Аннотация результатов, полученных в 2016 году
В соответствии с планом работ на 2016г в рамках гранта № 16-19-10537 «Разработка низкопрофильных конформных антенн и отражателей на их основе с заданными характеристиками излучения и рассеяния» в 2016 году выполнены следующие работы: - Поставлены задачи по разработке конструкций и расчету низкопрофильных, конформных антенн, антенных решеток, покрытий, отражателей и имитаторов целей на их основе с заданными характеристиками излучения и рассеяния. Предложены конструкции конформных низкопрофильных антенн на теле цилиндрической формы (сопряжении цилиндр-клин-цилиндр); проведен анализ и синтез неоднородной нестационарной импедансной плоскости, обеспечивающей переотражение в заданном незеркальном направлении на кроссполяризации с одновременным преобразованием спектра падающей волны в требуемый (на примере преобразования монохроматической волны в периодическую последовательность радиоимпульсов). Получены коэффициенты отражения такой структуры; - Решены задачи анализа и синтеза конформных неоднородных электродинамических структур с заданными характеристиками излучения и рассеяния. Синтезированная структура обеспечивает поворот плоскости падающей параллельно поляризованной волны на произвольно заданный угол, в том числе на кроссовую поляризацию или преобразуя падающую волну (при произвольно заданном угле падения) в волну с вращающейся поляризацией; - Разработаны электродинамические модели и проведено моделирование конструкций низкопрофильных конформных магнитных антенн в пакете HFSS; - Ведётся исследование низкопрофильных отражательных антенн и антенных решеток с линейными и нелинейными нагрузками. Исследовано влияние сосредоточенных нагрузок на характеристики рассеяния таких антенн. Показана возможность построения на их основе отражателей, управляющих рассеянным полем объекта; - Ведётся разработка конструкций многомодовых волноводных решеток Ван-Атта на основе small-антенн, используемых в качестве элементов, обеспечивающих съем и передачу закона распределения падающей волны из одного раскрыва апертурной антенны решетки Ван-Атта в другую. Ведется разработка электродинамической модели такой решетки, ее моделирование в ПО САПР СВЧ HFSS с целью исследования их характеристик рассеяния. Сравнение различных конструкций по достижению максимально широкой диаграммы обратного рассеяния ; - Получены приближенные решения задач анализа характеристик рассеяния (в сравнении с характеристиками излучения) антенных решеток на основе плоско-параллельных волноводов с импедансным фланцем путем асимптотической оценки интегралов в интегральных уравнениях строгого решения. Ведутся оценки влияния поверхностного импеданса на уровень отраженного поля и сравнение с рассеянным полем решеток с рупорными излучателями; - Ведётся совершенствование улучшения методов измерения характеристик рассеяния малозаметных объектов в БЭК ЦКП «Прикладная электродинамика и антенные измерения» ЮФУ и разработка новых; поставлены задачи и ведутся исследования возможности использования радиопоглощающих и метаматериалов в качестве конструктивных элементов бортовых антенн; - Исследована возможность использования низкопрофильных конформных излучателей в качестве элементов ЦАР; ведется разработка конструкций макетов низкопрофильных антенн и конформных антенных решеток; проведены экспериментальные исследования характеристик разработанных макетов антенн, в том числе в качестве отражателей с заданными рассеивающими свойствами; - Методом интегральных уравнений решены задачи возбуждения и рассеяния волн на бесконечной микрополосковой решетке с нестационарными нелинейными нагрузками при параметрическом возбуждении нагрузок; теоретически и экспериментально изучены характеристики рассеяния на комбинационных частотах и гармониках рассеянного поля для бесконечной микрополосковой решетки с нестационарными нелинейными нагрузками при параметрическом возбуждении. - Впервые теоретически и экспериментально изучены характеристики рассеяния на гармониках рассеянного поля для бесконечной микрополосковой решетки нелинейными нагрузками на подложке из метаматериала (ММ); проведено экспериментальное исследование отражательных свойств макета нелинейной микрополосковой решетки с подложкой из метаматериала; - Проведены экспериментальные исследования макета плоского интеллектуального покрытия на основе метаповерхности в виде полосковой решетки с управляемыми нелинейными нагрузками-датчиками. По данной работе получены следующие новые научные результаты: - В рамках проектирования низкопрофильных конформных антенн проведены численные исследования