Решение некоторых научных задач, направленных на разработку антенной техники миллиметрового диапазона длин волн

В настоящее время многолучевые и фазированные антенные решетки (далее – антенные решетки) находят повсеместное применение, будь то в радиолокации, радионавигации или в космической и наземной радиосвязи (в том числе, при разработке систем связи пятого поколения – 5G). На практике, наибольшее распространение находят узкополосные и широкополосные антенные решетки. Существенный рост сложности радиосигналов является толчком к распространению и сверхширокополосных антенных решеток с коэффициентом перекрытия рабочего диапазона частот 2:1 и более. Одновременно с этим растет интерес к использованию миллиметрового диапазона длин волн (КВЧ-диапазона), к которому относятся частоты от 30 до 300 ГГц. Для сравнения, суммарная ширина диапазонов ультравысоких (УВЧ) и сверхвысоких частот (СВЧ) составляет 29,7 ГГц (0,3–3,0 и 3–30 ГГц), что составляет около 11% от ширины КВЧ-диапазона. Разработка антенн и антенных решеток, способных работать с коэффициентом перекрытия 10:1, чтобы перекрыть хотя бы один из двух диапазонов (УВЧ или СВЧ) является хоть и реальной, но очень сложной задачей. Ещё более сложной задачей является разработка диаграммообразующих устройств, имеющих стабильные характеристики в сверхширокой полосе частот с коэффициентом перекрытия 10:1. Если же перейти к использованию КВЧ-диапазона, то можно получить такую же и даже большую ширину рабочих частот, но с меньшим коэффициентом перекрытия (например, диапазон 30–60 ГГц имеет почти такую же ширину рабочей полосы, что УВЧ- и СВЧ-диапазоны вместе взятые, при том что его коэффициент перекрытия не превышает 2:1). Несмотря на очевидные преимущества от использования миллиметрового диапазона длин волн, его освоение сопряжено с рядом сложностей, связанных с разработкой антенн и антенных решеток и наличием элементной базы для них. Одна из сложностей заключается в уменьшении рабочих длин волн (10 мм и менее). В результате уменьшаются габариты антенн и антенных решеток, повышаются требования к точности их изготовления. Уменьшение габаритов приводит к тому, что в процессе проработки компоновки излучателей антенных решеток на основе печатных дипольных антенн и антенн Вивальди, приходится сталкиваться с серьезными технологическими сложностями. Помимо этого, с уменьшением длины волны растет погонное затухание в материалах и для уменьшения потерь необходимо минимизировать использование коаксиальных кабелей и разъемов, по возможности переходя к модульному исполнению (если обычно антенная решетка имеет количество коаксиальных разъемов равное количество излучателей, то в миллиметровом диапазоне их количество нужно сокращать). Но и этот переход сопряжен со сложностями, так как подразумевает использование сложных многослойных структур больших электрических размеров, расчет и исследование которых является сложной и очень трудоемкой задачей. Таким образом, разработка антенн и антенных решеток миллиметрового диапазона длин волн является весьма актуальной задачей, а решение задач, связанных со сложностью их разработки имеет большую практическую потребность и позволит ускорить освоение КВЧ-диапазона. Целью данного проекта является разработка некоторых конструкций антенн и антенных решеток миллиметрового диапазона длин волн, а также решение сопутствующих проблем, связанных с технологией их изготовления. Достижение ожидаемых результатов будет осуществляться за счет реализации новых идей, в том числе с использованием накопленного опыта по разработке антенн и антенных решеток и улучшению их характеристик излучения.