Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Предлагается описание из трёх подпунктов по числу участников проекта. 1. В соответствие с планом разработана математическая и электродинамическая модели излучателя электромагнитных волн, формирующего направленное излучение в двух полосах частот. Математическая модель учитывает конечные радиусы входящих в систему излучающих элементов, реализованных в виде излучателей дипольного вида, возбуждение которых осуществляется с их удаленных концов. При этом, сама компоновка излучателя в печатном виде разработана таким образом, чтобы допускать его использование в составе планарной антенной решетки. Разработанная модель двухдиапазонного излучателя дипольного вида с концевым возбуждением интегрирована с диаграммообразующей схемой для 4х-лучевой и 8ми-лучяевой печатной антенной решетки. Научный результат заключается в формализации решений внутренней и внешней задач электродинамики для нестандартно-возбуждаемых элементов, расширении области знаний об основных электродинамических характеристиках нестандартных излучающих элементах и системах. Основной результат заключается в формулировании математической проблемы организации двухдиапазонного режима работы по согласованию и направленности возбудителя дипольного вида с концевым возбуждением. При этом, как показало исследование, компенсация большой входной реактивности, свойственной собственному импедансу излучателя дипольного вида при концевом его возбуждении, может быть компенсирована только в печатном базисе за счет электродинамических свойств печатного согласующе-симметрирующего устройства. 2. Известно, что при построении антенных решёток с большим числом излучающих элементов могут возникать эффекты, при которых входной коэффициент отражения всей решётки весьма высок. Хотя при этом вся решётка рассчитана по ординарной методике, такой как теорема перемножения диаграмм направленности. Образно говоря, источник сверхвысокочастотного сигнала как бы «не видит» входную клемму решётки при больших углах отклонения главного максимума диаграммы направленности от осевого направления. Этот факт, установленный экспериментально в процессе практической эксплуатации, был проанализирован примерно полвека назад. Было признано, что этот факт обусловлен неучтённым взаимодействием соседних излучателей решётки через окружающее пространство или через цепи распределителей мощности, включая их общие заземлённые фрагменты. И в оборот был введён термин «ослепление решётки» при больших углах отклонения луча от оси, которая направлена по оси сектора сканирования. Естественно, сразу же начались поиски путей ослабления эффекта ослепления. В настоящее время общепризнаны два направления/пути работы по ослаблению ослепления. Первый путь – разработка распределительных систем питания решёток с максимально высокой развязкой между выходами системы питания. Второй путь – введение в конструкции систем питания полосно-заграждающих фильтров или конструктивных фрагментов, препятствующих взаимодействию соседних излучателей на рабочей частоте. Поскольку углы отклонения крайних лучей 8-лучевой решётки близки к 60-ти градусам, то исключить возникновение ослепления нельзя. В настоящем гранте этому уделяется внимание в разделах по оцениванию предельных возможностей и проектированию инновационных фильтров и печатных излучателей с элементами подавления поверхностной квази-ТЕМ волны, распространяющейся на общей заземлённой металлизации распределителя. 3. Получены аналитические модели и топологии трёхдецибельного направленного ответвителя, кроссовера, линий задержек, диаграммообразующих устройств с четырьмя (восьмью) входами и четырьмя (восьмью) выходами. Получены результаты компьютерного электродинамического моделирования в САПР CST STUDIO SUITE устройств. Были предъявлены достаточно жёсткие требования к характеристикам устройств: согласование и развязка между портами не хуже минус 20 дБ; потери при амплитудном делении не более 0,5 дБ на каскад; искажения при фазовом распределении не более 5 градусов на каскад; коэффициент стоячей волны по напряжению не более 1,3; не более 10% искажений в фазовых распределениях. Полосы рабочих частот у устройств следующие: направленный ответвитель – 2,1-4,1 ГГц (67%); дифференциальный фазовращатель на 22,5 градуса – 2,16-3,94 ГГц (59%); дифференциальный фазовращатель на 45 градусов – 2,14-3,97 ГГц (61%); дифференциальный фазовращатель на 67,5 градуса – 2,5-3,48 ГГц (33%); диаграммообразующее устройство 4х4 – 2,23-3,89 ГГц (55%); диаграммообразующее устройство 8х8 – 2,45-3,28 ГГц (28%). За счет введения дополнительных электромагнитных связей в кроссоверах между двумя тандемно соединенными направленными ответвителями и между плечами линий задержек удалось достичь таких широких диапазонов частот. С учётом этого диаграммообразующие устройства будут использованы в составе двухдиапазонных фазированных антенных решёток с заметным разнесением обоих рабочих диапазонов на оси частот.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