одиночных антенн Вивальди и в составе конечной линейной решетки на модели БПЛА. На основании численных исследований дана сравнительная характеристика параметров таких антенн на цилиндрической поверхности цилиндр-клин-цилиндр. Найдены оптимальные конструктивные параметры рассмотренных цилиндрических поверхностей, на которых антенны обладают наилучшими параметрами, с точки зрения минимального КСВ в максимально широкой полосе частот и максимального коэффициента усиления. Найдены конструкции антенн на поверхности обтекателя (размеры и схемы питания), направленные свойства которых отвечают заданным требованиям в широкополосных сканирующих антенных решетках. - Впервые решена задача рассеяния и получено асимптотическое высокочастотное представление поляризационной матрицы рассеяния плоского импедансного метапокрытия с неэквидистантным матричным расположением анизотропных бинарных модулей. Проведен синтез топологии такого метапокрытия. Предложены схемы матричной адресации модулей метапокрытия, реализующие нулевое рассеянное поле в обратном направлении. Сформулирован блочный принцип построения бинарных метапокрытий, когда пространственная адресация модулей метаповерхности описывается цифровыми кодами, образующими матричные блоки из прямых кодов и вспомогательных - инвертированных, обратных и инвертированно-обратных кодов. - В результате решения задачи синтеза нестационарной неоднородной поверхности выражение для поверхностного импеданса получено в явном виде. Показано, что изменение импеданса во времени приводит к смещению частоты отраженного сигнала на определенную величину (или расширение/ обогащение спектра отраженного сигнала), а его неоднородность вдоль структуры обеспечивает необходимые рассеивающие свойства (отражение сигнала в заданном направлении). Для этого случая получены коэффициенты отражения, являющиеся функцией координат поверхности структуры и времени. - В явном виде получены законы изменения неоднородного реактанса, преобразовывающего падающую на импедансную плоскость монохроматическую волну в отраженный сигнал, в последовательность радиоимпульсов, в том числе имеющих внутриимпульсную линейную частотную модуляцию (ЛЧМ). - Впервые разработана конструкция цифрового метапокрытия на основе анизотропной импедансной метаповерхности в виде решетки полосков между двумя слоями диэлектрика на экране. Проведены численные исследования моно- и бистатических характеристик рассеяния цифровых метапокрытий с различной перпендикулярной ориентацией осей анизотропии в соседних модулях. - Разработано и исследовано устройство управления проектируемыми отражателями на основе фазовращателя HITTITE HMC247. Экспериментально полученный эффект подавления несущей частоты достигал более 30 дБ относительно уровня первой гармонической составляющей. Показано, что данный фазовращатель может быть использован в устройствах как для постановки помех, существенно искажающей спектр падающей волны при воздействии на него управляющих напряжений специальной формы, так и в имитаторах движущихся целей в целях постановки помех по каналу Доплера радиолокационных станций, а также для увода несущей частоты отраженного сигнала за полосу пропускания приемного тракта радиолокационной станции. - В результате решения задач анализа и синтеза конформных неоднородных электродинамических структур с заданными характеристиками излучения и рассеяния показано, что чисто реактивная структура может обеспечить переотражение падающей плоской линейно поляризованной волны в любом направлении с требуемой поляризацией. При этом, для заданных лучей, отличных от обратного или зеркального, в отраженном поле неизбежно появление дополнительного (помимо заданного) луча на согласной поляризации в зеркальном направлении с амплитудой, зависящей только от соотношения между падающим и заданным отраженным углами. Ориентация реактансных полос при этом оказывается переменной вдоль импедансной структуры. - Исследования конструкции частотно-избирательного управляемого МЭМС-экрана в составе сканирующей волноводной антенной решетки с малой РЛЗ показано, что эффективность применения ЧИП значительно уменьшается с ростом угла сканирования с 45° до 60°. - В ходе разработки электродинамических моделей и далее при исследовании характеристик низкопрофильных отражательных антенн и антенных решеток с малой РЛЗ, в частности низкопрофильных конформных магнитных антенн, впервые показана существенная зависимость ожидаемых значений КПД модели магнитной антенны (МА) от фазового возбуждения МА. Впервые установлена существенная зависимость КПД от фазового возбуждения портов МА и присутствия корпуса БПЛА. В системе «МА-БПЛА» ожидаемые значения КПД существенно выше (более чем в 2 раза во всей исследуемой полосе частот) по сравнению с МА в центре плоской платформы.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
