התפקיד הקריטי של דלת-Profile Antennas בעיצוב מודרני UAV

בתחום המתקדמים במהירות של כלי רכב אוויריים בלתי מאוישים (UAVs) ורחפנים, מערכת האנטנה היא מרכיב בסיסי אך לעתים קרובות תחת מיצוי של רכיבים.בניגוד למכשירים ארציים, פלטפורמות אוויריות מטילות מגבלות קיצוניות על עיצוב אנטנה: המבנה חייב להיות קל משקל מספיק כדי לשמר סיבולת הטיסה, קטן מספיק כדי להימנע מעונשים אוויריים סטנדרטיים, ויעילים מספיק כדי לשמור על קשר אמין על מרחקים או באמצעות סביבות נמוכה.

האתגר ההנדסי הולך מעבר למינירטוט הפשוט.אנטנה בעלת פרופיל נמוך חייבת לספק דפוס קרינה המתאים למשימה של המל"ט, בין אם מדובר בכיסוי אטומי עבור שליטה ובקרה או אבני כיוון עבור קישורים נתונים בעלי ביצועים גבוהים כגון הזרמת וידאו.זה חייב גם לשרוד את הלחץ המכני של טיסה, כולל רטט, רכיבה תרמית, וכוחות השפעה במהלך הנחיתה.

מדוע אנטנות בעלות נמוכה הן חיוניות לביצועים של UAV

המוטיבציה העיקרית של אימוץ אנאנטנות בעלות פרופיל נמוך ברחפנים אוויריים היא יעילות אווירודינמית.כל פרוטציה מהגוף של המל"ט יוצרת גרגר טפילי, אשר מפחיתה ישירות את זמן הטיסה, מהירות, וקיבולת מטען. שוט סטנדרטי או אנטנה מונופול - קוממון על מערכות מבוססות קרקע רבות - ייווצר עמידות אווירית משמעותית, במיוחד במהירויות גבוהות יותר של מל"טים קבועים על ידי ניגודים אוויר נמוך, אשר עומד על פני השטח של אנטר אוויר נקי עם אנטנות.

חיסכון במשקל הוא קריטי באותה מידה.כל דקדוק נוסף למל"ט דורש כוח סוללה נוסף להרים, אשר או להפחית זמן המשימה או דורש חבילת סוללה גדולה יותר, כבדה יותר.אנטנות פרופיל נמוך, במיוחד אלה המשתמשים ב substrates קלים כגון PTFE מורכב או סרטי פולימאיד גמישים, יכול לשקול כמה גרם תוך מתן ביצועים חשמליים מקובלים.

הפחתה של גניבת רעש להצדיק את השימוש בעיצובים נמוכים פרופילים. מזל"טים סיור צבאי, למשל, חייב להימנע מזיהוי מכ"ם ולהפחית חתימות אקוסטיות.אנטנה בולטת מגבירה את הרדאר צולבת ויכולה ליצור תנודות אווירודינמיקה או רטטים. על ידי הטמעת האנטנה לתוך הקצה המוביל, לוח הפתיח, או דלת הנחיתה, מהנדסים יכולים להפחית באופן משמעותי את הנראות והגמישות, שיפור המשימה האקליסטית.

לבסוף, אנטנה פרופיל נמוך מציעים חזקות מכניות משופרות.אנטנה חיצונית פגיעת לנזק מענפים, חוטים, או השפעה הקרקעית במהלך הנחיתה.בניגוד, אנטנה בעלת משקל חום מוגנת על ידי המבנה שמסביב, וניתן לתכנן לעמוד באותן העומסים כמו מסגרת האוויר עצמה.

דרישות עיצוב עבור Low-Profile UAV Antennas

גודל, צורה ואינטגרציה רפורמית

התחזוקה הברורה ביותר היא גיאומטרית.האנטנה חייבת להתאים בתוך הנדל"ן הזמין על מזל"ט שהוא ארוז לעתים קרובות עם סוללות, חיישנים, מעבדים. מל"טים קבועים יכול להיות שטח מוגבל בfin, כנף, או בטן מתפתלת, בעוד ורברוטורים בדרך כלל יש גופים מרכזיים קטנים מוקף נשק ומסתובבים.

אנאנטנות קונפורנטליות – אלה שעוקבים אחר קווי המתאר של המבנה התומך – הופכים פופולריים יותר ויותר משום שהם מאפשרים לאנטנה לפעול כגורם מבני ללא הוספת נפח טפילטי.לדוגמה, אנטנה משבצת ניתן לחתוך ישירות לעור המתכת של כנף של מזל"ט, בעוד אנטנה יכולה להיות מוטבעת לתוך השכבת המשטח המורכבת של פאנל קואונדנטלי.

בחירת חומר למשקל אור ויציבות

הבחירה של חומרים תת-סטריט ומוליכים משפיעה ישירות על יעילות האנטנה, משקל ואמינות. צוללות אלקטרוניות נפוצות עבור אנטנה פרופיל נמוך על מזל"טים כוללים:

  • (FLT:0)Rogers 5880 / 6002FirLT:1) - מקרלים דלים PTFE המציעים הרשאות יציבה על פני טמפרטורה, אידיאלי עבור להקות GPS וטלמטורי (1.5–2.4 GHz).
  • (ב) ⁇ :0) סרטי flex (Kaptonische)FLT:1 - דק, קל משקל, וניתן לכופף, מתאים לתיקונים תואמים על פני השטח מעוקל.
  • (FLT:0FR-4 זכוכית epigoxyFLT:1) - עלות יעילה אך אובדן בתדרים גבוהים יותר; בשימוש רק עבור יישומים פחות תובעניים.
  • (FLT:0) צוללות מבוססות-החלים (Rohacellée) 1FLT:1 - קבוע דיאלקטרי נמוך מאוד (εr -1.1) עבור אנטנה של חתימות יעילות גבוהה, אך חלש מבחינה מכנית ובדרך כלל דורש שכבות הגנה.

עבור המוליכים, נחושת היא סטנדרטית, אבל חומרים חלופיים כגון דיוננות ננו-חוט כסף או פולימרים מוליכים נחקרים עבור אנטנה גמישה מודפסת.המסחר תמיד כרוך מוליכות (גבוהה ליעילות) מול משקל וגמישות. ציפויים מגינים כמו parylene או acrylic resins משמשים לעתים קרובות כדי להגן על המתכת מcorrosion ולחות בהוספת ללא משקל מדידה.

דרישות תדירות טווח ו- Bandwidth

מערכות אנטנה של AV חייבות לעיתים קרובות לתמוך בלהקות תדר מרובות.להקות טיפוסיות כוללות:

  • תדירות גבוהה אולטרה גבוהה (UHF) 400-470 MHz עבור פיקוד לטווח ארוך ושליטה.
  • L-band 1.5-1.6 GHz עבור GPS / גנוס מיקום.
  • S-band 2.4-2.5 GHz עבור Wi-Fi, 4G/5G סלולארי, או טלמטרי פרוספקטרום.
  • C-band 5.2-5.8 GHz עבור שידור וידאו מלוטש גבוה.
  • מילימטר-גליל (24 GHz, 60 GHz) עבור יישומים עתידיים בפסוויים כמו מכ"ם או 5G.

אנטנה בעלת פרופיל נמוך יש רוחב פס צר - לעתים קרובות פחות מ 5% של תדר המרכז - בשל נפח מופחת שלה. כדי לכסות להקות מרובות, מהנדסים יכולים להשתמש כתמים מחסנים (שכבות ממושכות), עיצובים מעוטים, או אלמנטים טפיליים כדי ליצור התנהגות רב-ריסון.

