Разработка антенн на основе управляемых метаповерхностей с голографическим принципом диаграммообразования и исследование их апертурной эффективности

В последние годы в мире происходит активное развитие систем спутниковой связи через средне- и низкоорбитальные спутниковые группировки (SkyLink, OneWeb, Сфера и др.). Особенностью таких систем связи является то, что антенна наземной станции должна непрерывно следить за положением перемещающегося спутника. В связи с этим, является актуальным поиск и исследование новых принципов электронного управления лучом, которые могут быть применены при создании абонентских терминалов спутниковой связи. Одним из таких новых принципов является использование управляемых метаповерхностей. Голографический подход к диаграмообразованию, применяемый в антеннах на управляемых метаповерхностях, существенно отличается от известного ранее классического подхода, применяемого в фазированных антенных решетках, и заключается в том, что управляемым параметром являются не фазы отдельных излучателей, а коэффициенты связи излучателей с бегущей по поверхности волной возбуждения. Управление коэффициентом связи излучателя с бегущей волной может осуществляться с помощью одного управляющего элемента, например, варактора, что существенно проще, чем управление фазой излучателя в пределах 0…360°, необходимое в фазированных антенных решетках. Более простая конструкция системы возбуждения и управляющих элементов антенн на основе управляемых метаповерхностей по сравнению с фазированными антенными решетками потенциально позволяет создавать антенны с электронным сканированием для массовых применений в телекоммуникациях, например, для спутниковой связи. Одной из важнейших характеристик антенны с точки зрения ее практического применения является ее апертурная эффективность. В настоящее время в литературе присутствует достаточно большое количество публикаций с описанием отдельных реализаций антенн на основе управляемых метаповерхностей, но, как правило, их апертурная эффективность или не приводится, или оказывается невысокой. В данном проекте с помощью аналитических и электродинамических моделей, а также натурных экспериментов впервые предлагается провести систематические исследования достижимой апертурной эффективности антенн на основе управляемых метаповерхностей, как с точки зрения теоретических, так и с точки зрения практических ограничений. Основные результаты проекта: 1. Методы и средства для синтеза конструкций антенн на основе метаповерхностей по заданной форме диаграммы направленности. 2. Электродинамические модели антенн на основе метаповерхностей со статичными и управляемыми диаграммами направленности. 3. Макеты антенн на основе метаповерхностей со статичными и управляемыми диаграммами направленности. 4. Результаты исследования теоретических и практических ограничений на апертурную эффективность антенн на основе метаповерхностей.