И., Ильмер Д. В., Шаповалов Ф. А., Трапезников Р. В., Ахмедова И. М.
Аннотация. Введение: в настоящее время в момент бурного развития беспилотной авиации, особенно, в условиях возрастающего её значения для применения в специальной военной операции, актуализировалась тема обеспечения устойчивого управления беспилотными летательными аппаратами, в том числе в условиях радиоэлектронного противодействия. Одним из путей обеспечения устойчивости каналов управления, телеметрии и обратной связи в условиях радиоэлектронного противодействия является использование нестандартных радиочастот или возможность отстройки от помех в широкой частотной полосе. Поэтому основным новым требованием к всенаправленным антеннам для беспилотных летательных аппаратов является обеспечение работы в широкой полосе рабочих частот, составляющей не менее нескольких ГГц. Целью работы является освещение результатов проектирования и создания всенаправленной широкополосной антенны для применения на беспилотных летательных аппаратах в соответствии с требованиями по массогабаритным характеристикам от больших до малых их классов и обеспечения всенаправленного приёма-передачи цифровых данных в широкополосном wi-fi канале с наземными, морскими или воздушными пунктами управления. Используемые методы: патентный поиск, моделирование путём проведения расчётов в программе «CST MICROWAVE STUDIO» (численное моделирование высокочастотных устройств), разработка конструкции для беспилотного всеклиматического исполнения, проведение экспериментальных испытаний. Результат: заключается в разработке рабочей конструкторской документации оптимальной конфигурации всенаправленной широкополосной антенны для применения на беспилотном летательном аппарате, выполненной из отечественных материалов и комплектующих, а также в положительных оценках и заключениях испытаний опытного образца. Практическая значимость: разработка и постановка на серийное производство позволит решить вопрос оснащения беспилотных летательных аппаратов различных классов отечественными широкополосными антеннами. Разработанная антенна может найти применение в wi-fi системах различного назначения, например, для раздачи сетей 2G, 3G, 5G, 7G от роутеров в квартирах и в домах, в том числе, с использованием таких мобильных устройств как Bullet компании Ubiquiti Networks и аналогичных, в любых роботизированных комплексах, для измерения и тестирования wi-fi сетей и других приложений в диапазоне частот от 1,7 до 10 ГГц.
Ключевые слова: антенна, беспилотный летательный аппарат, диаграмма направленности, коэффициент усиления, коэффициент стоячей волны по напряжению, конструкция, ширина полосы рабочих частот.
Введение
В настоящее время в момент бурного развития беспилотной авиации, особенно, в условиях возрастающего её значения для применения в специальной военной операции, актуализировалась тема обеспечения устойчивого управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА), в том числе в условиях радиоэлектронного противодействия (РЭП). Одним из путей обеспечения устойчивости каналов управления, телеметрии и обратной связи в условиях РЭП является использование нестандартных радиочастот или возможность отстройки от помех в широкой частотной полосе. Поэтому основным новым требованием к всенаправленным антеннам для БПЛА является обеспечение работы в широкой полосе рабочих частот, составляющей не менее нескольких ГГц. Предлагаемый на рынке авиационных товаров широкий спектр антенных устройств для БПЛА, в основном китайского происхождения,
представляет собой антенны типа «штырь», «пагода», «клевер» или «У-образные» (рис. 1-4), имеющие сравнительно узкие полосы рабочих частот.
Поэтому в АО «НИИ «Нептун» было принято решение выполнить инициативную опытно-конструкторскую работу (ОКР) по разработке всенаправленной широкополосной антенны для применения на БПЛА. В результате ОКР была разработана рабочая конструкторская документация и изготовлен опытный образец, который успешно выдержал предварительные и лётные испытания.
Рис. 1. Антенна типа «штырь»
Рис. 2. Антенна типа «пагода»
Рис. 3. Антенна типа «клевер»
Рис. 4. Антенна типа «У-образная»
Основные тактико-технические требования
В состав изделия входит комплект эксплуатационной непосредственно антенно-фидерное устройство, включающее:
- основание;
- водозащищённый обтекатель;
- антенные элементы;
- элементы крепления к корпусу БПЛА. Требования назначения.
