О.Ю. Макаров – д.т.н., профессор,  кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры, 

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж, Россия) E-mail: mou@hotbox.ru

Ю.Г. Пастернак – д.т.н., профессор, 

кафедра радиоэлектронных устройств и систем, 

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж, Россия); ст. науч. сотрудник, 

ВУНЦ ВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж, Россия); вед. инженер, АО «ИРКОС» (Москва, Россия) 

E-mail: pasternakyg@mail.ru

Р.Е. Рогозин – соискатель, кафедра радиоэлектронных устройств и систем, 

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж, Россия) E-mail: ruslan-96-01-09@mail.ru

Е.А. Рогозин – д.т.н., профессор,  кафедра автоматизированных информационных систем ОВД, 

Воронежский институт МВД России (г. Воронеж, Россия)

E-mail: evgenirogozin@yandex.ru

С.М. Фёдоров – к.т.н., доцент, кафедра радиоэлектронных устройств и систем, 

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж, Россия) E-mail: fedorov_sm@mail.ru

Постановка проблемы. Линзы Люнеберга позволяют формировать большое число диаграмм направленности в широком секторе углов, благодаря своей симметричной конструкции из-за радиально изменяющегося показателя преломления. Классическая линза Люнеберга представляет собой диэлектрическую сферу с радиально изменяющимся показателем преломления, у которой фокус расположен на поверхности. Часто применяются и цилиндрические линзы Люнеберга, фокусирующие плоскую падающую волну в фокальной линии на противоположной стороне линзы. В реальных условиях точная реализация закона преломления в линзе Люнеберга весьма сложна, поэтому при создании линзы стараются максимально приблизить реальные характеристики к идеальному закону. Линзы Люнеберга, выполненные из искусственного диэлектрика или метаматериалов, обладают меньшей массой и стоимостью, а также технологически проще для изготовления. Метаматериалы с изменяемым коэффициентом преломления позволяют точнее реализовать требуемый закон преломления в линзе Люнеберга, чем обычные диэлектрики. Несмотря на свое широкое использование, метаматериалы имеют ряд недостатков: дисперсия, анизотропия, а также ограниченный частотный диапазон.

Цель. Исследовать влияние дисперсии метаматериалов на характеристики цилиндрической линзы Люнеберга, выполненной на основе последовательно расположенных печатных плат из тонкого стеклотекстолита (FR-4) с нанесенной периодической структурой метаматериала.

Результаты. В ходе моделирования в среде CST STUDIO SUITE 2019 было исследовано, что фокус перемещается внутрь линзы с ростом частоты из-за наличия дисперсии в центре линзы у действительной части эффективного коэффициента преломления. По этой причине линза работает в довольно узком диапазоне частот, поскольку закон изменения коэффициента преломления линзы Люнеберга соблюдается в узком диапазоне частот. В качестве облучателя использовались два вертикально расположенных друг под другом полуволновых вибратора с рефлектором. Из-за симметричной конструкции линзы, рассматривался поворот облучателя только в одну сторону относительно центра линзы: при повороте облучателя ухудшаются характеристики антенной системы из-за наличия анизотропии у метаматериала. 

Практическая значимость. Полученные результаты позволяют учитывать дисперсию метаматериалов и могут быть использованы при проектировании широкополосных цилиндрических линз Люнеберга из последовательно расположенных параллельных печатных плат с нанесенной периодической структурой метаматериала.

Макаров О.Ю., Пастернак Ю.Г., Рогозин Р.Е., Рогозин Е.А., Фёдоров С.М. Влияние дисперсии метаматериалов на характеристики линзы Люнеберга // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 6(12). С. 42−48. DOI: 10.18127/j00338486202006(12)-08.

1. Choi M., Lee S. H., Kim Y., Kang B.S., Shin J., Kwak M.H., Kang K.Y., Lee Y.H., Park N., Min B. A terahertz metamaterial with unnaturally high refractive index // Nature. 2011. V. 470. № 7334. P. 369−373.
2. Chen H., Cheng Q., Huang A., Dai J., Lu H. Modified Luneburg Lens Based on Metamaterials // International Journal of Antennas and Propagation. 2015. V. 2015. 6 p.
3. Smith D.R., Vier D.C., Koschny T., Soukoulis C.M. Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous Metamaterials // Physical Review. E-Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics. 2005. V. 71. № 3.
4. Arslanagić S., Hansen T.V., Mortensen N.A., Gregersen A.H., Sigmund O., Ziolkowski R.W., Breinbjerg O. A review of the scattering parameter extraction method with clarification of ambiguity issues in relation to metamaterial homogenization // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2013. V. 55. № 2. P. 91−106.
5. Зелкин Е.Г., Петрова Р.А. Линзовые антенны М. Советское радио. 1974. 280 с.
6. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. М.: Энергия. 1975. 528 с.