דפוס קרינה ו Polarization

דפוס הקרינה הנדרש תלוי במשימה.עבור קישור תקשורת טיפוסי בין מל"ט לתחנת קרקע, דפוס אטומי על ידי המטוס azimuth יש צורך לשמור על קישוריות ללא קשר לנטייה.אנטנות בעלות פרופיל נמוך כמו חתמי גל עם מטוס קרקע לייצר באופן טבעי דפוס hemispherical, אשר קרוב ל-omonitdirectional מעל המטוס.עם זאת, אם הרחפנים הכפולים, עשויים להשתמש באופן טבעי, כלומר, כלומר, שני אותות מתכתיים, או מקוטבים, או, כלומר, כלומר, או, או מכובשים, או מנקה, או, או עיצוביים, הם גורמים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, הם גורמים לתבניות מתכתיים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, שני מעצבים מעגליים, או מקוטבים אלה, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, בין אם הם יכולים להשתמש בתבנית מתכתיים, בין אם הם יכולים להשתמש בתבניות מעגליים, בין אם זה, בין אם זה, בין אם זה, בין אם הם יכולים להשתמש דפוס מתכתי, בין אם הם יכולים להשתמש בתבניות מתכתי, כלומר, כלומר, כלומר, על פני השטח, באופן טבעי, כלומר, כלומר, כלומר, באופן טבעי

קוטביות מעגלית (CP) היא יתרון במיוחד עבור אנטנות מל"טים מכיוון שהיא מפחיתה את השפעות הסיבוב של פאראדיי ב ionosphere (חשוב לטיסות ארוכות טווח) ומספקת ביצועים עקביים ללא קשר לנטייה היחסית של השידור וקבלת אנאנטנות. CP פרופיל נמוך רבים מבוססים על כתמים גאוגרפיים כמעט מרובעים, אנטנה ספירלה או תצורה חוצה-פולית של רוחב פסים הוא יחס כל כך צר של משיכה.

התאמת והזנת טכניקות

אנאנטנות בעלות פרופיל נמוך בדרך כלל יש תנופה קלט כי מתפתל מן ה- 50 אומות סטנדרטי, במיוחד כאשר הגובה מעל המטוס הקרקע הוא רק חלק של אורך הגל. אי-ציות תואם רשתות באמצעות גמגמות מבוזרות, רכיבים מקוטבים (capacitors ו inductors), או מעבדי גלי רבע-גל נדרשים להביא את ההחזר (S11) מתחת ל- 10B על פני התדירות הרצויה, זה מאפשר את רכיבי CSS המלאים).

שיטות האכלה נפוצות כוללות קווי מיקרו-סטריפ, בדיקות קואקסיאליות, הפיכה של חדר, והפיכה קרבה. Aperture-coupled הם פופולריים עבור עיצובים פרופיל נמוך כי הם מבודדים את רשת להאכיל מן היסוד הרדי, צמצום קרינה מופרעת ופשט שילוב עם מעגלים חזית RF שוכנו במפרץ האלקטרוניקה של המל"טים.

סוגים נפוצים של אנטנות דלת-פרופיל עבור Drones

Planar Inverted-F Antennas (PIFAs)

PIFAs הם בין האנאנטנות בעלות פרופיל נמוך ביותר ביישומים ניידים ורחפנים.הם מורכבים מכתם מתכתי מלבני המושעה מעל מטוס קרקע הרץ על ידי סיכה קצרה ואכילה על ידי בדיקה קואקסיאלי או קו microstrip.הגובה הכולל הוא בדרך כלל על סדר של 0.02-0.05 λ, מה שהופך אותם דק מאוד.

מיקרוסטריפ פטך אנטנות

הכתם מלבני או מעגלי מיקרו סטריפ הוא הקשת של אנטנה פרופיל נמוך.גובהו נקבע על ידי עובי של תת-קרקעי dielectric substrate, בדרך כלל 0.01-0.1 λ λ ⁇ יש ישיר מעולה עבור אלמנט יחיד (כ 6-9 dBi) וניתן לארגן במערךים עבור רווח גבוה יותר.הם קלים לייצור באמצעות תהליכים מודפסים, וצורה שלהם עבור תצורה קצרה של טרה-באטמילאטום (באטים) עם קומפקטיים).

דיפול אנטנות

ה dipole המתקפל הוא נגזר של dipole חצי גלי קלאסי כי הוא כפוף בחזרה על עצמו כדי להפחית את הגובה הכולל. כאשר מודפס על תת-קרקעי דק או מעוכב על מעגל גמיש, dipole מתקפל ניתן לעשות כמעט פלאאר בעת המציע את היתרון של אימפולס קלט גבוה יותר (כ 300 הומ"מ) אשר מפשט התאמה להאכיל מאוזנת במיוחד עבור תצורה רחבה או צורך בתבניות אחוריות.