В соответствии с планом работ на 2017г в рамках гранта № 16-19-10537 «Разработка низкопрофильных конформных антенн и отражателей на их основе с заданными характеристиками излучения и рассеяния» в 2017 году выполнены следующие работы: 1. Впервые решена задача синтеза анизотропной плоскости с решеткой произвольно ориентированных импедансных полос. Найдены соотношения для тензора пассивного и чисто реактивного (реактанса) импеданса общего вида, реализованного наложением двух частых решеток параллельных импедансных полос ориентированных под произвольным углом друг к другу. Получены импедансные граничные условия общего вида типа Сивова-Вайнштейна. Найдены выражения для коэффициентов отражения. Сформулированы ограничения на класс реализуемых диаграмм рассеяния; 2. Решена задача конструктивного синтеза неоднородной анизотропной импедансной плоскости на основе частой решетки реактансных полос, отражающей однородную плоскую волну в заданном направлении c требуемой трансформацией поляризации; 3. Впервые поставлена и решена задача синтеза неоднородной анизотропной импедансной плоскости, отражающей однородную плоскую волну в двух различных заданных направлениях на согласованной и кроссовой поляризациях. Получены коэффициенты отражения; 4. В рамках гранта продолжены работы по строгому и приближенному исследованиям характеристик рассеяния и излучения бесконечных решеток (АР) плоскопараллельных волноводов с импедансным фланцем. Получены асимптотические формулы для КСВ и ЭПР в зависимости от величины и характера поверхностного импеданса. Для решетки с однородным импедансным фланцем впервые показано, что минимальным КСВ обладает решетка с идеально проводящим фланцем; 5. Продолжены работы по анализу и синтезу антенной системы средств гашения на основе решетки плоскопараллельных волноводов. Получено асимптотическое выражение для отраженного поля в зависимости от геометрии решетки и характера импеданса фланца. Найдены расчетные соотношения для условия реализации активного гашения (САГ) плоской поверхности. Исследуются конформные антенные системы БПЛА с требуемыми ДН для снижения и активного гашения ЭПР носителя в диапазоне ВЧ на основе антенн Вивальди и низкопрофильных, малозаметных ферритовых магнитных антенны (МА); 6. Даны оценки возможности пассивного гашения общей ЭПР системы «МA-БПЛА» с помощью ранее разработанной 4-х портовой МА (при облучении БПЛА полем горизонтальной поляризации). Для пассивного контроля ЭПР применены одинаковые импедансные RLC-нагрузки четырех обмоток МА (сопротивления или параллельные колебательные LC-контуры. Показано, что включение активной 4-х портовой МА в стелс-режим в соответствии с этими условиями снижает общую ожидаемую ЭПР системы «БЛА-МА» в обратном направлении на 40 дБ (относительно ЭПР БПЛА без антенны). Численно оценены возможности активного гашения общей ЭПР системы «МA-БПЛА» с помощью 2-х портовой Т-образной МА. Рассчитаны характеристики излучения системы «МA-БПЛА» в диапазоне 2 - 30 МГц в более экономичных (с точки зрения снижения ЭПР) режимах равноамплитудного возбуждения лишь одного из двух портов МА; 7. Исследованы характеристики излучения антиподной антенны Вивальди, расположенной в вырезе металлического клина, сопряжений клин-цилиндр, цилиндр-клин-цилиндр и на круглой цилиндрической поверхности. Дан сравнительный анализ их характеристик. Проведенные исследования показали, что по сравнению с плоскими антеннами, такие антенны имеют большую полосу согласованию и лучшую диаграмму направленности; 8. Разработана компактная сверхширокополосная антенна Вивальди, сверхширокополосная антенна Вивальди с малым коэффициентом стоячей волны до КСВ≤1,5 с помощью сверхширокополосного согласующего элемента. Предложена конструкция широкополосной микрополосковой антенны с улучшенным согласованием; 9. Исследованы способы управления характеристиками излучения и рассеяния низкопрофильных конформных антенных решеток на основе полупроводниковых приборов, EBG и МЭМС – структур. Поставлены и решены задачи возбуждения волн в присутствии эквивалентных импедансных анизотропных цилиндрических метаповерхностей с целью управления характеристиками излучения, рассеяния и расширения функциональных возможностей конформных цилиндрических ФАР; 10. Разработаны электродинамические модели, конструкции и исследованы характеристики непоглощающих мультинарных 2-битовых анизотропных