Ученые из Московского физико-технического института совместно со студентами из МГТУ им. Н. Э. Баумана с помощью новаторской методики рассчитали, как перегрузки, которые возникают при движении платформы-носителя, влияют на работу размещенных на ней фазированных антенных решеток.
Полученные в ходе научной работы результаты позволили сформулировать требования к материалу, из которого эти изделия изготавливаются, а также к способам их установки и креплению на носители. Соблюдение предложенных рекомендаций даст возможность сократить влияние перегрузок на 60–70%, что, соответственно, увеличит сроки эксплуатации техники.
Фазированные антенные решетки — это устройства, предназначенные для приема и передачи электромагнитных сигналов. Они состоят из однотипных излучающих элементов (антенн), расположенных в определенном порядке.
Особенность таких изделий — в том, что они дают возможность, не изменяя собственной геометрии, управлять направлением и мощностью излучаемых или принимаемых электромагнитных волн. Благодаря этому они могут обеспечивать связь одновременно во многих направлениях или отслеживать несколько быстродвижущихся объектов.
В настоящее время фазированные антенные решетки используют в конструкциях радиотелескопов, радиолокационных станций, базовых станций сотовой связи, системах спутниковой связи и многих других устройствах. В том числе их устанавливают на различные мобильные платформы: автомобили, локомотивы, самолеты, беспилотники и космические аппараты.
Исследование московских ученых посвящено эффектам, которые возникают при работе фазированных антенных решеток на таких носителях. Специалисты проанализировали, как деформации, которым подвергаются эти системы при перегрузках, искажают диаграмму направленности антенны.
«Сначала мы использовали один программный пакет для моделирования изменений, которые происходят в системе, во время механических нагрузок. Грубо говоря, как решетка выгибается под воздействием сил, возникающих в процессе приложения ускорения. Затем с помощью другой программы рассмотрели, какие при этом происходят процессы с точки зрения электродинамики, то есть как изменяются характеристики диаграммы направленности антенны», — рассказал один из авторов научной работы, начальник отдела прикладных исследований и разработок перспективных решений сотовой связи НИЦ телекоммуникаций МФТИ Григорий Серегин.
Затем на основе полученных данных ученые разработали методику, которая помогает рассчитывать изменения рабочих параметров фазированной антенной решетки, в том числе снижение коэффициента усиления антенны. Также проанализирован процесс смещения рабочего диапазона частот антенной системы, что происходит из-за изменения геометрической конфигурации отдельных ее элементов.
Эти параметры, учтенные на этапе разработки, помогут осуществлять конструирование антенных систем без излишнего запаса по прочностным характеристикам, что приводит к переутяжелению конструкции. Данная технология особенно актуальна в отраслях, где вес имеет критическое значение, например в авиации и космонавтике.
В частности, моделирование по предложенной методике позволит найти эффективное решение для закрепления фазированных антенных решеток на космическом аппарате или в самолете таким образом, чтобы в моменты пиковых перегрузок сохранялись их функциональные свойства, но не страдала надежность конструкции.
