ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИНТЕГРИРОВАННЫХ АКТИВНЫХ ФОТОННЫХ АНТЕНН В ЗАЩИЩЕННЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ

Самойленко Д.А., Паслен В.В.

Донецкий национальный технический университет

На современном этапе развития радиотехники и телекоммуникаций предъявляются высокие требования к конструктивным и качественным параметрам антенных систем и радиоэлектронной аппаратуры. Перспективным развитием этого направления является использование волоконно-оптических линий связи. Волоконно-оптический кабель (ВОК) является наиболее широкополосной средой передачи информации. Поэтому возникла потребность в развитии и создании новых простых, недорогих и компактных устройств, которые превращают оптический сигнал в электрический, и наоборот. Одним из возможных способов упрощения таких устройств является использование активных интегрированных антенн, которые получили название PhAIAs (от англ. "Photonic active integrated antennas") [1, 2]. Для них характерно то, что сигнал от антенны (как передатчика), и к антенне (как приемника) распространяется по оптическому волокну, и с фотодиода непосредственно возбуждает антенну. В качестве активной фотонной антенны используется микрополосковых антенна. Коаксиальный кабель в ней будет заменен оптоволокном, фотодиод используется для преобразования сверхвысокочастотного (СВЧ) сигнала в амплитудно-модулированный оптический сигнал и наоборот. Использование оптоэлектронных устройств и волоконно-оптических линий связи открывает новые возможности и позволяет повысить качество радиотехнических систем.

Исследование фотонных антенн очень широко распространено в США, Великобритании, России, Японии и других государствах, которые вкладывают большие деньги в развитие науки, в частности системам радиосвязи. Наиболее весомый вклад в исследование интегрированных фотонных антенн внесли Sittakul V. [2], Cryan М. [2], Чиж А. Л., Малышев С. А., Ящишин Е. И. [1] и другие.

Целью данной работы является обоснование возможности применения интегрированной микрополосковой активной фотонной антенны (PhAIAs) и разработка новой конструкции фотонной антенны, и сравнение результатов с уже известными конструкциями антенн. Для достижения указанной цели необходимо:

1) провести обзор существующих систем и сетей радиосвязи;

2) провести обзор существующих конструкций интегрированных микрополосковых активных фотонных антенн;

3) произвести подробный обзор типичных микрополосковых излучателей фотонных антенн;

4) произвести подробный обзор отдельных активных элементов фотонных антенн;

5) разработать конструкцию интегрированной активной фотонной антенны и провести экспериментальное исследование (путем проведения численного моделирования с использованием ЭВМ) микрополоскового излучателя такой фотонной антенны.

Для проведения численного эксперимента был использован программный продукт электродинамического моделирования трехмерных СВЧ структур HFSS Ansoft.

Фотонная антенна разрабатываемая для системы беспроводной связи, будет иметь вид конформной прямоугольной микрополосковой антенны [4], которая имеет в качестве агрегата носителя - два параллельно расположенных цилиндра (рис. 1), а также микрополосковый излучатель, в который интегрировано активное устройство (в случае передающей антенны - полупроводниковый фотодиод, а в случае приемной антенны - полупроводниковый лазер). Для начала определимся с начальными исходными данными для расчета. Рабочую частоту выбираем из соображений использования антенны для работы в беспроводной Wi-Fi (от англ. Wireless Fidelity) сети, соответствует стандартам IEEE 802.11, в частности IEEE 802.11g. С [2] известно, что беспроводной стандарт IEEE 802.11g использует частоту 2,4 ГГц и обеспечивает максимальную скорость 54 Мбит/сек. Так, резонансная частота антенны Fр=2,4 ГГц. В качестве материала для изготовления подложки антенны выбираем политетрафторэтилен (далее ПТФЭ), известный также под названиями фторопласт-4 и тефлон.

Рисунок 1 – Изображение модели конформной микрополосковой антенны

На рис. 2 изображена трехмерная диаграмма микрополосковой антенны, полученная в результате моделирования в программе Ansoft HFSS.

Рисунок 2 – Трехмерная диаграмма направленности конформной микрополосковой антенны в дБ

Проведено построение компьютерной модели конформной микрополосковой антенны и численный эксперимент с использованием программного продукта электродинамического моделирования трехмерных СВЧ структур HFSS Ansoft.

ЛИТЕРАТУРА

1. Интегрированная фотонная антенна на основе высокоскоростного фотодиода для систем радиосвязи с оптическими магистралями / А.Л. Чиж, С.А. Малышев, Е.М. Ящишин // сб. науч. тр. – Минск: Институт физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси, 2009. – С. 251 – 254.

2. Sittakul Vitawat. A 2.4-GHz Wireless-Over-Fibre System Using Photonic Active Integrated Antennas (PhAIAs) and Lossless Matching Circuits / V. Sittakul, M. J. Cryan // IEEE Journal of Lightwave Technology. — Jul. 2009. — vol. 27, no. 14. — P. 2724–2731. — ISSN 0733-8724.

3. Интегрированная активная фотонная антенна на основе высокоскоростного фотодетектора / Самойленко Д.А., Паслен В.В. // 16-й Юбилейный Международный молодежный форум «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке»: Сб. материалов форума. Т.3. – Харьков: ХНУРЭ, 2012. – С. 109–110.

4. Всенаправленные активные интегрированные фотонные антенны / Гоголенко Е.Ю., Паслён В.В. // Тезисы доклада на V Международной научно-технической конференции "Сучасні проблемі радіотехніки, телекомунікацій та прилодобудування" СПРТП – 2011, 19 – 21 травня 2011 г., Винница, Украина.