В системах беспроводной связи беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) выбор антенны для воздушного сегмента играет ключевую роль. На практике многие заказчики отдают предпочтение ножевым антеннам (Blade Antenna). Причина этого выбора заключается не в максимальных радиочастотных характеристиках, а в оптимальном балансе между радиосвязью, аэродинамикой и надежностью .
Ниже рассмотрим этот вопрос с инженерной точки зрения.
1. Основные преимущества ножевых антенн
1.1 Устойчивое покрытие при изменении ориентации БПЛА
В полете беспилотник постоянно меняет ориентацию:
- тангаж (Pitch),
- крен (Roll),
- рысканье (Yaw).
Ножевые антенны, как правило:
- имеют вертикальную поляризацию ;
- обеспечивают квазиизотропное излучение в горизонтальной плоскости (360°) .
Это позволяет:
- поддерживать связь без точного наведения на наземную станцию;
- минимизировать потери сигнала при маневрах.
Для подвижной воздушной платформы это критически важно.
1.2 Хорошие аэродинамические характеристики
По сравнению с штыревыми или гибкими антеннами ножевые антенны обладают:
- меньшим лобовым сопротивлением;
- высокой механической жесткостью;
- отсутствием паразитных колебаний на скорости.
Это особенно важно для:
- самолетных БПЛА;
- высокоскоростных мультикоптеров;
- аппаратов с длительным временем полета.
Антенна не должна ухудшать летные характеристики и создавать дополнительные вибрации.
1.3 Высокая механическая прочность и виброустойчивость
Эксплуатационные условия на борту БПЛА включают:
- постоянные вибрации от двигателей и пропеллеров;
- ударные нагрузки при взлете и посадке;
- риск механических повреждений.
Ножевые антенны обычно имеют:
- монолитную конструкцию;
- защищенный внутренний излучатель;
- промышленное или военное исполнение.
Это делает их значительно более надежными по сравнению с внешними штыревыми решениями.
1.4 Удобство серийной интеграции
С инженерной и производственной точки зрения ножевые антенны удобны тем, что:
- имеют стандартные монтажные размеры;
- обеспечивают повторяемость установки;
- дают стабильные диаграммы направленности от экземпляра к экземпляру.
Это важно для:
- расчета радиолинии;
- сертификационных испытаний;
- серийного производства БПЛА.
2. Логика построения радиолинии: борт против земли
Подход к проектированию антенн на борту и на земле принципиально различается.
Воздушный сегмент:
- ограниченная мощность;
- непредсказуемая ориентация;
- приоритет — стабильность связи.
Наземный сегмент:
- больше допустимая мощность;
- возможность точного наведения;
- использование антенн с высоким коэффициентом усиления.
Типовая конфигурация выглядит так:
БПЛА: ножевая всенаправленная антенна
Наземная станция: направленная антенна с высоким усилением
Такой подход позволяет увеличить дальность связи без усложнения воздушной части системы.
3. Типовые области применения ножевых антенн
Ножевые антенны хорошо подходят для:
- каналов телеметрии и управления;
- цифровых радиолиний передачи данных;
- видеолинков;
- аппаратов с частыми маневрами и изменением ориентации;
- проектов, ориентированных на серийное производство.
4. Когда ножевая антенна — не лучший выбор
Существуют сценарии, где применяются другие типы антенн:
- направленные воздушные каналы связи;
- межбортовая связь в рое БПЛА;
- жесткие ограничения по габаритам;
- работа на низких частотах (VHF/UHF).
В таких случаях используют:
- микрополосковые антенны;
- конформные антенны;
- антенные решетки.
5. Заключение
Ножевая антенна — это не антенна с максимальным усилением, а инженерно наиболее надежное и универсальное решение для воздушного сегмента БПЛА.
Она обеспечивает устойчивую связь, минимально влияет на аэродинамику и хорошо подходит для промышленной интеграции.
Именно поэтому в реальных проектах беспилотных систем ножевые антенны остаются одним из самых популярных выборов.
m.ivcan.com 