Д.Ф. Зайцев¹, В.М. Андреев², И.А. Биленко³, А.А. Березовский4, П.Ю. Владиславский5, Ю.Б. Гурфинкель6, Л.И. Цветкова7, В.С. Калиновский8, Н.М. Кондратьев9, В.Н. Косолобов10, В.Ф. Курочкин11, С.О. Слипченко12, Н.В. Смирнов13, Б.В. Яковлев14

1,4−7,10,11,13,14 АО «Концерн «Вега», лаборатория «Радиофотонные системы» (Москва, Россия)

2,8,12 ФТИ РАН им. А.Ф. Иоффе (Москва, Россия)

3,9 МКЦТ (Москва, Россия)

Постановка проблемы. В радиотехнических системах и устройствах в ближайшее десятилетие ожидается нанофотонная революция. На смену традиционной электронике придет новая радиофотонная компонентная база.

Цель. Рассмотреть принципиально новую концепцию построения радиофотонных антенных решеток (РОФАР) на новой радиофотонной компонентной базе.

Результаты. Представлены результаты исследований демонстрационного макета первой в мировой практике РОФАР, обладающей уникальным комплексом характеристик (энергонезависимость, широкополосность, низкопрофильность, конформность, распределенность, высокое разрешение, большой диапазон углов сканирования и высокое быстродействие), а также полной гальванической развязкой между антенной решеткой и основной аппаратурой.

Практическая значимость. Впервые в мировой практике создана сканирующая РОФАР с уникальным комплексом характеристик, не имеющая аналогов для частотного диапазона квазиметровых волн диапазона UHF. Таким образом, сделан первый шаг на пути замены электронных ППМ АФАР на радиофотонные. 

Зайцев Д.Ф., Андреев В.М., Биленко И.А., Березовский А.А., Владиславский П.Ю., Гурфинкель Ю.Б., Цветкова Л.И., Калиновский В.С., Кондратьев Н.М., Косолобов В.Н., Курочкин В.Ф., Слипченко С.О., Смирнов Н.В., Яковлев Б.В. Первая радиофотонная фазированная антенная решетка // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 4. С. 153−164. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202104-17

1. Urick V.J. Microvawe Photonics at DARPA: Past, Present and Future // Proc. of the Conf. CLEO: Science and Innovations. 2018. V. 1. Р. 1−6. cleo_si. 2018. sm1c.6
2. Pan S. and Zhang Y. Microwave Photonic Radars // IEEE Journal of Lightwave Technology. 2020. V. 38. № 19. Р. 5450−5484.
3. Ghelfi P., Laghezza F., Scotti F., Serafino G., Capria A., Pinna S., Onori D., Porzi C., Scaffardi M., Malacarne A., Vercesi V., Lazzeri E., Berizzi F., Bogoni A. A fully photonics-based coherent radar system // Nature. 2014. V. 507. Р. 341−345.
4. Berland F., Elwan H.H, Marie-Joseph Y., Boudesocque D., Decroze C., Di Bin P., Fromenteze T., and Aupetit-Berthelemot C.  C-band microwave photonic mimo imaging system // 16th IEEE European Radar Conference (EuRAD). 2019. Р. 277–280.
5. Maresca S., Serafino G., Scotti F., Amato F., Lembo L., Bogoni A., and Ghelfi P. Photonics for coherent mimo radar: An experimental multitarget surveillance scenario // 20th IEEE International Radar Symposium (IRS). 2019. Р. 1–6.
6. Lembo L., Maresca S., Serafino G., Scotti F., Amato F., Ghelfi P., and Bogoni A. In-field demonstration of a photonic coherent mimo distributed radar network // IEEE Radar Conference (Radar Conf). 2019. Р. 1–6.
7. Wang H., Li S., Xue X., Xiao X., and Zheng X. Distributed coherent microwave photonic radar with a high-precision fiber-optic time and frequency network // Optics Express. 2020. V. 28. № 21. Р. 31241−31252.
8. Gao B., Zhang F., Zhao E., Zhang D., and Pan S. High-resolution phased array radar imaging by photonics-based broadband digital beamforming // Optics Express. 2019. V. 27. № 9. Р. 13194−13203.
9. Konkol M.R., Ross D.D., Shi S., Harrity C.E., Wright A.A., Schuetz C.A., and Dennis W. Prather High-Power Photodiode-IntegratedConnected Array Antenna // JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY. 2017. V. 35. № 10. Р. 2010−2016.
10. Dorsey W.M., Parent M.G., Long S.A. RF Photonic, In-Situ, Real-Time Phased Array Antenna Calibration System // Naval Research Laboratory. 2010. V. NRL/MR/5310--10-9312. 59 p.
11. Бахрах Л.Д., Зайцев Д.Ф. Фазированные антенные решетки на основе распределенных оптических антенных модулей // ДАН. 2004. Т. 394. № 4. С. 465−468.
12. Патент № 2298810 (Россия). Приемно-передающий оптоэлектронный модуль АФАР / Зайцев Д.Ф. № 2005130539; Заявл. 4.10.2005.
13. Зайцев Д.Ф. Нанофотоника и ее применение. М.: Изд. «АКТЕОН». 2012. 445 с.
14. Pikhtin N.A., Slipchenko S.O., Sokolova A.Z., Stankevich A.L., Vinokurov D.A., Tarasov I.S., Alferov Zh.I. 16W continuous-wave output power from 100 μm-aperture laser with quantum well asymmetric heterostructure // Electronics letters. 2004. V. 40. № 22.  Р. 1413−1414.
15. Зайцев Д.Ф. Исследование частотного потенциала мощных квантово-размерных гетеролазеров // Антенны. 2013. Вып. 8.  С. 55−59.
16. Алферов Ж.И., Андреев В.М., Румянцев В.Д. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики // Физика и техника полупроводников. 2004. Т. 38. Вып. 8. С. 937−947.
17. Андреев В.М., Зайцев Д.Ф., Новиков Н.Ю., Калиновский В.С., Мордасов Д.В., Слипченко С.О., Фадеев А.И., Тарасов И.С. Мощные широкополосные линии «Радио-по-волокну» с энергонезависимыми фотонными радиочастотными антеннами // Радиотехника. 2016. № 11. С. 177−183.
18. Андреев В.М., Зайцев Д.Ф., Новиков Н.Ю., Калиновский В.С., Мордасов Д.В., Слипченко С.О., Фадеев А.И., Тарасов И.С. Макет фрагмента РОФАР с энергонезависимой передающей антенной и мощным широкополосным радиофотонным передающим трактом, работающим в режиме класса В // Радиотехника. 2017. № 8. С. 72−76.
19. Городецкий М.Л. Оптические микрорезонаторы с гигантской добротностью. М.: Физматлит. 2011. 416 с.
20. Зайцев Д.Ф., Павлов Н.Г., Кондратьев Н.М., Городецкий М.Л. Моделирование модулятора на микрорезонаторах с модами шепчущей галереи // Радиотехника. 2016. № 1. С. 57−65.
21. Yablonovitch E. Inhibited Spontaneours Emission in Solid-State Physics and Electronics // Physical Rev. Lett. 1987. V. 58. № 20.  Р. 2059−2062.
22. Yablonovitch E., Gmitter T. J. Photonic Band Structure: The Face – