Источник: Третій Білоруський космічний конгрес // Матеріали конгресу (23-25 жовтня 2007 року, Мінськ). – Мінськ: ОИПИ НАН Білорусі, 2007. -  с.354 -356.

Рассматриваются модели новых антенных систем электронного сканирования, принцип работы которых базируется на свойствах реверсивных сред, а также обосновывается целесообразность применения реверсивных сред в антенной технике. Что позволяет достичь высоких скоростей сканирования и усовершенствовать характеристики антенных систем, а именно получить диаграмму направленности антенн необходимой ширины и производить оперативное управление ее формой во время сканирования по заданному закону.    

Введение

Неотъемлемыми составными частями современных радиотехнических средств
являются антенные системы. Их используют для определения направления на источник излучения или для исследования положения многих источников излучения в окружающем пространстве, что делает актуальными задачу оперативного управления формой характеристики направленности антенны и, в частности, задачу сканирования диаграммы направленности в пространстве. Существующие ранее способы механического и электромеханического сканирования не удовлетворяют современным требованиям к скорости обзора пространства и не дают возможности одновременно следить за перемещениями нескольких быстродвижущихся объектов. Нами предлагается способ электронного сканирования, основанный на выполнении зеркала антенны из радиопрозрачного материала, покрытого реверсивной пленкой.

В предлагаемом нами способе сканирования 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. С помощью последовательного перемещения освещенной (возбуждаемой) области по поверхности зеркала производится сканирование диаграммы направленности в пространстве. При этом скорость сканирования ограничивается только скоростями перехода реверсивной среды из непроводящего состояния в проводящее и перемещения светового воздействия; заданный закон изменения положения освещенной области, а следовательно, и диаграммы направленности антенны в пространстве может быть любым.

Таким образом, данный способ позволяет получить заданную форму и ширину диаграммы направленности антенны в СВЧ-диапазоне, а также управлять диаграммой направленности антенны в процессе сканирования по заданному закону, обеспечивая гибкость траектории и скорость развертки.

Описанный способ сканирования заложен в основу функционирования некоторых разработанных нами антенн, таких как многолучевая сканирующая, многолучевая двухзеркальная сканирующая, многолучевая зеркальная и многолучевая зеркальная со сферическим сканированием. В данных антенных системах за счет воздействия сигналами управления на внутреннюю поверхность зеркала по очереди происходит изменение электродинамических параметров различных участков реверсивного материала, при этом обеспечивается сканирование лучей многолучевой диаграммы направленности в пространстве.

1. Многолучевая сканирующая антенна

Многолучевая сканирующая антенная система имеет зеркало в виде внутренней поверхности тела вращения параболической образующей вокруг оси симметрии и облучатели, расположенные на фокальном кольце. Зеркало антенны выполнено из радиопрозрачного материала, поверхность которого покрыта реверсивным материалом. Кроме того, данная система имеет источник управляющих сигналов, а облучатели расположены с возможностью перемещения в плоскости фокального кольца. Структурная схема антенны изображена на рис. 1.

Рис. 1. Многолучевая сканирующая антенна

Данное устройство работает следующим образом. Облучатели 3 перемещаются в плоскости фокального кольца. Источник управляющих сигналов  воздействует на поверхность реверсивного материала в областях 2 сигналами 4 на зеркале 1. В областях падения света на реверсивный материал происходит резкое изменение параметров материала за счет генерации неравновесных носителей тока, которые изменяют электромагнитные характеристики материала, материал приобретает металлические свойства, что позволяет отражаться электромагнитной волне. Это приводит к формированию нескольких лучей диаграммы направленности.

Перемещение области управляющего воздействия позволяет по очереди изменять проводимость различных участков полупроводниковых пластин. Это дает возможность сканирования лучей диаграммы направленности в широком секторе углов.

Таким образом, использование данной многолучевой сканирующей  зеркальной антенны позволяет создавать многолучевую диаграмму направленности антенны с возможностью сканирования лучей диаграммы направленности в широком секторе углов [1].

2. Многолучевая двухзеркальная сканирующая антенна

В рассмотренной выше конструкции не представляется возможным расширение сектора сканирования, потому что угол раскрытия антенны является неизменным для зеркала фиксированного диаметра. Конструкция не предусматривает увеличение усиления антенны на величину большую, чем максимально возможная величина для данного зеркала, и уменьшение ширины лучей диаграммы направленности.

Данные недостатки устраняются за счет усовершенствования рассмотренной антенной системы путем введения в ее состав  помимо основного еще и дополнительного параболического зеркала, выполненного из радиопрозрачного материала. Основное зеркало расположено в области раскрыва дополнительного параболического, причем фокус основного параболического зеркала совпадает с фокусом дополнительного параболического, а внутренняя поверхность основного зеркала и внешняя поверхность дополнительного параболического покрыты реверсивным материалом. Кроме того, антенна имеет дополнительный источник управляющих сигналов, расположенный на обратной стороне дополнительного параболического зеркала.

В соответствии с заданным сектором сканирования, шириной лучей диаграммы направленности и усилением антенны выбирается зеркало, которое будет находиться в режиме отражения электромагнитных волн, а также источник управляющих сигналов, который будет воздействовать сигналами управления на выбранное зеркало. При этом другое зеркало, на которое не воздействуют сигналы управления, находится в режиме пропускания электромагнитных волн. Облучатели обеспечивают создание лучей диаграммы направленности. Возможность выбора параболического зеркала, которое будет отражать электромагнитные  лучи, обеспечивает расширение сектора сканирования, создание лучей диаграммы направленности различной ширины, а также возможность изменения усиления антенны. Структурная схема антенны изображена на рис. 2.

Рис. 2. Многолучевая двухзеркальная сканирующая антенна

Принцип осуществления сканирования данной антенной системой аналогичен принципу осуществления сканирования в многолучевой сканирующей антенне. Таким образом, использование данной многолучевой двухзеркальной сканирующей антенны позволяет расширять сектор сканирования, создавать лучи диаграммы направленности различной ширины, а также изменять усиление антенны [2].

Заключение

Рассмотренный в статье метод электронного сканирования обладает рядом преимуществ, которые существенно расширяют возможности его дальнейшего использования, что видно из разработанных моделей антенных систем. Возможность применения данного метода сканирования неоднократно докладывалась на международных конференциях в Днепропетровске, Таганроге и Харькове  [3-6].

Литература:

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

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

3. 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.

4. 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.

5. A. V. Khludneva, M. V. Mihailov, P. A. Petrushkevich, V. V. Paslyon THE NEW ANTENNA SYSTEMS WITH ELECTRONIC SCANNING / Излучение и рассеяние электромагнитных волн: Труды Международной конференции «Излучение и рассеяние ЭМВ – ИРЭМВ-2007».  Т.1. – Таганрог: Изд-во ТТИЮФУ, 2007. – с. 61- 64.

6. 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.