Технические науки/6. Электротехника и радиоэлектроника

Шереметьев Е.С., Вознюк А.С., к.т.н., доцент Паслён В.В.

Донецкий национальный технический университет, Украина

Перспективы развития антенной техники СВЧ диапазона

В настоящее время состояние радиолокации, связи, радиоастрономии отличается внедрением сложных комплексов аппаратуры, неотъемлемой частью которых являются антенные системы. В настоящее время антенная техника достигла своего пика развития. И поэтому в последние годы ее развитие идет по пути улучшения характеристик и использование новых материалов. Учитывая это, возникновение новых идей в антенной технике связано с необходимостью создания радиосистем с заданными характеристиками [1].

Зачастую, в радиоэлектронных системах необходимо изменять положение диаграммы направленности антенны в пространстве: сопровождение объекта (цели), поиск объекта (цели) и т.д. Такие задачи привели к появлению термина «сканирование». Сканирование бывает: механическое, электромеханическое и немеханическое [2].

«Сканирование» - перемещение относительно антенны главного лепестка диаграммы направленности.

При механическом сканировании перемещение луча в пространстве осуществляется перемещением всей антенны. Поэтому антенны с таким сканированием характеризуются наибольшей инерционностью. По сравнению с другими способами сканирования, такие антенны обладают относительно малыми быстродействием, разрешающей способностью, пропускной способностью, помехозащищенностью. Для поворота таких антенн применяют мощные двигатели, которые за счет больших протекающих в них токов создают сильное паразитное магнитное поле.

При электромеханическом сканировании механически перемещаются только некоторые элементы антенны, а основная часть антенны (основное зеркало) остается неподвижной. Классическим примером является управление положением луча параболической антенны при перемещении облучателя или вспомогательного зеркала. Но и в таких антеннах имеются вращающиеся сочленения, вспомогательные двигатели, которые ухудшают показатели антенны [2].

Такие недостатки привели к разработке антенных систем с электрическим сканированием. Среди антенн с электрическим сканированием широкое распространение получили фазированные антенные решетки (ФАР), а стремление увеличить излучаемую мощность и помехозащищенность привели к созданию активных ФАР. Но реализация поставленных требований невозможна без совершенствования методов обработки сигнала. Электрическое сканирование позволяет обеспечить высокую скорость обзора окружающего пространства при сохранении относительно низкого уровня боковых лепестков и высокой помехозащищенности.

За последние десятилетия ФАР стали применять все шире в различных системах. В процессе разработки ФАР выяснились их недостатки. В первую очередь с помощью ФАР затруднителен круговой обзор пространства, снижение коэффициента усиления антенны из-за потерь в элементах антенны: фазовращатели, устройства возбуждения и т.д..

Такое состояние вопроса стимулирует поиск новых конструкций антенн с электрическим сканированием либо новых методов обработки сигналов.

В последнее время при разработке новых антенных систем применяют реверсивные (обратимые) среды. Предлагается способ электронного сканирования, основанный на выполнении зеркала антенны из радиопрозрачного материала, покрытого реверсивной средой [4, 6].

Особенность реверсивной (обратимой) среды заключается в том, что в исходном состоянии она является радиопрозрачной, а при воздействии на нее управляющего сигнала она приобретает свойства радиоотражающей поверхности. В качестве реверсивного материала могут быть использованы полупроводниковые материалы (пленки), которые при воздействии интенсивного светового излучения необходимого спектрального состава приобретают радиоотражающие свойства за счет возникновения в них неравновесных носителей заряда [4-6].

Поверхность реверсивной среды освещается интенсивным световым пятном необходимой формы и размеров, изменение размеров светового пятна приводит к изменению ширины диаграммы направленности и ее формы в заданной плоскости по заданному закону. Последовательно перемещая освещенную (возбуждаемую) область по поверхности зеркала производится перемещение (сканирование) диаграммы направленности в пространстве. При этом скорость сканирования ограничивается только скоростью перехода реверсивной (обратимой) среды из непроводящего состояния в проводящее и скоростью перемещения светового воздействия; закон изменения положения освещенной области, а, следовательно, и диаграммы направленности антенны в пространстве может быть любым заданным [6, 8-15].

