ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛИВУ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАНАРНИХ АНТЕННИХ РЕШІТОК ЇХНЬОЇ ТОПОЛОГІЇ ТА ВЛАСТИВОСТЕЙ КОНСТУКТИВНИХ МАТЕРІАЛІВ

Анотація

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2026.01.123

Стрімкий розвиток безпілотних літальних апаратів та розширення сфери їхнього застосування зумовлюють підвищені вимоги до радіолокаційних систем, зокрема в частині виявлення малорозмірних цілей із низькою ефективною площею розсіювання в умовах складного завадового середовища. Одним із перспективних технічних рішень для таких систем є використання планарних антенних решіток, що забезпечують електронне керування діаграмою спрямованості, високу швидкість сканування та масштабованість конструкції.

Метою даної роботи є оцінка впливу кількості випромінювальних елементів, відносної діелектричної проникності та фізичної товщини діелектричної підкладки на електродинамічні характеристики та параметри випромінювання планарних антенних решіток. У межах дослідження проаналізовано діаграми спрямованості, коефіцієнт підсилення, енергетичний потенціал та смугу робочих частот при різній кількості елементів решіток.

Робота базується на чисельному моделюванні у середовищі CST Studio Suite з використанням методу скінченних інтегралів. Застосовано параметризацію розмірів випромінювачів для корекції резонансу та метод лінійної екстраполяції для оцінки характеристик решіток з великою кількістю елементів.

У роботі досліджено електродинамічні характеристики планарних антенних решіток, побудованих на основі прямокутних мікросмужкових випромінювальних елементів із корпоративною системою живлення. Базовим елементом обрано субмасив розмірністю 2×2, який надалі масштабовано до конфігурацій 4×4 та 8×8 елементів. Особливу увагу приділено впливу параметрів діелектричної підкладки, зокрема її відносної діелектричної проникності та фізичної товщини, на характеристики випромінювання решітки.

В результаті досліджень показано, що використання діелектричної підкладки Rogers 5880 стандартної товщини забезпечує оптимальний баланс між радіотехнічними характеристиками, механічною жорсткістю та технологічністю виготовлення. Встановлено стійку тенденцію зростання коефіцієнта підсилення та звуження головної пелюстки діаграми спрямованості при масштабуванні решітки, а також розширення робочої смуги частот у решітках з великою кількістю елементів.

Наукова новизна полягає у комплексному обґрунтуванні вибору геометричних параметрів підкладки та кількості елементів планарних антенних решіток, що базується на балансі між промисловими стандартами виготовлення та необхідною роздільною здатністю для виявлення цілей з малою ефективною площею розсіювання.

Отримані дані дозволяють проєктувати ефективні радіолокаційні системи для супроводження малорозмірних об'єктів. Використання стандартної товщини підкладки (1,575 мм) суттєво спрощує та здешевлює процес промислового виробництва антенних систем.

ПОСИЛАННЯ

1. Rojhani N, Shaker G. Comprehensive review: effectiveness of MIMO and beamforming technologies in detecting low RCS UAVs. Remote Sens. March 2024. 24 p.  https://doi.org/10.3390/rs16061016

2. Seidaliyeva U. , Ilipbayeva L., Taissariyeva K., Smailov N., Matson E. T. Radar-Based Drone Detection Technologies. Encyclopedia.pub. 9 p. https://encyclopedia.pub/entry/53402

3. Xu Z., Zhou Z., Wu D., Xu X., Fellow Y. Z. CKM-enabled joint spatial-doppler domain clutter suppression for low-altitude UAV ISAC. Journal of latex class files. 2021. V. 14, No. 8. 13 p.

4. Liu Q., Song M., Yu J., Liang P., Wang T., Zeng C., Zhang Z., Gao Y., Liu L. A circular fitting clutter suppression algorithm based on ISAC for low altitude UAVs. Sensors. 2025. 14 p. https://doi.org/10.3390/s25206285

5. Ghofur M. J. U., Riyanto E. AI-driven adaptive radar systems for real-time target tracking in urban environments. Journal of Technology Informatics and Engineering (JTIE). 2025. V. 4, No. 1. Р. 135–155. https://doi.org/10.51903/jtie.v4i1.289

6. Fontanesi G., Guerra A., Guidi F., V´asquez-Peralvo J. A., Shlezinger N., Zanella A., Lagunas E., Chatzinotas S.,  Dardari D., Djuri´c P. M. A deep-NN beamforming approach for dual function radar-communication THz UAV. IEEE transactions on vehicular technology. 2024. 13 p. https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.17015

7. Costanzo S., Buonanno G. Distributed phased-array radars exploiting collaborative beamforming and diversity techniques for remote sensing applications. IEEE Open journal of antennas and propagation. 2025. V. 6, No. 3. P. 864–878. https://doi.org/10.1109/OJAP.2025.3552517

8. Norrud H. Antenna design of a radar phased array using drone swarms. Lund University publications. Thesis, printed in Sweden. 2025. 61 p. https://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9183205/file/9183212.pdf (Last accessed: 20.01.2026)

9. Ghattas N., Ghuniem A. M., Abdelsalam A. A., Magdy A. Planar antenna arrays beamforming using various optimization algorithms. IEEE Access. 2023. Р. 68486–68500. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3292792

10. Hou L.,  Jin L., Huang K.,  Xiao S.,  Lou Y.,  Chen Y. Beamspace spatial smoothing MUSIC DOA estimation method using dynamic metasurface antenna. Entropy. 2025. 22 p. https://doi.org/10.3390/e27040335

11. Warnick K. F. , Spencer J. C.  Phased array radar systems for small unmanned aerial vehicles.  Google patents. United States. Patent No: US 10, 317, 518 B2. Jun. 11, 2019. https://patents.google.com/patent/US10317518B2/en (Last accessed: 20.12.2025)

12. Jin K., Han S.-S., Baek D., Lee H. L. Small drone detection using hybrid beamforming 24 GHz fully integrated CMOS radar. Drones. 2025. 14 p. https://doi.org/10.3390/drones9070453

13. Lee C. U., Noh G., Ahn B. K., Yu J.-W., Lee H. L. Tilted-beam switched array antenna for UAV mounted radar applications with 360 coverage. Electronics. 2019. 11 p. https://doi.org/10.3390/electronics8111240

14. Parveez Shariff B. G., Mane P. R., Kumar P., Ali T., Alsath M. G. N. Planar MIMO antenna for mmwave applications: Evolution, present status & future scope. Heliyon. 2023. No.9. 32 p. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e13362

15. Choi B., Oh D., Kim S., Chong J.-W., Li Y.-C. Long-range drone detection of 24 G FMCW radar with E-plane sectoral horn array. Sensors. 2018. 21 p. https://doi.org/10.3390/s18124171

16. Jung J.-I., Yang J.-R. 5.8-GHz Patch antenna with an enhanced  defected ground structure for size reduction and  increased bandwidth. Journal of electromagnetic engineering and science. 2022. V. 22, No. 3. Р. 245–251. https://doi.org/10.26866/jees.2022.3.r.83

17. Laabadli A.-A., Mejdoub Y., Elamri A., Tarbouch M. Design of a miniaturized patch antenna for 2.45/5.8 GHz applications. International journal of advances in applied sciences. 2025. V. 14, No. 1. Р. 101–110. http://doi.org/10.11591/ijaas.v14.i1.pp101-110