метапокрытий с импедансными метаповерхностями с малой РЛЗ. Задача рассеяния и найдено асимптотическое представление поляризационной матрицы рассеяния плоской цифровой 2-битовой импедансной метаповерхности с кодированной ориентацией анизотропии модулей поставлена и решена впервые. Сформулирован блочный принцип построения 2-битовых метапокрытий с малой ЭПР на ко- и кросс- поляризациях; 11. Впервые разработаны электродинамические модели и исследованы спектральные характеристики низкопрофильных отражательных микрополосковых решеток с нелинейными нагрузками и проведен анализ возбуждения нелинейно нагруженной идеально проводящей цилиндрической поверхности со слоем метаматериала. Исследована модель двумерной задачи рассеяния на конформной структуре в виде идеально проводящего цилиндра с покрытием из описанного выше ММ и узкой щелью вдоль образующей; на дне щели задан источник, моделирующий излучение токов в нелинейной нагрузке на цилиндре со слоем MM; 12. Получено СВИДЕТЕЛЬСТВО о государственной регистрации программы для ЭВМ «Программа вычисления коэффициентов отражения микрополосковой решетки с нелинейными включениями» (№ 2017619667, Заявка № 2017616525, дата поступления 05 июля 2017 г., дата госрегистрации в Реестре программ для ЭВМ 01 сентября 2017 г.); 13. Прорабатывается конструкция отражателя на основе решетки Ван-Атта с фазовым и амплитудным управлением отраженным сигналом. Разработана структурная и функциональная схемы устройства, описаны сигналы, протекающие между функциональными блоками. Получены конкретные экспериментальные результаты по достижимому на данной элементной базе частотному сдвигу отраженного сигнала и искажению частотного спектра (с точки зрения постановки помех и имитации цели). Ведутся работы по конструктивной реализации отражателя с управляемыми фазовыми и амплитудными характеристиками. 14. Совершенствуются методы измерения характеристик рассеяния объектов в БЭК ЦКП «Прикладная электродинамика и антенные измерения» ЮФУ и разрабатываются новые. В частности, проведены исследования по возможности измерения диаграмм направленности антенн СДВ и ДКМВ в БЭК малых электрических размеров (длина камеры во много раз меньше длины волны излучаемого антенной поля). Численные и экспериментальные исследования антенн, установленных на моделях объектов, показали хорошее совпадение численных и экспериментальных результатов. По результатам проделанных работ сделаны доклады на МНК и публикации в IEEE Xplore (Scopus).

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В соответствии с планом работ на 2018 г в рамках гранта № 16-19-10537 «Разработка низкопрофильных конформных антенн и отражателей на их основе с заданными характеристиками излучения и рассеяния» в 2018 году выполнены следующие работы: 1. Решена задача синтеза неоднородной анизотропной импедансной плоскости, преобразующей падающие с двух различных направлений однородные плоские волны ортогональных поляризаций в заданном направлении. Впервые получены коэффициенты отражения для такой неоднородной анизотропной плоскости. 2. Решена задача синтеза неоднородной анизотропной импедансной плоскости, реализованной решеткой параллельных импедансных полос. Закон распределения импеданса, отражающего однородную плоскую волну в заданном направлении, получен в явном виде. Найден класс реализуемых диаграмм рассеяния с помощью реактансных полос. 3. Исследованы тонкослойные, легкие, дешевые непоглощающие сверхширокополосные 2-битовые анизотропные метапокрытия с новыми импедансными метаповерхностями с малой РЛЗ. 4. Впервые поставлена и решена задача рассеяния и найдена поляризационная матрица рассеяния плоской импедансной МП с 2-битовым кодированием осей анизотропии и собственных реактансов. Предложен новый способ формирования матрицы кодирования фрагментов таких плоских 2-битовых МП для снижения ЭПР. 5. Разработаны конструкции двух новых непоглощающих метапокрытий в виде однослойной подложки F4B толщиной 3мм с 2-битовыми МП сверху подложки. 6. Рассчитаны моно- и бистатические ЭПР, пространственные спектры рассеяния и оценены возможности снижения ЭПР (относительно металлического эталона) с помощью этих метапокрытий. 7. Впервые разработаны конструкции цилиндрических тонкослойных непоглощающих конформных метапокрытий с 1-битовым азимутальным кодированием. 8. Исследованы характеристики и режимы снижения ЭПР четырех моделей цилиндрических метапокрытий, которые конформно располагались на металлическом цилиндре. 