Разработка физических принципов создания высокоэффективных радиофотонных приемно-передающих устройств и физико-технологических принципов создания радиофотонных компонент для активных фазированных антенных решеток

В рамках предлагаемого проекта предлагается решить проблемы, связанные с созданием высокоэффективных радиофотонных приемно-передающих модулей активных фазированных радиофотонных сканирующих антенных решеток на основе радиофотонных компонент. Для этого должны быть разработаны принципы функционирования и требования к ключевым компонентам радиофотонной компонентной базы на основе многомодовых мощных полупроводниковых лазеров и фотодетекторов, а также МШГ - модуляторов оптоволоконных приемо- передающих модулей на их основе. Актуальность решения данной проблемы обусловлена тем, что ключевыми составляющими радиофотоники являются радиофотонные (фотонные) антенные решетки, основные составляющие (строительные кирпичи) которых - распределенные радиофотонные приемно-передающие модули (ППМ) с высокой средней выходной мощностью. Вместе с этим основная тенденция развития этого направления – увеличение степени интеграции и переход к многофункциональным системам на одной радиофотонной микросхеме (чипе, кристалле). Однако, это относится к мировым практикам для аппаратурной части радиофотоники, которая в основном связана с генерацией, преобразованием, оцифровкой, обработкой, распределением, синхронизацией и избирательной задержкой маломощных радиочастотных сигналов. В то же время у передовых мировых разработчиков результаты в области мощной радиофотоники пока более чем скромные, основные параметры составляют не более 10% от требуемых для типичных антенных решеток на базе радиоэлектроники (АФАР), причем в варианте для энергонезависимых антенных решеток этот показатель не превышает нескольких процентов (например, средняя выходная радиочастотная мощность фотодетекторов в фотовольтаическом режиме без электрического смещения составляет всего от 2,5 до 4 мВт, тогда как типичные значения выходных мощностей ППМ АФАР бортовых радиолокационных комплексов (БРК) составляют 2 - 4 Вт и более. Поэтому даже в перспективных зарубежных планах на ближайшее будущее в схемах радиофотонных антенных решеток присутствуют радиоэлектронные ППМ, которые в значительной мере обесценивают широкое применение современной высокотехнологичной фотоники (нанофотоники) в виде нанофотонных микросхем (PIC) в остальной аппаратуре. Например, такие радиофотонные системы остаются потенциально уязвимыми перед ЭМИ и КИ, а также не дают возможность создавать гальванически развязанные от остальной аппаратуры энергонезависимые конформные широкополосные «чистые» антенные решетки с минимальной высотой профиля, которые можно как пластыри накладывать на поверхности носителей различных типов. Это является сильным сдерживающим фактором для широкого применения радиофотоники в реальных системах военного, двойного и специального применения за рубежом. В результате решения комплекса фундаментальных и прикладных проблем удалось разработать ключевые отечественные экспериментальные радиофотонные компоненты, не имеющие мировых аналогов и на их основе создать действующий макет первой в мире радиофотонной низкопрофильной конформной широкополосной фазированной антенной решетки с широким диапазоном сканирования с полной гальванической развязкой от остальной аппаратуры и уникальными параметрами (например, средняя выходная радиочастотная мощность на выходе фотодетекторов радиофотонного передающего тракта в фотовольтаическом режиме без электрического смещения достигает единиц Вт, т.е. примерно на несколько порядков выше, чем было получено в мире до сих пор). Для широкого практического применения на носителях различного типа, от наземных мобильных до малых БПЛА, также необходима малая высота профиля и конформность. Существующие антенные излучатели и антенные решетки не позволяли выполнить такие комплексные требования. В проекте «РОФАР» на основе наших изобретений был разработан оригинальный отечественный метаматериал из компонент российского производства, благодаря применению которого удалось создать антенные излучатели и антенную решетку с широкодиапазонным быстродействующим временным сканированием, по сочетанию широкополосности, высоты профиля и времени сканирования не имеющую мировых аналогов. Однако, для широкого применения таких антенных решеток на авиационных носителях и космосе необходимо разработать принципы значительного уменьшения удельной массы метаматериалов, а также дальнейшего уменьшения высоты профиля антенных излучателей и решеток на их основе. Актуальность предлагаемых фундаментальных исследований определяется тем, что будет сформирован научно-технического задел с целью достижения нового качества радиофотонной компонентной базы, эффективно работающей с широкополосными сигналами с большой базой (широкополосным ЛЧМ сигналом) как на частотах Р – диапазона, так и в других, более высокочастотных диапазонах, а также для создания на ее основе радиофотонных устройств и подсистем с высокой средней мощностью и высоким КПД. Сформированный фундаментальный задел позволит определить облик и основные подходы для создания мобильной системы видения сквозь преграды, которая, благодаря уникальному сочетанию относительно низкой центральной частоты и высокому разрешению будет многократно превосходить все известные в мире системы аналогичного назначения. Другое возможное в будущем применение – это радиочастотная замена рентгена, томографии и ЯМР в медицине. Такая разработка может дать новый, безвредный для здоровья инструмент объективной диагностики. Таким образом, при решении в предлагаемой НИР означенных нами проблем, откроется перспектива широкого применения радиофотоники в разработках новых поколений систем дальней радиолокации, связи, РЭБ, навигации и т.д., с высокой степенью стойкости к электромагнитным воздействиям, превосходящих по всем основным параметрам имеющиеся и разрабатываемые системы, а также получит развитие гражданский сектор, в т.ч. космическая энергетика, ЖКХ, сельское и лесное хозяйство, медицинская техника, что даст нашей стране стратегическое превосходство.