Model of the flat fairing antenna dielectric layer with aerodynamic heating

• Autorzy: Kozlovskiy Valerii , Kozlovskiy Valeriy , Nimych Oleksii , Klobukova Liudmyla , Yakymchuk Natalia

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.5302

Warianty tytułu

PL

Model płaskiej warstwy dielektrycznej anteny z nagrzewaniem aerodynamicznym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

To protect the antenna systems of modern aircraft, radio-transparent dielectric fairings are widely used. At low flight speeds, when designing and evaluating the characteristics of the fairing-antenna, it is assumed that the dielectric constant is a constant value and does not depend on the aircraft's flight speed. As the flight speed increases, as a result of aerodynamic heating of the fairing, its dielectric permeability changes, which leads to errorsin the processing of received signals. Currently, to take into account the effect of dielectric coatings heating when designing antenna systems,the temperature of the fairing wall is averaged over its thickness. This method during maneuvering and at high flight speeds leads to large errorsin determining the characteristics of the fairing antenna since the nature of the temperature distribution along the thickness of the fairing wall is not taken into account. A new approach to the analysis of dielectric layers with their uneven heating along the thickness is proposed. The obtained results makeit possible to adjust the signal processing algorithms with analog and digital matrices, as a result of taking into account the emerging heat flows affecting the fairing of the aviation antenna, which leads to the improvement of the characteristics of the antenna systems.

PL

Aby chronić systemy antenowe nowoczesnych samolotów, szeroko stosuje się radioprzepuszczalne owiewki dielektryczne. Przy małych prędkościach lotu przy projektowaniu i ocenie charakterystyk anteny owiewkowej przyjmuje się, że stała dielektryczna jest wartością stałą i nie zależyod prędkości lotu samolotu. Wraz ze wzrostem prędkości lotu, w wyniku nagrzewania się aerodynamicznego owiewki, zmienia się jej przepuszczalność dielektryczna, co prowadzi do błędów w przetwarzaniu odbieranych sygnałów. Obecnie, aby uwzględnić wpływ nagrzewania powłok dielektrycznychprzy projektowaniu systemów antenowych, temperaturę ścianki owiewki uśrednia się w stosunku do jej grubości. Metoda ta podczas manewrowania i przy dużych prędkościach lotu prowadzi do dużych błędów w określaniu charakterystyk anteny owiewki, gdyż nie bierze się pod uwagę charakterurozkładu temperatury wzdłuż grubości ścianki owiewki. Zaproponowano nowe podejście do analizy warstw dielektrycznych przy ich nierównomiernym nagrzewaniu na całej grubości. Uzyskane wyniki pozwalają na dostosowanie algorytmów przetwarzania sygnału z matrycami analogowymi i cyfrowymi, w wyniku uwzględnienia powstających strumieni ciepła wpływających na owiewkę anteny lotniczej, co prowadzi do poprawy charakterystyki systemów antenowych.

Słowa kluczowe

EN

aviation antenna; dielectric layer; aerodynamic heating; wave resistance; quadrupole

PL

antena lotnicza; warstwa dielektryczna; nagrzewanie aerodynamiczne; opór falowy; kwadrupol

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2023
• Tom: T. 13, nr 4
• Strony: 119--125
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., wykr.

Twórcy

autor

Kozlovskiy Valerii

• National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute named after Igor Sikorsky", Institute of Special Communications and Information Protection, Kyiv, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-0234-415X

autor

Kozlovskiy Valeriy

• National Aviation University, Faculty of Cybersecurity, Computer and Software Engineering, Kyiv, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-8301-5501

autor

Nimych Oleksii

• National Aviation University, Faculty of Cybersecurity, Computer and Software Engineering, Kyiv, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-1759-7088

autor

Klobukova Liudmyla

• National Aviation University, Faculty of Cybersecurity, Computer and Software Engineering, Kyiv, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0001-9799-4387

autor

Yakymchuk Natalia

• Lutsk National Technical University, Faculty of Computer and Information Technologies, Lutsk, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-8173-449X