Рабочий диапазон частот должен быть от 2 до 10 ГГц. Диаграмма направленности (ДН):
документации и
в горизонтальной плоскости - круговая;
в вертикальной плоскости - с максимальным усилением вдоль горизонта.
Подключение антенно-фидерного устройства к аппаратуре БПЛА должно осуществляться по высокочастотному (ВЧ) кабелю с волновым сопротивлением 50 Ом.
Конструктивные требования. Масса антенно-фидерного устройства должна быть не более 70 г. а ее конструкция должна обеспечивать соответствие требованиям ГОСТов по стойкости, прочности и устойчивости к воздействию механических и климатических факторов.
Патентный поиск
Антенна типа «клевер» (рис. 3) [1, 2] имеет всенаправленную диаграмму направленности в горизонтальной плоскости с максимальным коэффициентом усиления
1,35 дБи. Основополагающим для широкого использования параметром рассматриваемой антенны является круговая поляризация, возникающая по классическим принципам благодаря размещенным под 45 ° дуговым участкам, разнесенным на расстояния 0,5Х, попарно противоположным и установленными под углом 90 ° друг относительно друга. За счет того, что эти участки являются, по сути, четвертью наклонённой окружности, антенна формирует равномерное поле с круговой поляризацией. Расположенные в пространстве дуговые участки крест на крест, и ориентированные в горизонтальную плоскость, попарно ортогонально, обеспечивают формирование диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. Общая длина одного лепестка равняется длине волны на резонансе.
В [1] было проведено моделирование квазишунтовой антенны «клевер», изображённой на рис. 5 в программе Ansoft HFSS14 на частотах wi-fi диапазона 2,4 ГГц. График зависимости коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВ) от частоты представлен на рис. 6. Из графика на рис. 6 видно, что рабочий диапазон квазишунтовой антенны «клевер» составляет не более 40 МГц по уровню КСВ не более 2.
t
Рис. 5. Модель антенны квазишунтовой «клевер»
Рис. 6. График частотной зависимости КСВ антенны квазишунтовой «клевер»
Антенна «пагода» (рис. 2) была представлена на сайте [3] в интернете в сентябре 2016 г. аспирантом Лёвенского католического университета Мартеном Бертом.
Антенна состоит из трёх печатных дисков, соединённых соосно, на двух из которых напечатаны три горизонтальных полуволновых вибратора, развернутых относительно соседнего на 120 образуя кольцевую антенную решетку из трех излучающих элементов, расположенных по окружности и формирующих круговую ДН в азимутальной плоскости (рис. 7). Третий диск представляет собой нижний рефлектор. Диски располагаются относительно друг друга на одной оси на определённом расстоянии, верхний диск расположен печатью вверх, а два других диска -печатью вниз. От размеров дисков (диаметр, и соответственно, размеры вибраторов) и расстояний между ними зависит рабочий диапазон частот антенны. Антенна имеет круговую диаграмму в горизонтальной плоскости и круговую поляризацию.
Для уточнения характеристик антенны типа «пагода» было выполнено моделирование в программе «CSTMICROWAVE STUDIO» на диапазон частот 2,3 - 2,4 ГГц. На рис. 8 представлена разработанная модель антенны типа «пагода». На рис. 9 представлена модель антенны типа «пагода» в разрезе. Масса антенны в сборе составила около 70 г.
Рис. 7. Модель антенны «пагода»
Рис. 8. Модель антенны «пагода»
Рис. 9. Модель антенны «пагода» в разрезе
На рис. 10 представлена частотная зависимость КСВ модели антенны. Из этого графика видно, что рабочая полоса частот по уровню КСВ не более 2 составляет около 110 МГц, что почти в 3 раза превышает полосу рабочих частот антенны типа «клевер».
На рис. 11 представлена диаграмма направленности (ДН) антенны типа «пагода» в вертикальной плоскости. ДН в горизонтальной плоскости равномерно круговая и имеет максимальный коэффициент усиления 2,54 дБи на частоте 2,35 ГГц. В вертикальной плоскости ДН имеет провалы в области зенита и надира.