1. Исследована электродинамическая модель излучателя дипольного вида с концевым возбуждением, в частности, его импедансных характеристик и функции направленности, характеризующейся пространственной зависимостью коэффициента направленного действия, на предмет максимально возможного расширения его частотных диапазонов по заданному уровню коэффициента отражения (дБ). В работе уровень согласования выбран минус 10 дБ, что соответствует требованиям при разработке СВЧ печатных антенн, в том числе многодиапазонных. На основе выполнения данной задачи была получена аналитическая модель, связывающая геометрические параметры возбудителя дипольного вида с концевым возбуждением с характеристиками согласования и направленности, характеризующая диапазонные свойства излучателя. При этом, расширение рабочих диапазонов частот достигалось видоизменением геометрии печатного согласующее-симметрирующего устройства. 2. Выполнены работы по реализации метода синтеза двухдиапазонных излучателей дипольного вида с концевым возбуждением для различных схем печатного согласующее-симметрирующего устройства с использованием геометрической оптимизации топологии на подложке, а также оптимизации проволочной модели возбудителя с директорами. По результатам выполнения получен один из методов синтеза двухдиапазонных излучателей дипольного вида с концевым возбуждением, где формализована модель учета геометрии проводящих элементов топологии. В результате было уточнено, что модель синтеза сводится к четырем шагам. 3. Было исследовано влияние геометрии заземленной металлизации симметрирующего устройства двухдиапазонных излучателей дипольного вида с концевым возбуждением на КНД. На этой основе получена и исследована аналитическая модель излучателя, учитывающая влияние формы и размеров заземленной металлизации излучателя на его коэффициент направленного действия в двух диапазонах частот. Полнота модели позволяет на этапе электродинамического моделирования учитывать влияние наиболее значимых элементов. 4. Создан облик фильтра с экранирующим телом в рамках технологии c названием “re-entrant”. Внутри тела реализованы два проводника с диэлектриком в пустотах. Концы проводников, расположенные в торцах тела, разомкнуты, а оставшиеся два конца образуют вход и выход фильтра. Отправной точкой при анализе является структура, которая создаётся методом проб и ошибок на базе эвристического подхода, когда результаты зависят от опыта работы автора. Анализ “re-entrant”-структур основан на декомпозиции, чтобы части при условии ТЕМ волны описывались матрицами сопротивлений. Матрица сопротивлений всей цепи находится суммированием матриц сопротивлений частей (что редко на СВЧ). И потом определяется матрица рассеяния. Но исходные размеры для облика в 3Д моделировании можно найти ТОЛЬКО из алгоритма ТЕМ-волны, так что нарисовать облик в 3Д СРАЗУ не получится – нет размеров и конкретных диэлектриков!! Основы подхода отражены в работе: «Проектирование СВЧ устройств с экранированными фрагментами», Радиотехника и электроника, 2000, № 4, стр. 502-507. На сегодня 7 структур опубликовано за рубежом. В рамках гранта исследован однозвенный ПЗФ с двумя всплесками пропускания и двухзвенный на общем заземлённом основании. А также ППФ, когда внутренние проводники закорочены на экранирующее тело внутри него. Кроме того, реализован делитель мощности пополам по технологии “semi-reentrant” на материале ФАФ-4Д. 5. Описаны также микрополосковые фильтры для СВЧ усилителей с нестандартной системой питания спутниковых антенн. Материал подложек – керамика ВК-100. Здесь же предстявлены разработки излучателей с подавлением поверхностной квази-Т волны, которая является причиной ослепления ФАР. В частности, описаны печатные излучатели со шлейфами в обратной металлизации, а также сэндвич-образные структуры с заземлённым центральным слоем. Представлена также разработка инновационного печатного излучателя с разностной диаграммой направленности на основе диполя с нестандартным центрально-концевым питанием. 6. Выполнен комплекс работ по проектированию, моделированию и экспериментальной отработке диаграммообразующих устройств (ДОУ) и фазированных антенных решёток (ФАР). Для ДОУ 4х4 и 8х8 проведено сравнение электродинамического моделирования (CST Studio Suite) с измерениями опытных образцов. Определены рабочие полосы частот для различных фазовых сдвигов, показавшие хорошее соответствие модели и эксперимента. Результирующая полоса пропускания ДОУ 4х4 составила 2,23-3,7 ГГц, а ДОУ 8х8 – 2,49-3,51 ГГц. 7. Разработаны, смоделированы и изготовлены 4-лучевая и 8-лучевая двухдиапазонные ФАР с дипольными излучателями. Проведён сравнительный анализ их смоделированных и экспериментальных характеристик, включая коэффициент усиления, рассогласование углов отклонения луча и рабочие полосы частот. Для 4-лучевой ФАР экспериментально получены рабочие полосы 2,8-3,1 ГГц и 3,3-3,6 ГГц. Для 8-лучевой ФАР — 2,95-3,08 ГГц и 3,38-3,59 ГГц. Результаты подтвердили функциональность и удовлетворительные эксплуатационные характеристики всех разработанных устройств, что свидетельствует о корректности применённых проектных решений и методик.