המונחים: axial Mode

עבור קיטוב מעגלי ורווח מתון, אנטנה הלילית עם מטוס קטן קרקע יכול להיות מיוצר לתוך גרסה פרופיל נמוך על ידי שימוש "נורמלי-mode" helix שיש לו קוטר קטן יותר מאשר גל אורך גל. לחלופין, axial-mode helix עם שלט גדול יכול להיות להאכיל עם כבל קואקסיאלי משוכן בתוך כדור קומפקטי מודרני להשתמש helic coic מודפס אפילו על משטחים דיפרנים נפוצים.

ויוואלדי (Tapered Slot) Antennas

אנאנטנות וואלודי מציעות ביצועים רחבים מאוד (multi-octave) וניתן לעשות פרופיל נמוך על ידי גרד אותם על תת-שכבות דקות.הם מקרינים של הפסקת האש, כלומר קרן העיקרית שלהם היא לאורך המטוס של האנטנה, אשר יתרון כאשר האנטנה ממוקמת על קצה כנף או זנב המערכת לעתים קרובות גבוהה יותר, לוחמה אלקטרונית, או מנקה, הוא צורך מעבר זעיר (או-מסוגים) של לחץ דם נמוך.

אתגרים עיצוב ופתרונות הנדסה

גודל Balancing Size עם ביצועים

ה-Fret-off הבסיסי בעיצוב אנטנה פרופיל נמוך, הידוע כגבול Harrington-Chu, קובע כי רוחב הפס ורווח של אנטנה קטנה קשורים באופן הפוך לגודל החשמל שלה (ka) שנקה האנטנה מפחית רוחב פס בלתי אפשרי שלה ויעילות קרינה. עבור מזל"טים, שבו ממדים אנטנה עשויים להיות רק 0.1 λ או פחות, השגת רוחב פס של 5% אפילו תוך שמירה על יעילות משמעותית של 50% היא הנדסת יעיל.

(FLT:0) solution:FLT:1 השימוש בחומרים דיאלקטריים בעלי חשיבות גבוהה (למשל, קרמיקה עם εr > 20) יכול להפחית את הגודל הפיזי של תיקון חוזר, אבל זה מגיע עלות של אובדן גלי פני השטח מוגברת ופס רוחב פס צר יותר הוא להשתמש אלמנטים שאינם Foster (קפיית ניסיוניים) אשר עדיין הוכחו באופן פעיל על ידי אנטים אלקטרוניים, אך ורקמות אלה היו פעילים.

יציבות סביבתית ויציבות הירומית

מל"טים פועלים בטווח רחב של סביבות - מאוויר מקפיא גבוה לתנאי המדבר החמים, עם חשיפה ללחות, קרינת UV וחול.אנטנות בעלות פרופיל נמוך חייבות לשמור על שלמות חשמלית ומכנית על פני קיצוניות אלה.חומרים כמו PTFE (Teflon) יש יציבות תרמית מעולה אבל קשה להתחבר למבנים אחרים.

(FLT:0) solution:FLT 1 השימוש של radomes ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

השוואות וקיום עם אלקטרוניקה אחרים

המל"ט הוא סביבה עסוקה אלקטרומגנטית.מספר מכשירי רדיו (GPS, 2.4 GHz שליטה, 5.8 GHz וידאו, 900 מ"הרץ טלמטרי) לפעול בו זמנית, והאנטנה חייבת לדחות אותות מתוך פס כדי למנוע ניכוי של המקלט.בנוסף, הסוללה, המנועים, ו-wiring לייצר רעש רחב.