Для уточнения характеристик «V-образной» (рис. 4) антенны было выполнено моделирование в программе «CST MICROWAVE STUDIO» на диапазон частот 2,3 - 2,4 ГГц. Антенна «V-образного» типа имеет массу около 25 г. На рис. 12 представлена её модель на печатной плате. На рис. 13 представлена частотная зависимость S-параметров антенны «V-образного типа». S-параметры по уровню не более минус 10 дБ соответствуют КСВ не более 2, откуда видно, что полоса рабочих частот антенны «V-образного типа» составляет около 230 МГц (2,24-2,47 ГГц), что в два раза больше, чем у антенны типа «пагода».
На рис. 14 представлена диаграмма направленности антенны «V-образного» типа в вертикальной плоскости, откуда видно, что антенна имеет максимальный коэффициент усиления параллельно горизонту, который составляет 1,88 дБи на частоте 2,35 ГГц и равномерные провалы в области зенита и надира.
Рис. 10. График частотной зависимости КСВ антенны «пагода»
Рис. 11. График ДН антенны «пагода»
£ -ParanvtcK ЕМдуЛкк-!
/ ( -17.429*/
\S7
Л06 fftqucrxy i МНг
Рис. 12. Модель антенны У-образного типа
Рис. 13. График частотной зависимости КСВ антенны У-образного типа
Phi / deg vs. dBi
Рис. 14. График ДН антенны V-образного типа
Основным недостатком рассмотренных выше антенн является узкая полоса рабочих частот. В [4] представлена полезная модель широкополосной всенправленной дискоконусной антенны. На рис. 15 показано устройство заявленной в [4] полезной модели.
Рис. 15. Устройство всенаправленной широкополосной дискоконусной антенны
Антенна включает в себя металлический диск (1), на верхней поверхности которого закреплен перевёрнутый металлический конус (2). Разъем 8ЫЛ (3) закреплен на металлическом диске снаружи снизу с помощью винтов. Центральный цилиндр (4) разъёма вставлен в отверстие металлического диска. Центральная жила (5) разъёма соединяется с металлическим конусом. Радиопрозрачный обтекатель (6) закреплен снаружи металлического диска и закрывает металлический конус. Между верхней поверхностью металлического диска и металлическим конусом установлена цилиндрическая опорная рама (8), которая используется для поддержки металлического конуса. Чтобы предотвратить воздействие опорной рамы на антенну, она изготовлена из неметаллического диэлектрического материала. Антенна также включает в себя опорные стержни (9). На рис. 16 представлена структурная схема антенны (без обтекателя). Размер диска влияет на диаграмму направленности. Расстояние между диском и конусной конструкцией, а также угол конусной конструкции влияют на согласование импеданса антенны.
В табл. 1 показаны размеры металлического диска и металлического конуса в соответствии со схемой на рис. 16. Результаты моделирования показаны на рис. 17 и 18.
Таблица 1 - Размеры антенных элементов
Параметр R R1 H w
Размер, мм 94 102 55 7
К 2J
RI
Рис. 16. Структурная схема антенны
10
Ficqucncv Gllr
Рис. 17. График частотной зависимости КСВ дискоконусной антенны
ЮНг 18СНг
Рис. 18. График ДН дискоконусной антенны в вертикальной плоскости на частотах 1 и 18 ГГц
Заявленная в [4] модель широкополосной дискоконусной антенны в рабочем диапазоне частот от 1 до 18 ГГц имеет КСВ не более 2,2, результат усиления находится в пределах 1-8 дБ, а диаграмма направленности имеет всенаправленные характеристики.
ТЕХНИКА СРЕДСТВ СВЯЗИ
№ 3 (167) - 2024
Заявленная в [4] всенаправленная антенна была разработана и применена в реальных системах, например в [5]. Следует отметить как недостаток, что массогабаритные размеры антенны, которые приведены в [5] (масса составляет 500 г, габариты: общая высота - 229 мм, максимальный диаметр - 110 мм), не могут позволить использовать данную антенну на БПЛА малого класса, и критичны для использования на БПЛА среднего класса.
