Расчеты московских ученых помогут снизить влияние перегрузок на работу ФАР

Расчет влияния перегрузок, возникающих при движении платформы-носителя, на работу размещенных на ней фазированных антенных решеток (ФАР) выполнили ученые из Московского физико-технического института (МФТИ) совместно со студентами из Московского государственного технического университета (МГТУ) им. Н. Э. Баумана, 2 мая сообщает журнал МФТИ «За науку».

ФАР — фазированные антенные решетки — используются в устройствах приема и передачи электромагнитных сигналов. Конструктивно они состоят из однотипных излучающих элементов (антенн), расположенных в определенном порядке.

Их особенность в том, что они обеспечивают управление направлением и мощностью излучаемых или принимаемых электромагнитных волн без изменения собственной геометрии. Такое их свойство позволяет одновременно осуществлять связь по многим направлениям или отслеживать несколько быстродвижущихся объектов.

ФАРы применяют в конструкциях радиотелескопов, радиолокационных станций, базовых станций сотовой связи, системах спутниковой связи и многих других устройствах. Их устанавливают на различные мобильные платформы, в том числе автомобили, локомотивы, самолеты, беспилотники и космические аппараты.

Московские ученые в своей работе исследовали эффекты, возникающие при работе фазированных антенных решеток, установленных именно на мобильных носителях, при ускорении платформы. В результате они получили данные по деформациям, которым подвергаются эти системы при перегрузках, и соответствующим им искажениям диаграммы направленности антенны.

Расчеты, выполненные с помощью новаторской методики, авторы представили в докладе «Исследование работы ФАР при изменяющихся во времени перегрузках» на 6-й Международной молодежной конференции по радиоэлектронике, электротехнике и энергетике (REEPE), опубликованном в материалах конференции.

По результатам расчетов были сформулированы требования к материалу, из которого изготавливаются фазированные антенные решетки, а также рекомендации по их установке и креплению на носителях. Исполнение рекомендаций обеспечит сокращение на 60–70% влияния перегрузок, а это приведет к увеличению сроков эксплуатации устройств без существенного усложнения их конструкции.

Один из авторов научной работы, начальник отдела прикладных исследований и разработок перспективных решений сотовой связи НИЦ телекоммуникаций МФТИ Григорий Серегин рассказал о проведенном исследовании:

«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».

По полученным данным исследователями была разработана методика для расчета изменения рабочих параметров ФАР, в том числе снижения коэффициента усиления антенны для определенной нагрузки. Кроме того, был проанализирован процесс смещения рабочего диапазона частот антенной системы, который происходил из-за изменения геометрической конфигурации отдельных ее элементов, вызванных перегрузкой.

Учет этих динамических процессов на этапе разработки поможет конструкторам создавать надежные антенные системы без излишнего запаса по прочности. Это позволит снизить вес конструкции, что актуально для авиации и космонавтики.

Кроме всего прочего, моделирование по разработанной методике поможет найти оптимальное решение для закрепления фазированных антенных решеток на космическом аппарате или в самолете таким образом, чтобы в моменты пиковых перегрузок сохранялись целостность конструкции и функциональные свойства ФАР.