tis Телекоммуникации и связьTelecommunications and Communications 3034-4050 ФГБУ «16 ЦНИИИ» 10.21681/3034-4050-2026-4-65-74 РАЗРАБОТКА АДАПТИВНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ ДЛЯ БПЛАDEVELOPMENT OF AN ADAPTIVE ANTENNA ARRAY FOR UAVs БабенкоВячеслав Юрьевич оператор научной роты военной академии связи им. Маршала Cоветского Союза С. М. Буденного, г. Санкт-Петербург, РоссияOperator of the Scientific Company of the Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S. M. Budyonny, St. Petersburg, RussiaРоссия babenko.vya@mail.ru ФедоровПавел Николаевич старший научный сотрудник научно-исследовательского центра военной академии связи им. Маршала Cоветского Союза С. М. Буденного, г. Санкт-Петербург, РоссияSenior Researcher, Scientific Research Center of the Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S. M. Budyonny, St. Petersburg, RussiaРоссия fedorovpn@yandex.ru 2026 134 6574

Цель работы: разработка и исследование комплексной архитектуры 4-канальной малогабаритной адаптивной антенной решетки диапазона 2,4–2,5 ГГц, включающей вычислительное ядро на базе ПЛИС Xilinx Kria, многоканальный приемопередающий тракт и излучающую систему с круговой поляризацией.

Метод исследования: работа основывается на совместном применении методов теории цифровой обработки сигналов для пространственной фильтрации (алгоритм RAIS-LCMV), методов вычислительной электродинамики (САПР CST Microwave Studio) для проектирования высокочастотных структур, а также теории микрополосковых антенн для обеспечения требуемых поляризационных характеристик.

Результаты исследования: предложена и обоснована аппаратная архитектура цифровой адаптивной антенной решетки на базе кристалла XCK26-SFVC784-2LV-C и 4-канального трансивера, обеспечивающего жесткую фазовую когерентность. Разработана излучающая система на диэлектрической подложке FR-4 в конфигурации матрицы 2х2. Для формирования круговой поляризации применен метод усечения диагональных углов изолированного квадратного резонатора при одноточечном зондовом питании. Успешно реализован метод пространственной ортогональной ориентации элементов (последовательный поворот на 90°), позволивший радикально снизить взаимную связь до уровня –16 дБ без увеличения физических габаритов. Электродинамическое моделирование подтвердило формирование стабильного главного лепестка с коэффициентом направленного действия 10 дБи и шириной луча более 60 градусов. Выявлено, что физические ограничения одноточечной запитки формируют минимальный осевой коэффициент (Axial Ratio) на уровне 4 дБ, что успешно компенсируется алгоритмами пространственной фильтрации.

Научная новизна: обосновано комплексное применение робастного алгоритма пространственной фильтрации RAIS-LCMV для компенсации аппаратных и электродинамических искажений (отклонения поляризации, кросс-поляризационные помехи, технологические допуски FR 4), возникающих в малогабаритных печатных антенных решетках с зондовым питанием, что позволяет формировать глубокие нули в диаграмме направленности при неидеальных характеристиках излучателей.

The purpose of the work: the study aims to develop and investigate a comprehensive architecture for a 4-channel compact adaptive antenna array operating in the 2.4–2.5 GHz frequency range. The system includes a computational core based on the Xilinx Kria FPGA, a multi-channel transceiver path, and a radiating system with circular polarization.

Research method: s: the research is based on a combined approach involving digital signal processing (DSP) for spatial filtering (using the RAIS-LCMV algorithm), computational electromagnetics (CST Microwave Studio) for highfrequency structure design, and microstrip antenna theory to achieve the required polarization characteristics.

Results of the study: a hardware architecture of a digital adaptive antenna array based on the XCK26-SFVC784- 2LV-C chip and a 4-channel transceiver providing strict phase coherence is proposed and justified. A radiating system on an FR-4 dielectric substrate in a 2x2 matrix configuration has been developed. To form circular polarization, a diagonal corner truncation method of an isolated square resonator with a single-point probe feed was applied. A method of spatial orthogonal orientation of the elements (sequential 90-degree rotation) was successfully implemented, which allowed a radical reduction of mutual coupling to a level of –16 dB without increasing physical dimensions. Electrodynamic modeling confirmed the formation of a stable main lobe with a directivity of 10 dBi and a beamwidth of more than 60°. It was revealed that the physical limitations of a single-point feed form a minimum axial ratio (AR) of 4 dB, which is successfully compensated by spatial filtering algorithms.