На основе рассмотренных антенн, патентов и литературы был выполнен анализ и сделан выбор конструкции для дальнейшего расчёта и проектирования. За основу для выбора конструкции проектируемой антенны была взята дискоконусная конструкция, описанная в [6], поскольку она имеет стабильную диаграмму направленности в широкой полосе частот и сравнительно проста по своему устройству. Дискоконусную антенну относят к антеннам с верхним питанием, которые снабжены концевой ёмкостью в виде диска и конусообразным внешним проводником.
Выше нижней частотной границы/н, на которую рассчитана антенна, КСВ в 50-омном фидере не превышает 2 во всей частотной области с отношением пределов 1 : 10. /н можно определить как наименьшую рабочую частоту, на которой КСВ не превышает 3. На частотах ниже/н КСВ быстро растёт, а выше/н - постепенно убывает до своего среднего значения менее 1,5. Дискоконусная антенна электрически ведёт себя как фильтр верхних частот с относительно крутым спадом частотной характеристики. Результаты определений минимальной рабочей частоты/н зависят от длины конуса диаметра диска Б и угла при вершине конуса ф/2 (рис. 19).
Как показывают экспериментальные данные [6] оптимальный Б составляет 0,7Стах независимо от угла ф/2. Длина конуса Ьв определяется углом ф/2 и составляет приблизительно 0,25Х - четверть средней рабочей длины волны. Стш ограничивает частотную область сверху таким образом, что она расширяется с уменьшением Стщ. Между Стт и промежутком £ действует соотношение £ = 0,3Стщ, зависящее от угла ф/2.
Результаты численного моделирования в программе «CST MICROWAVE STUDIO» в целях выбора и оптимизации конструкции проектируемой антенны
Выполненное численное моделирование в программе «CSTMICROWAVE STUDIO» с целью оптимизации размеров дискоконусной антенны для обеспечения широкой полосы рабочих частот в wi-fi диапазоне привело к полному совпадению размерных пропорций дискоконусной антенны, указанных в [6] в соответствии с рис. 19.
Выбор конструкции проектируемой антенны
I
1
т- смьх -•
Рис. 19. Схема классической конструкции дискоконусной антенны
На рис. 20 показаны основные детали и габариты антенны без обтекателя и основания. На рис. 21 показана модель антенны в сборе, выполненная в программе «CST MICROWAVE STUDIO». На рис. 22 показана модель антенны в разрезе.
Рис. 20. Основные элементы антенны
Рис. 21. Модель антенны
Рис. 22. Модель антенны в разрезе
Антенна состоит из алюминиевого проводящего конуса (1), выточенного на токарном станке с числовым программным управлением, и медного проводящего диска (2), соединённых между собой для изоляции фторопластовой втулкой (3). При этом она содержит приборный фланцевый разъём SMA (4), центральная жила которого во фторопластовой оболочке проходя через центральное отверстие алюминиевого проводящего конуса (1) и фторопластовой втулки (3) припаяна к центральному отверстию медного проводящего диска (2), а корпус приборного фланцевого разъёма SMA (4) винтами (5) закреплен на выточенном внутреннем фланце алюминиевого проводящего конуса (1).
Разработанная антенна отличается от классической дискоконусной антенны, представленной на рис. 19, тем, что конус антенны находится в непосредственном контакте с алюминиевым проводящим основанием антенны (7) (рис. 21), что приводит к геометрическому изменению классической проводящей конусной конструкции. Это обеспечивает расширение полосы рабочих частот антенны от 1,7 до 10 ГГц. При этом на алюминиевое основание посредством резьбы накручивается радиопрозрачный пластиковый обтекатель (6) удерживающий своей внутренней формой диск (2) в горизонтальном положении на фторопластовой втулке (3) и прижимающий дискоконусную антенну к алюминиевому основанию (7). К алюминиевому основанию антенны снизу крепятся четыре пластиковые стойки (8), соединяющие его с нижним алюминиевым диском (9), обеспечивающим крепление антенны к корпусу БПЛА на расстоянии, уменьшающем влияние корпуса беспилотного летательного апаарата на диаграмму направленности антенны. Также на рис. 21 показан фидер (10), подключенный к фланцевому разъёму SMA (4).