Bibliografia

• [1] Akan V., Yazgan E.: Antennas for Space Applications: A Review. Advanced Radio Frequency Antennas for Modern Communication and Medical Systems, IntechOpen, 2020, [http://doi.org/10.5772/intechopen.93116].
• [2] Chahat N.: A mighty antenna from a tiny CubeSat grows. IEEE Spectrum 55, 2018, 33–37 [http://doi.org/10.1109/MSPEC.2018.8278134].
• [3] Deng J., Zhou G., Qiao Y.: Multidisciplinary design optimization of sandwich-structured radomes. Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science 233(1), 2019, 179–189 [http://doi.org/10.1177/0954406218757268].
• [4] Dippong T. et al.: Thermal behavior of Ni, Co and Fe succinates embedded in silica matrix. J. Therm. Analysis. Calorim. 136, 2019, 1587–1596 [http://doi.org/10.1007/s10973-019-08117-8].
• [5] Escalera A. S. et al.: Effects of Radome Design on Antenna Performance in Transonic Flight Conditions. AIAA 2020-2187. AIAA Scitech 2020 Forum, 2020 [http://doi.org/10.2514/6.2020-2187].
• [6] Gilchuk A. V., Khalatov A. A.: Theory of thermal conductivity. NTUU KPI named after Igor Sikorsky, 2017.
• [7] Grinevich A. V., Lavrov A. V.: Evaluation of the ballistic characteristics of ceramic materials. Proceedings of VIAM 3(63), 2018, 95–102 [http://doi.org/10.18577/2307-6046-2018-0-3-95-102].
• [8] Gyulmagomedov N. K.: Influence of the radiotransparent radome on characteristics of radar station. AIP Conference Proceedings 2318, 2021, 180001 [http://doi.org/10.1063/5.0036566].
• [9] Korn G.: Handbook of mathematics for scientists and engineers: Definitions, theorems, formulas. Book on Demand, 2014.
• [10] Li H. Y. et al.: Ameliorated Mechanical and Dielectric Properties of Heat-Resistant Radome Cyanate Composites. Molecules 25, 2020, 3117.
• [11] Li H. Y. et al: Ameliorated Mechanical and Dielectric Properties of Heat- Resistant Radome Cyanate Composites. Molecules 25(14), 2020, 3117 [http://doi.org/10.3390/molecules25143117].
• [12] Lu Y. et al.: A Study on the Electromagnetic–Thermal Coupling Effect of CrossSlot Frequency Selective Surface. Materials 15, 2022, 640 [http://doi.org/10.3390/ma15020640].
• [13] Meyer G. J.: Polyurethane Foam: Dielectric Materials for Use in Radomes and Other Applications. General Plastics Manufacturing Company, 2015.
• [14] Nair R. U. et al.: Temperature-dependent electromagnetic performance predictions of a hypersonic streamlined radome. Prog. electromagn. Res. 154, 2015, 65–78.
• [15] Narendara S., Gopikrishna R.: Evaluation of structural integrity of tactical missile ceramic radomes under combined thermal and structural loads. Procedia Structural Integrity 14, 2019, 89–95.
• [16] NASA Outgassing Data for Selecting Spacecraft Materials, https://outgassing.nasa.gov (available: April 20, 2020).
• [17] Öziş E. et al.: Metamaterials for Microwave Radomes and the Concept of a Metaradome: Review of the Literature. International Journal of Antennas and Propagation 2017, ID1356108 [http://doi.org/10.1155/2017/1356108].
• [18] Plonus M.: Electronics and Communications for Scientists and Engineers, 2020 [http://doi.org/10.1016/C2018-0-00442-9].
• [19] Raveendranath U. N. et al.: Temperature-Dependent Electromagnetic Perfor-mance Predictions of a Hypersonic Streamlined Radome. Progress In Electromagnetics Research 154, 2015, 65–78.
• [20] Romashin A. G. et al.: Radiotransparent fairings for aircraft. National Aerospace University, Kharkov 2003.
• [21] Seckin S. et al.: Dielectric Properties of Low-Loss Polymers for mmW and THz Applications. International Journal of Infrared and Millimeter Waves 40, 2019, 557–573 [http://doi.org/10.1007/s10762-019-00584-2].
• [22] Tahseen H. U. et al.: Design of FSS-antenna-radome system for airborne and ground applications. LET Communications, 2021
• [http://doi.org/10.1049/cmu2.12181].
• [23] Tahseen H. U. et al.: Design of FSS-antenna-radome system for airborne and ground applications. IET Commun. 2021, 15, 1691–1699, [http://doi.org/10.1049/cmu2.12181].
• [24] Xu W. et al.: Study on the electromagnetic performance of inhomogeneous radomes for airborne applications part 1: Characteristics of phase distortion and boresight error. IEEE Transactions on Antennas and Propagation 65(6), 2017, 3162–3174.
• [25] Ya M. et al.: Physics of heating microwave dielectrics of aircraft and their protection. SSGA, Novosibirsk 2008.
• [26] Zhang H. X. et al.: Massively Parallel Electromagnetic–Thermal Cosimulation of Large Antenna Arrays. IEEE Antennas Wire. Propag. Lett. 19, 2020, 1551–1555.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).