Исследование и разработка опто-управляемого метаматериала для создания многофункциональных сверхширокополосных антенных систем

Одними из наиболее важных требований для антенн, используемых в системах высокоскоростной передачи информации, являются широкая рабочая полоса и простота развертывания. Также, для компенсации потерь на трассе (особенно больших в миллиметровом диапазоне) и увеличения дальности связи антенна должна обладать высоким коэффициентом усиления. Следующим шагом в разработке антенн для высокоскоростной передачи информации является реализация многолучевых или сканирующих устройств. При этом, современные радиотехнические устройства часто решают несколько задач, каждая из которых требует отдельной антенны, что ухудшает масса-габаритные характеристики, усложняет разработку и конструкцию аппаратуры. Для решения этих проблем предлагается провести исследование и разработку опто-управляемого метаматериала пригодного для создания антенных систем дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн, функционирующих в двух режимах: 1) – полнофункциональной фазированной антенной решетки (ФАР) с управляемым рефлектором, перестраиваемой в сверхширокой полосе частот; 2) – сверхширокополосной антенной системы с широкоугольным сканированием. Целью проекта является исследование и разработка опто-управляемого метаматериала, служащего новой элементной базой сверхширокополосных многофункциональных антенных систем с опто-управляемым рефлектором, отличающихся: 1) расширенными функциональными возможностями (полнофункциональная ФАР, перестраиваемая в сверхширокой полосе частот, а также - сверхширокополосная антенная система с широкоугольным сканированием); 2) повышенной устойчивостью к действию средств радиоэлектронной борьбы за счет оптического управления – к управляющим элементам проложены только световоды; 3) использованием универсальных опто-управляемых структур, пригодных для реализации антенных систем, функционирующих в полосе частот с коэффициентом частотного перекрытия, как минимум, от октавы, до декады, в дециметровом, или - сантиметровом, или - миллиметровом диапазонах волн; 4) возможность функционирования с произвольным видом поляризации излучаемых и принимаемых волн (определяемым облучателем фазированной антенной решетки). Основное содержание проекта заключается в исследовании и разработке опто-управляемого метаматериала, который представляет собой электромагнитный кристалл с кристаллической решеткой в виде системы электрически коротких проводников, входящих в каждый из ее узлов. Предлагаемый опто-управляемый метаматериал способен синтезировать отражающую поверхность ФАР путем замыкания необходимой комбинации электрически коротких проводников с помощью коммутаторов. Перспективным представляется применение оптически управляемых МЭМС- и НЭМС- коммутаторов, в которых замыкание контактов осуществляется в результате давления силы света на одну из пластин устройства. Данный вид коммутирующих элементов обладает высокой степенью достижимой изоляции, достигающей 70 дБ в закрытом состоянии и малым ослаблением (сотые доли децибела) в открытом состоянии. Кроме того, будет исследована возможность применения в качестве коммутатора фотоуправляемого полупроводника, характеризующегося низкой проводимостью при отсутствии освещения (диэлектрик с малыми потерями) и высокой проводимостью при его освещении (практически – как у металла). Для оптимизации параметров метаматериала будет изучено влияния структуры кристалла, геометрии и материала изготовления проводников на рабочие характеристики рефлектора (главным образом, влияние на коэффициенты отражения и передачи в различных диапазонах частот). Предлагаемое исследование направленно на подтверждения следующих предположений: 1) в исследуемом опто-управляемом метаматериале значение фазы отраженной волны будет регулироваться в широкой полосе частот в пределах от 0 до 360 градусов, при этом частотные зависимости фазы, соответствующие различным сечениям расположения плоскости отражения, будут иметь регулярный характер; 2) отражения от структуры опто-управляемого метаматериала при выключенных коммутаторах должны быть невелики; 3) в силу изотропности исследуемого опто-управляемого метаматериала поляризация волн может быть произвольной. В качестве перспективного варианта технологической реализации исследуемого опто-управляемого метаматериала предполагается использовать многослойные структуры, состоящие из тонких печатных плат, изолированных друг от друга слоями вспененного диэлектрика, соединенных между собой металлическими перемычками в точках расположения коммутаторов.