На рис. 23 представлена модель первоначального варианта разрабатываемой дискоконусной антенны. На рис. 24 представлена модель первого варианта дискоконусной антенны в разрезе. Первый вариант получился очень тяжёлым с массой около 120 г. Габариты: общая высота - 109 мм, максимальный диаметр - 70 мм. На рис. 25 представлена частотная зависимость КСВ первого варианта дискоконусной антенны, полученная расчётным путём в программе «CSTMICROWAVE STUDIO».
Из графика видно, что рабочая полоса антенны по уровню КСВ не более 2 лежит в пределах от 1,7 до 4,2 ГГц. Выше этого диапазона до 10 ГГц КСВ периодически превышает заданные пределы до 2,75, что не в полной мере удовлетворяет заданным требованиям.
В целях уменьшения массогабаритных характеристик, уменьшения влияния металлических деталей (стоек) на диаграмму направленности и расширения рабочей полосы
частот был разработан второй вариант дискоконусной антенны, представленный в виде модели на рис. 21 ив общем собранном виде на рис. 26. Стойки во втором варианте изготавливаются из пластика вместо металла, а большое пластиковое основание антенны заменено на алюминиевое дисковое основание с выточками под крепление стоек. Резьбовой способ соединения алюминиевого основания с обтекателем позволили уменьшить максимальный диаметр антенны по сравнению с первым вариантом, где соединение производилось с помощью специального крепежа. Соответственно уменьшились габариты и масса обтекателя. Масса второго варианта антенны составляет 70 г. Габариты: общая высота - 100 мм, максимальный диаметр - 54 мм.
Рис. 23. Модель антенны
Рис. 24. Модель антенны в разрезе
Рис. 25. Частотная зависимость КСВ модели антенны
На рис. 27 представлена частотная зависимость КСВ второго варианта дискоконусной антенны, полученная расчётным путём в программе «CST MICROWAVE STUDIO». Из графика видно, что рабочая полоса антенны по уровню КСВ не более 2 лежит в пределах от 1,6 до 10 ГГц с небольшим превышением до 2,07 на частоте 9,86 ГГц.
Рис. 26. Антенна в сборе
Рис. 27. Частотная зависимость КСВ модели антенны
На рис. 28 - 30 представлены диаграммы направленности разработанной антенны в вертикальной плоскости на частотах 2, 4 и 10 ГГц соответственно, полученные расчётным путём в программе «CSTMICROWAVE STUDIO».
Коэффициент усиления антенны в диапазоне от 1,7 до 10 ГГц составляет в максимуме излучения 2-9 дБи.
Из приведённых ДН видно, что с ростом частоты ДН антенны в вертикальной плоскости изменяется с увеличением излучения на нижних углах и усилением проявления неравномерности. При этом усиление в горизонтальном направлении изменяется незначительно и составляет с учётом неравномерности 0-4 дБи.
Рис. 28. ДН антенны на частоте 2 ГГц
Рис. 29. ДН антенны на частоте 4 ГГц
Для проверки полученных при моделировании результатов были изготовлены образцы антенн и проведены измерения их КСВ.
На рис. 31 приведена фотография вертикально стоящих изготовленных антенн. На рис. 32 приведена фотография изготовленных антенн с видом нижнего основания, конуса и приборного фланцевого разъёма SMA.
FafeU Resized Gain Abs (111 90) 0
Theta / deg vs. dBi Side lobe tevel = -1.9 dB
Рис. 30. ДН антенны на частоте 10 ГГц
Антенна, которая находится слева на фотографии, имеет нижнее основание, на которое устанавливается конус, из алюминия, а у антенны справа на фотографии это основание изготовлено на 3^-принтере из пластика.
На рис. 33 - 36 представлены фотографии измерений зависимости КСВ этих антенн от частоты. Измерения выполнялись с помощью анализатора спектра Anritsu MS2038C с опцией векторного анализатора.