Scientific novelty: the study justifies the comprehensive application of the robust spatial filtering algorithm RAIS-LCMV to compensate for hardware and electromagnetic distortions (polarization deviations, cross-polarization interference, and FR-4 manufacturing tolerances) occurring in compact printed antenna arrays with probe feeding. This approach enables the formation of deep nulls in the radiation pattern despite the non-ideal characteristics of the individual emitters.

 программируемая логическая интегральная схемаZynq UltraScale+диаграммообразованиекруговая поляризациямикрополосковая антеннавзаимная связьзондовое питание FPGAZynq UltraScale+beamformingcircular polarizationmicrostrip antennamutual couplingprobe feed Список литературыTuzov G. I. Pomehozashchishchyonnost' radiosistem so slozhnymi signalami / M.: Radio i svyaz', 1986. – P. 264. Monzingo R. A., Miller T. U. Adaptivnye antennye reshetki: Vvedenie v teoriyu: Per. s angl. – M.: Radio i svyaz', 1986. – P. 448. УДК 621.396.677.49 ВОЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА, АППАРАТУРА КОМПЛЕКСОВ ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ Marchuk L. A. Prostranstvenno-vremennaya obrabotka signalov v liniyah radiosvyazi. / L.: VAS, 1991. – P. 135. Rigler, Kompton R. T. Adaptivnaya antennaya reshetka dlya podavleniya pomeh // TIIEHR. – 1973. – V. 61. – No 6. – Pp. 75–86. Chistyakov V. A. Algoritm adaptivnoj fil'tracii pomeh v cifrovyh antennyh reshetkah sputnikovoj svyazi // Trudy MAI, 2019. – V.105. – Pp. 100–113. Abbas S., Haddur R., Kuz'menko I. Yu. Metod slepogo formirovaniya lucha dlya GPS-priemnikov // Telekommunikacionnye i vychislitel'nye sistemy. Sbornik trudov Tridcat' pervogo mezhdunarodnogo nauchno-tehnicheskogo foruma. Moskva, 2023. Pp. 33–39. Glushankov E. I., Carik I. V., Carik V. I. Prostranstvenno-raspredelennaya tehnologiya adaptivnogo formirovaniya diagrammy napravlennosti antennoj reshetki // Nauchnye izvestiya, 2022. – No 29. – Pp. 165–170. Malviya, Leeladhar & Rao, Leevanshi & Pant, Mohit & Parmar, Ajay & Charhate, Sandhya. (2020). 5G beamforming techniques for the coverage of intended directions in modern wireless communication: In-depth review. International Journal of Microwave and Wireless Technologies. – 13. – Pp. 1039–1062. Feng, Rui & Wang, Cheng-Xiang & Huang, Jie & Gao, Xiqi. (2025). Recent Advances of 6G Ultra-Massive MIMO Technologies in Spatial and Beam Domains. Fokin G. A., Sheremet N. V. Ispol'zovanie algoritmov adaptivnogo diagrammoobrazovaniya v setyah 5G // Aktual'nye problemy infotelekommunikacij v nauke i obrazovanii (APINO, 2024). Sankt Peterburg, 2024. – Pp. 460–464. Chernov V. S. Povyshenie pomehoustojchivosti i propusknoj sposobnosti s pomoshch'yu napravleniya lucha // Informacionnye tehnologii. Radioehlektronika. Telekommunikacii (ITRT – 2024). Tol'yatti, 2025. – Pp. 405–410. Dzhigan V. I., Kurganov V. V. Kalibrovka cifrovyh antennyh reshetok s pomoshch'yu algoritmov adaptivnoj obrabotki signalov // Telekommunikacii. – 2021. – No 2. – Pp. 8–16. Leqiang Su, Hongwei Liu, Xu Xu, Zhongfu Ye, Mingquan Jia, Yun Hou. Robust adaptive beamforming algorithm for multipath coherent reception based on iterative adaptive approach and covariance matrix reconstruction, Digital Signal Processing, 2026. – V. 168. – Part B. Bojko I. A., Glushankov E. I., Lyalina A. Zh. Algoritmy adaptivnoj obrabotki signalov v geostacionarnyh sistemah // Trudy uchebnyh zavedenij svyazi. – 2025. – V. 11. – No 5. – Pp. 74–83. Zvonarev V. V., Pitrin A. V., Popov A. S. Metodika rascheta koehfficienta napravlennogo dejstviya adaptivnoj antennoj reshetki pri nalichii pomeh // Izv. vuzov. Priborostroenie. – 2025. – V. 68. – No 3. – Pp. 198–206.