Литература

1. Антенны: Современное состояние и проблемы /
Д.И. Воскрсенский, В.Л. Гостюхин, К.И. Гринева и др.; Под ред. чл-корр. АН СССР Л.Д. Бахраха и проф. Д.И. Воскресенского. – М.: Сов. Радио,
1979. – 208 с., ил.

2. Марков Г.Т. Антенны / Марков Г.Т., Сазонов Д.М. – М.: Энергия, 1975. – 528с.

3. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование антенных решеток / Под ред. Д.И. Воскресенского. – М.: Радио и связь, 1994. – 592с.

4. Фролов В.П. Антенны для земных станций спутниковой связи / Фролов В.П. – М.: Радио и связь, 2000. – 376с., ил

5. Метрикин А.А. Антенны и волноводы РРЛ / Метрикин А.А. – М.: Связь, 1977. – 115с.

6. Хорхордин А.А., Паслен В.В. Применение реверсивных сред в антенной технике / Излучение и рассеяние электромагнитных волн: Материалы Международной научной конференции “Излучение и рассеяние ЭМВ – ИРЭМВ - 2005”. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. – С. 312 – 314.

7. Khludneva A.V., Mihailov M.V., Petrushkevich P.A., Paslyon V.V. The new antenna systems with electronic scanning. Излучение и рассеяние электромагнитных волн: Труды Международной научной конференции “Излучение и рассеяние ЭМВ – ИРЭМВ - 2007”. Т. 1. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2007. – С. 61 – 64.

8. Паслён В.В. Использование реверсивных сред в антенной технике: материалы III Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь», (Москва, 26-30 октября 2009г.)/ РАН, ИРЭ им. В.А.Котельникова. – М.: ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН, 2009. – 1035с.

9. Хорхордин А.А., Носко Ю.В., Паслен В.В. О возможности использования реверсивных сред в антенной технике. YI Международная молодежная научно-практическая конференция «Человек и космос»: сборник тезисов. – Днепропетровск: НЦАОМУ, 2004 – с. 296.

10. Хорхордин А.А., Паслен В.В. Применение реверсивных сред в антенной технике / Излучение и рассеяние электромагнитных волн: Материалы Международной конференции «Излучение и рассеяние ЭМВ – ИРЭМВ-2005». – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. – с. 312-314.

11. Хорхордин А.А., Михайлов М.В., Паслен В.В. Новое в технике антенного сканирования. Международная научно-практическая конференция «Университетские микроспутники – перспектива и реальность»: Сборник тезизов. Под общ. ред. Д-ра техн. наук проф. А.Н.Петренко. – Днепропетровск: НЦАОМУ, 2006. - с. 69.

12. Деклараційний патент № 25901. Україна. МПК H01Q19/10. Всеспрямована антена / Хлуднева Г. В., Михайлов М. В., Ольшевський А. Л., Пасльон В. В – 27.08.07 – бюл. №3.

13. Деклараційний патент № 13225. Україна. МПК H01Q25/00. Багатопроменева дзеркальна антена / Хорхордин А. А., Паслен В. В.- 15.03.06 - бюл. № 3.

14. Деклараційний патент № 20355. Україна. МПК H01Q25/00. Багатопроменева дзеркальна антена / Михайлов М. В., Хорхордин А. А., Паслен В. В.-15.01.07- бюл.№ 1.

15. Деклараційний патент № 20781. Україна. МПК H01Q25/00. Багатопроменева дзеркальна скануюча антена / Хорхордин А. А., Михайлов М. В., Паслен В. В. - 15.02.07 - бюл. № 2.