Рис. 31. Вид антенн в вертикальном положении
Рис. 32. Вид антенн снизу
Из представленных зависимостей на рис. 33 - 36 видно, что у антенны с алюминиевым основанием под конусом рабочий диапазон частот с КСВ не более 2 начинается от 1,7 ГГц, а у антенны с пластиковым основанием - от 1,75 ГГц. У антенны с алюминиевым основанием в диапазоне частот от 1,73 до 10 ГГц КСВ в большей части диапазона не превышает величины 1,5 и имеет максимум на частоте 5,2 ГГц составляющий 1,78.
Рис. 33. Зависимость КСВ от частоты в диапазоне частот 1,5 - 4 ГГц антенны с алюминиевым основанием под конусом
Рис. 34. Зависимость КСВ от частоты в диапазоне частот 1,5 - 4 ГГц антенны с пластиковым основанием под конусом
Рис. 35. Зависимость КСВ от частоты в диапазоне частот 4 - 10 ГГц антенны с алюминиевым основанием под конусом
Рис. 36. Зависимость КСВ от частоты в диапазоне частот 4 - 10 ГГц антенны с пластиковым основанием под конусом
У антенны с пластиковым основанием имеется три рабочих полосы частот, где КСВ не превышает 2: 1,75 - 4,25 ГГц; 5,1 - 7,0 ГГц и 7,8 - 10 ГГц. Максимальный КСВ в полосе от 1,75 до 10 ГГц достигает 3,25 около частоты 7,47 ГГц.
Таким образом, выполненные измерения КСВ изготовленных антенн подтвердили результаты моделирования в программе «CST MICROWAVE STUDIO» и правильность применённого в антенне технического решения в виде алюминиевого основания под конусом для обеспечения широкополосности диапазона рабочих частот антенны от 1,7 до 10 ГГц.
Заключение
Разработанная широкополосная всенаправленная wi-fi антенна для БПЛА имеет тактико-технические характеристики и надёжностные показатели, позволяющие обеспечить требования по массогабаритным характеристикам для эксплуатации на БПЛА различных классов и обеспечения всенаправленного приёма-передачи цифровых данных в широкополосном wi-fi канале с наземными, морскими или воздушными пунктами управления.
Постановка разработанной антенны на серийное производство позволит решить вопрос оснащения БПЛА любых классов отечественными антеннами взамен импортных аналогов с обеспечением работы в широкополосном wi-fi канале на частотах от 1,7 до 10 ГГц.
Дополнительно следует отметить, что разработанная антенна может найти применение в wi-fi системах различного назначения, например, для раздачи сетей 2G, 3G, 5G, 7G от роутеров в квартирах и в домах, в том числе, с использованием таких мобильных устройств как Bullet [7] компании Ubiquiti Networks и аналогичных, в любых роботизированных комплексах, для измерения и тестирования wi-fi сетей и других приложений в диапазоне частот от 1,7 до 10 ГГц.
Литература
1. Калитёнков Н. В., Полежаев В. С., Милкин В. И. Исследование клеверных антенн как основы для разработки инновационных антенных устройств // Интернет-журнал «Национальное Достояние». 2018. № 1 (1). URL: http://nauka21.ru/wp-content/ uploads/2018/10/11-2018-article-2.pdf (дата обращения 11.05.2023).
2. Милкин В. И., Калитёнков Н. В. и др. Антенна круговой поляризации квазишунтовой «клевер». Патент RU № 166256 H01Q 21/24. Опубл.: 20.11.2016.
3. URL: https://www.maartenbaert.be/quadcopters/antennas/pagoda-antenna/ (дата обращения
12.05.2023).
4. Ху Нань. Сверхширокополосная дискоконусная антенна. Патент на полезную модель № CN217036005U (Китай). H01Q (01.05.2015). Пекинская компания «Синъинлянь микроволновые технологии, Лтд». Опубл. 22.07.2022.
5. URL: https://www.ainfoinc.com/amfilerating/file/download/file_id/9500/ (дата обращения
25.07.2024).