(FLT:0) Solution:FLT:1 השימוש במסננים של פסים משולבים לתוך האנטנה להאכיל (או כרכיבים דיסקרטיים או כחלק האנטנה עצמה, למשל, אנטנה משבצת כי באופן טבעי דוחה תדרים מסוימים) כראוי וקביעת של מטוס אנטנה הקרקע המשותף של הכטה (Samstialהפרדה), אפילו אם רק כמה סנטימטרים, בין צינורות קושרים מהירים ואווירה) דורש לעתים קרובות להפחית באופן משמעותי של אנטנות מפולות).

סימבול, בדיקה והסמכת

עיצוב אנטנה נמוך פרופיל גבוה מסתמכ על סימולציה אלקטרומגנטית מלאה גלים לפני prototyping. Software כגון ANSYS HFSS, CST Studio Suite, או KOFE מאפשר למהנדסים לעצב את האנטנה על מסגרת אוויר של מזל"ט - כולל ההשפעות של מתכת, סיבים פחמן וחבילות סוללות - וחיזוי מדויק של אימפולסים, דפוס קרינה ויעילות.

לאחר אבטיפוס בנוי, בדיקות בתא אנכוכי מאמת את דפוס הקרינה.עבור מזל"טים, ההתקנה הבדיקה כוללת לעתים קרובות רוטטור קטן שיכול לדמות את החתיכה של המל"טים ואת ההזנה במהלך הטיסה. האנטנה חייבת לעמוד ברווח שצוין, beamwidth, ו טוהר קוטביות (DCA) לחשוף את האנטנה לבדיקות קיצוניות (-40 מעלות צלזיוס ל +85C), ולחות טיפוסיות כגון תקני MFA-AST) או RTI (DCA) לתקני הסמכה קריטית (DCA).

מגמות עתידיות ב- Low-Profile Drone Antennas

שלוש מגמות עיקריות מעצבות את הדור הבא של אנטנה של מל"ט:

אלקטרוניקה גמישה ומתיחה

מתקדם בחרקים מוליכים, גרפן, וסרטי פחמן ננוtube מאפשרים אנטנות שניתן להדפיס על פלסטיק גמיש או אפילו על בד. אנטנה גמישה ניתן להדביק לתוך הפנים מעוקל של זרוע מזל"ט או לתוך העור, לחסוך חלל ומשקל. עיצובים, עדיין במחקר, יאפשר האנטנה להתאים מבנים חד-פעמיים כמו כנפיים ממורכות - עיצובים כאלה דורשים התנהגות חשמלית ללא fracreativesorrepering תחת טורי.

Metamaterial-Enhanced Low-Profile Antennas

מטאחומרים – מבנים מלאכותיים המציגים תכונות לא נמצאו בטבע – מאפשרים למהנדסים לתמרן גלים אלקטרומגנטיים בדרכים שצומצמות בגודל האנטנה. לדוגמה, משטח של ריכוז גבוה (HIS) או מוליך מגנטי מלאכותי (AMC) יכול לפעול כמראה מגנטי מושלם, המאפשר אנטנה בעלת פרופיל נמוך להשיג את אותו רוחב פס כמו אחד שהושעה רבע גל מעל מטוס קונבנציונלי.

אופטימיזציה של AI-Assisted ו 3D הדפסה

אינטליגנציה מלאכותית, במיוחד אלגוריתמים גנטיים ולמידה עמוקה, משמשת כדי לייעל את הצורה והזנה של אנטנה פרופיל נמוך למטרות מרובות (gain, Bandwith, טוהר קוטליזציה) בו-זמנית. 3D הדפסה מאפשרת הדבקה מהירה של גאמטות מורכבות שאינן אפשריות למרקם עם תהליכים פלאאריים - כגון דיודות צ'רליות או עדשות ⁇ -in-dex.

מסקנה

תכנון אנאנטנות בעלות פרופיל נמוך עבור מל"טים אוויריים ו- UAVs הוא משמעת הנדסית רב-פנים הדורשות עצירות זהירות בין ביצועים חשמליים, עוצמה מכנית, ומגבלות שילוב. Ass ממשיכים לכווץ ולפעול בתרחישים תובעניים יותר - ממעבר לטווח הראייה ועד פלטפורמות סולאריות בעלות יכולת גבוהה - האנטנה תישאר גורם קריטי.

(ב) [ה] [ה]] ב[[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]