Приемная антенна беспилотного летательного аппарата

Полезная модель относится к антеннам летательных аппаратов, и может быть использована, в частности, в качестве антенн, которые могут быть интегрированы в обшивку беспилотных летательных аппаратов.
Из уровня техники известны антенны, которые могут быть использованы в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА).
В частности, известна бортовая антенна беспилотного летательного аппарата [RU 2715353, С1, H01Q 19/30, 26.02.2020], содержащая вертикальные, последовательно и линейно расположенные на основной металлической пластине рефлектор, активный вибратор и директор, при этом, основную металлическую пластину устанавливают на пьедестале высотой 0,16 λ в верхней части фюзеляжа БПЛА, где λ - длина волны радиосигнала, металлическое основание пьедестала жестко соединяют с металлической поверхностью БПЛА и обеспечивают электрический контакт, основную металлическую пластину дополняют направителем в виде наклоненной вниз под углом 55° металлической пластины, задние кромки которой жестко соединяют с передними кромками основной металлической пластины и обеспечивают электрический контакт, а переднюю кромку основания пьедестала жестко соединяют с передней кромкой металлической пластины направителя и обеспечивают электрический контакт.
Недостатком этого технического решения является относительно большие массогабаритные размеры и его влияние на аэродинамические характеристики БПЛА.
Известна также антенна, предназначенная для установки на беспилотные летательные аппараты [RU 177950, U1, H01Q 19/36, 16.03.2018] и состоящая из короткозамкнутого вибратора, Г-образного металлического тонкого цилиндра для питания антенны, металлического диска, выполняющего роль «земли», и коаксиального радиочастотного разъема, причем, антенна содержит торцевую емкостную нагрузку в виде тонкого металлического диска, расположенного сверху антенны и имеющего меньший диаметр по сравнению с нижним диском.
Недостатком этого технического решения также является относительно большие массогабаритные размеры и его влияние на аэродинамические характеристики БПЛА.
Наиболее близким по технической сущности к  предложенному является антенна для беспилотных летательных аппаратов [RU 51791, U1, H01Q 21/24, 27.02.2006], выполненная в виде фазированной антенной решетки и  содержащая параллельно установленные плату щелевых вибраторов, плату фазовращателей, многополосковую СВЧ-линию и плату управления фазовращателями с выводами управления фазой, при этом, фазовращатели платы фазовращателей выполнены виде пьезокерамических пластин, две противоположные стороны которых снабжены металлизированными покрытиями, соединенными с управляющими выводами платы управления.
Особенностью этой фазированной антенной решетки является то, что, платы и многополосковая СВЧ-линия выполнены печатными с послойным напылением полупроводниковых, резистивных и диэлектрических материалов, а также то, что, пьезокерамическая пластина выполнена из титаната бария (ТБ-1) или цирконата-титаната свинца (PZT-5H).
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно большие массогабаритные размеры, поскольку, все элементы антенны, включая  щелевые вибраторы, выполнены на отдельной плате, которая устанавливается  в БПЛА, что требует его радиопрозрачной обшивки  и что снижает полезную нагрузку БПЛА.
Задачей, которая решается в полезной модели, является уменьшение массогабаритных размеров антенны с целью увеличения условий для увеличения полезной нагрузки БПЛА.
Требуемый технический результат заключается в уменьшении массогабаритных размеров антенны с целью увеличения условий для увеличения полезной нагрузки БПЛА.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в антенне беспилотного летательного аппарата, содержащего полуволновые вибраторы, каждый из которых содержит по два незамкнутых плеча, длина каждого их которых равна четверти длины волны и которые выполнены с возможностью соединения с приемником, согласно полезной модели,  два полуволновых вибратора размещены параллельно вдоль длинных сторон на краях верхней поверхности фюзеляжа с длиной незамкнутых плеч длиной, соответствующей четверти длины волны электромагнитного излучения требуемой несущей частоты,  причем, полуволновые вибраторы соединены с приемником параллельно и выполнены из алюминия, которым заполнены узкие выемки шириной и глубиной в 1 мм в пластике, из которого выполнен фюзеляж.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что два полуволновых вибратора, размещенные параллельно вдоль длинных сторон верхней поверхности фюзеляжа, размещены между собой на расстоянии 25 мм.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что фюзеляж выполнен из пластика акрилонитрил бутадиен стирол.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что длина незамкнутых плеч у двух полуволновых вибраторов размещены параллельно вдоль длинных сторон на краях верхней поверхности фюзеляжа равна 47.6 мм, соответствующей четверти длины волны электромагнитного излучения с несущей частотой 1575.42 МГц.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что расстояние между незамкнутыми плечами у полуволновых вибраторов равна 5 мм.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что полуволновые вибраторы, размещенные параллельно вдоль длинных сторон на краях верхней поверхности фюзеляжа, выполнены с возможностью соединения параллельно двум полуволновым вибраторам, каждый из которых  размещен вдоль соответствующей ему боковой стороны фюзеляжа  с длиной незамкнутых плеч 31.2 мм, соответствующей четверти длины волны электромагнитного излучения с несущей частотой 2.4 ГГц, причем, полуволновые вибраторы выполнены из алюминия, которым заполнены узкие выемки в пластике, из которого выполнен фюзеляж.
На чертеже представлены:
на фиг.1 – вибраторы, размещенные на верхней поверхности фюзеляжа;
на фиг. 2 - вибраторы, размещенные на боковой поверхности фюзеляжа.
На чертеже обозначены:
1 – фюзеляж БПЛА;
2- одновибраторы на верхней поверхности фюзеляжа БПЛА;
3- одновибратор на боковой поверхности фюзеляжа БПЛА.
Антенна беспилотного летательного аппарата содержит два полуволновых вибратора 2 размещенных параллельно вдоль длинных сторон на краях верхней поверхности фюзеляжа 1 с длиной незамкнутых плеч длиной, соответствующей четверти длины волны электромагнитного излучения требуемой несущей частоты
Полуволновые вибраторы 2 выполнены с возможностью соединения с приемником (на чертеже не показан) параллельно и выполнены из алюминия, которым заполнены узкие выемки шириной и глубиной в 1 мм в пластике, из которого выполнен фюзеляж 1.
В частном случае два полуволновых вибратора 2, размещенные параллельно вдоль длинных сторон верхней поверхности фюзеляжа 1, размещены между собой на расстоянии 25 мм, а фюзеляж 1 выполнен из пластика акрилонитрил бутадиен стирол.
В антенне длина незамкнутых плеч у двух полуволновых вибраторов, размещенных параллельно вдоль длинных сторон на краях верхней поверхности фюзеляжа равна 47.6 мм, что соответствует четверти длины волны электромагнитного излучения с несущей частотой 1575.42 МГц, расстояние между незамкнутыми плечами у полуволновых вибраторов 2 равна 5 мм.
Кроме того, полуволновые вибраторы 2, размещенные параллельно вдоль длинных сторон на краях верхней поверхности фюзеляжа 1, выполнены с возможностью соединения параллельно двум полуволновым вибраторам 3, каждый из которых  размещен вдоль соответствующей ему боковой стороны фюзеляжа  с длиной незамкнутых плеч 31.2 мм, соответствующей четверти длины волны электромагнитного излучения с несущей частотой 2.4 ГГц, причем, полуволновые вибраторы 3 выполнены из алюминия, которым заполнены узкие выемки в пластике, из которого выполнен фюзеляж 1.
Изготавливаются одновибраторы, интегрированные в фюзеляж БПЛА, следующим образом.
В качестве пластика, из которого выполнен фюзеляж, используется АБС-пластик (акрилонитрил бутадиен стирол), один из наиболее распространённых типов пластика как в промышленности, так и в аддитивных технологиях (3d-печать). Он обладает рядом полезных свойств, таких как влагостойкость, температуростойкость, широкий диапазон эксплуатационных температур (от -40 до +90 °C), малую удельную плотность. Для подтверждения устойчивости АБС-пластика с нанесённым на него покрытием к низким и высоким температурам был проведена серия экспериментов, в которой образцы, помещённые в печь, нагревались до +50 °C и охлаждались до -50 °C. На этапе разработки или модернизации на обшивке БПЛА выбирается поверхность, желательно плоская для упрощения конфигурации антенной решётки. На эту поверхность проецируется требуемая геометрия антенны. Затем формируются выемки для последующего заполнения их токопроводящим составом, например, алюминием.
Если изначально обшивка на беспилотном летательном аппарате не предусмотрена, то проектируется тонкостенная конструкция из АВС-пластика, выполняющая роль обшивки, в которой по той же технологии формируются выемки для последующего заполнения их токопроводящим составом.
Работает антенна беспилотного летательного аппарата следующим образом.
Антенна предназначена для приема и передачи сигнала посредством коаксиального кабеля с разъемом IPX в модуль управления (например, GPS-модуль или приёмник, в зависимости от конфигурации).
Для расширения функциональных возможностей помимо основных размещенных на верхней поверхности фюзеляжа двух одновибраторов, предназначенных для сигналов с несущей частотой 1575.42 МГц, что соответствует диапазону L1 спектра навигационных радиосигналов системы GPS, на боковых сторонах фюзеляжа размещена еще одна пара одновибраторов для несущей частоты 2.4 ГГц, общераспространенный и разрешенный для гражданского пользования  диапазон 2.4 ГГц. Одновибраторы соединены параллельно с приёмником посредством коаксиального кабеля, дублируя друг друга.  Выбор полуволновых вибраторов сделан из-за диаграммы направленности пассивных антенн такого типа.
Таким образом, в предложенной полезной модели достигается требуемый технический результат, который заключается в уменьшении массогабаритных размеров антенны с целью увеличения условий для увеличения полезной нагрузки БПЛА, поскольку в качестве антенны используются интегрированные в обшивку узкие полоски легкого электропроводящего материала. Кроме того, использование двух дополнительных одновибраторов на боковых сторонах фюзеляжа обеспечивает расширение функциональных возможностей антенны и обеспечивают его работу на двух несущих частотах.