6. Ротхаммель К., Кришке А. Антенны. Том 1. - М.: Данвел, 2007. С. 397-402.
7. URL: https://ubiquiti.ru/bullet.html/ (дата обращения 10.10.2024).
References
1. Kalitenkov N. V., Polezhaev V. S., Milkin V. I. Issledovanie klevernyh antenn kak osnovy dlya razrabotki innovacionnyh antennyh ustrojstv [Research of clover antennas as a basis for the development of innovative antenna devices]. Internet-zhurnal «Nacional'noe Dostoyanie». [Internet magazine National Dostoye]. 2018. No. 1 (1). URL: http://nauka21.ru/wp-content/ uploads/2018/10/11-2018-article-2.pdf (accessed 11.05. 2023). (In Russian).
ТЕХНИКА СРЕДСТВ СВЯЗИ
№ 3 (167) - 2024
2. Milkin V.I., Kalitenkov N.V. etc. Antenna krugovoj polyarizacii kvazishuntovoj «klever» [Circular polarization antenna quasi-shunt "clover"]. Patent № 166256 (RU) H01Q 21/24. Published: 11.20.2016. (In Russian).
3. URL: https://www.maartenbaert.be/quadcopters/antennas/pagoda-antenna/ (accessed 05.12.2023).
4. Hu Nan. Ultra-wideband discone antenna. Utility model patent No. CN217036005U (China). H01Q (05.01.2015). Beijing Xingyinglian Microwave Technology Co., Ltd. Publ. 07.22.2022. (In Russian).
5. URL: https://www.ainfoinc.com/amfilerating/file/download/file_id/9500/ (accessed 07.25.2024).
6. Rothhammel K., Krischke A. Antenny. Tom 1. [Antennas. Vol. 1]. Moscow. Danvel Publ. 2007. Pp. 397-402. (In Russian).
7. URL: https://ubiquiti.ru/bullet.html/ (accessed 10.10.2024).
Плотников Михаил Юрьевич - Генеральный директор АО «НИИ «Нептун». Область научных интересов: проектирование систем телекоммуникаций. Тел.: +7(812)327-09-72. E-mail: [email protected]
Исламов Альберт Ильдарович - Заместитель генерального директора по научно-техническому развитию АО «НИИ «Нептун». Соискатель ученой степени какндидата технических наук. Область научных интересов: проектирование систем телекоммуникаций. Тел.: +7(812)327-09-72. E-mail: [email protected].
Ильмер Дмитрий Валерьевич - Кандидат технических наук. Ведущий инженер АО «НИИ «Нептун». Область научных интересов: проектирование систем телекоммуникаций. Тел.: +7(812)327-49-96 доб. 224. E-mail: [email protected].
Шаповалов Фёдор Александрович - Инженер 2 категории АО «НИИ «Нептун». Область научных интересов: проектирование систем телекоммуникаций. Тел.: +7(812)327-49-96 доб. 180. E-mail: [email protected].
Трапезников Роман Викторович - Начальник конструкторского отдела - главный конструктор АО «НИИ «Нептун». Область научных интересов: конструирование систем телекоммуникаций. Тел.: +7(812)327-49-96 доб. 316. E-mail: [email protected].
Ахмедова Исалай Магомедовна - Инженер-конструктор АО «НИИ «Нептун». Область научных интересов: конструирование систем телекоммуникаций.Тел.: +7(812)327-49-96 доб. 134. E-mail: [email protected].
Адрес: 199178, Россия, г. Санкт-Петербург, В.О. 7-я линия, д. 80, корп. 1, лит. А.
Annotation. Introduction: currently, at the time of the rapid development of unmanned aviation, especially in the context of its increasing importance for use in a special military operation, the topic of ensuring sustainable control of unmanned aerial vehicles, including in the conditions of electronic countermeasures, has become relevant. One of the ways to ensure the stability of control channels, telemetry and feedback in the conditions of electronic countermeasures is the use of non-standard radio frequencies or the possibility of detuning from interference in a wide frequency band. Therefore, the main new requirement for omnidirectional antennas for unmanned aerial vehicles is to ensure operation in a wide operating frequency band of at least several GHz. The purpose of the work is to highlight the results of the design and creation of an omnidirectional broadband antenna for use on unmanned aerial vehicles in accordance with the requirements for weight and size characteristics from large to small
Статья поступила 24 сентября 2024 г.