9. Впервые решена обратная задача синтеза импеданса некодированной анизотропной цилиндрической метаповерхности, как подложки ФАР, по заданной поляризации поля излучения. Найден тензор импеданса МП из класса девиаторов, обеспечивающий заданную поляризацию излучения ФАР, одинаковую для всех углов сканирования и наблюдения. 10. Продолжена разработка моделей, конструкций и исследование систем активного гашения ЭПР стелс-объектов типа большого безкилевого беспилотного летательного аппарата с помощью конформных малозаметных ферритовых магнитных антенн (МА) дальней радиосвязи, интегрированных в бортовую интеллектуальную систему адаптивного гашения ЭПР БПЛА для загоризонтных РЛС. Разработана конструкция и исследованы характеристики энергетически более эффективной (по КПД) гетерогенной 4-портовой МА, установленной в фюзеляже БПЛА. 11. Продолжены работы по исследованию стелс-режимов активного гашения общей бистатической ЭПР большого ЛА с помощью умной 4-портовой рамочной МА (ранее в 2017 году рассмотрено гашение обратной ЭПР). 12. Изучено влияние шести режимов амплитудно-фазового питания МА на активное гашение общей бистатической ЭПР системы БПЛАМА в заданных угловых секторах наблюдения. 13. Продолжена разработка конструкций и исследование спектральных характеристик конформных плоских и цилиндрических структур с нелинейными нагрузками под слоем метаматериала (ММ). Рассмотрено решение задачи возбуждения идеально проводящего нелинейно нагруженного цилиндра со слоем ММ внешними источниками. 14. Разработана широкополосная микрополосковая антенна с емкостным питанием с малым КСВН и исследованы ее характеристики излучения 15. Разработана трехэлементная антенная решетка Вивальди, элементы которой расположены на гранях равностороннего треугольника (МНК AES-2018). Исследованы характеристики излучения разработанной трехэлементной антенной решетки Вивальди и одиночной антенны Вивальди. 16. Разработана конформная двухэлементная антенна Вивальди, расположенная на поверхности сопряжения сфера-конус-сфера. Исследованы её характеристики излучения. 17. Разработана конформная четырехэлементная решетка антенн Вивальди, расположенных на цилиндрической поверхности (МНК PIERS-2018). Антенна разработана на основе двухэлементной решетки антенн Вивальди, расположенных на цилиндрической поверхности (МНК PIERS-2017). 18. Разработана низкопрофильная дипольная антенна и исследованы её характеристики излучения. Для увеличения рабочей полосы частот низкопрофильной дипольной антенны был использован радиопоглощающий материал (п.7-8). Его использование позволило увеличить рабочую полосу частот на 6,3%, а на верхних частотах произошло и увеличение коэффициента усиления на 1 дБ. 19. Характеристики излучения и рассеяния низкопрофильной дипольной антенны от угла сканирования исследования показали, что антенна пригодна для использования в сверхширокополосных фазированных антенных решетках. 20. Разработаны сверхширокополосные низкопрофильные петлевые антенны на основе печатных вибраторов с двумя входами, возбуждаемыми коаксиальными линиями противофазно. Разработаны конструкции и изготовлены макеты таких антенн. Проведены их экспериментальные исследования, показавшие хорошее совпадение экспериментальных и расчетных данных. 21. Изготовлен и экспериментально исследован макет двухэлементной волноводной решетки Ван Атта с возбуждением с помощью сверхширокополосных печатных вибраторов. Получены характеристики диаграмм обратного рассеяния исследуемого макета с неравномерностью не более 5 дБ в секторе ±45 градусов в диапазоне от 8 до 14,5 ГГц. Предложенная решётка Ван Атта обеспечивает работу в диапазоне, в 3 раза превышающем диапазон частот макета, разработанного ранее. 22. Разработан, изготовлен и экспериментально исследован в БЭК ЦКП «ПЭДиАИ» ЮФУ макет системы цифрового управления характеристиками излучения и рассеяния антенных решеток (ЦАР). По результатам проделанной работы за 2018 год сделано 24 доклада на конференциях всероссийского и международного уровня, опубликованных (или принятых к опубликованию) в IEEE Xplore с индексацией в Scopus и Web of Science. Сайты, на которых имеются ссылки на данный грант: - Библиографическая и реферативная база данных Scopus с перечнем публикаций по проекту: https://www.scopus.com/results/results.uri?cc=10&sort=plf-f&src=s&st1=16-19-10537&nlo=&nlr=&nls=&sid=6e5b40431c91124c7eb97df58ce51734&sot=b&sdt=b&sl=20&s=FUND-NO%2816-19-10537%29&ss=plf-f&ps=r-f&editSaveSearch=&origin=resultslist&zone=resultslist - Реферативная база данных Web of Science с перечнем публикаций по проекту: http://apps.webofknowledge.com/summary.do?product=WOS&parentProduct=WOS&search_mode=GeneralSearch&qid=16&SID=C5OqtkhjO4ISDo4Mpsu&colName=WOS&page=1&action=changePageSize&pageSize=50