Информация об авторах
Development of an omnidirectional broadband wi-fi antenna for use on unmanned aerial vehicles
M. Y. Plotnikov, A. I. Islamov, D. V. Ilmer, F. A. Shapovalov, R. V. Trapeznikov, I. M. Akhmedova
classes and to provide omnidirectional reception and transmission of digital data in a broadband wi-fi channel with land, sea or air control points. Methods used: patent search, modeling by performing calculations in the "CST MICROWAVE STUDIO" program (numerical modeling of high-frequency devices), design development for unmanned all-climate design, conducting experimental tests. The result: consists in the development of working design documentation for the optimal configuration of an omnidirectional broadband antenna for use on an unmanned aerial vehicle made of domestic materials and components, as well as in positive evaluations and test conclusions of the prototype. Practical significance: the development and commissioning of mass production will solve the issue of equipping unmanned aerial vehicles of various classes with domestic broadband antennas. The developed antenna can be used in wi-fi systems for various purposes, for example, for distributing 2G, 3G, 5G, 7G networks from routers in apartments and houses, including using mobile devices such as Bullet from Ubiquiti Networks and similar, in any robotic complexes, for measuring and testing Wi-Fi-fi networks and other applications in the frequency range from 1.7 to 10 GHz.
Keywords: antenna, unmanned aerial vehicle, directional pattern, gain factor, voltage standing wave coefficient, design, bandwidth of operating frequencies.
Information about Authors
Plotnikov Mikhail Yuryevich - General Director of JSC "Research Institute "Neptune". Research interests: design of telecommunication systems. Tel.: +7(812)327-09-72. E-mail: [email protected].
Islamov Albert Ildarovich - Deputy General Director for Scientific and Technical Development of JSC "Research Institute "Neptune". Applicant of the academic degree of Candidate of Technical Sciences. Research interests: design of telecommunication systems. Tel.: +7(812)327-09-72. E-mail: [email protected].
Ilmer Dmitry Valerievich - Candidate of Technical Sciences. Lead Engineer of JSC "Research Institute "Neptune". Tel.: +7(812)327-49-96 ext. 224. E-mail: [email protected]. Shapovalov Fedor Aleksandrovich - Engineer of the 2rd category of JSC "Research Institute "Neptune". Research interests: design of telecommunication systems. Tel.: +7(812)327-49-96 ext. 180. E-mail: [email protected].
Trapeznikov Roman Viktorovich - Head of the Design Department - Chief Designer of JSC "Research Institute "Neptune". Research interests: design of telecommunication systems. Tel.: +7(812)327-49-96 ext. 316. E-mail: [email protected].
Akhmedova Isalai Magomedovna - Design Engineer of JSC "Research Institute "Neptune". Research interests: design of telecommunication systems. Tel.: +7(812)327-49-96 ext. 134. E-mail: [email protected].
Address: 199178, Russia, St. Petersburg, V.O. 7th line, d. 80, corps. 1, lit. A.
Библиографическая ссылка на статью:
Плотников М. Ю., Исламов А. И., Ильмер Д. В., Шаповалов Ф. А., Трапезников Р. В., Ахмедова И. М. Разработка всенаправленной широкополосной wi-fi антенны в целях использования на беспилотных летательных аппаратах // Техника средств связи. 2024. № 3 (167). С. 74-87. DOI: 10.24412/2782-2141-2024-3-74-87.
Reference for citation:
Plotnikov M. Y. , Islamov A. I. , Ilmer D. V. , Shapovalov F. A. , Trapeznikov R. V. , Akhmedova I. M. Development of an omnidirectional broadband wi-fi antenna for use on unmanned aerial vehicles Means of Communication Equipment 2024. № 3 (167). С. 74-87. (In Russian). DOI: 10.24412/2782-2141-2024-3-74-87
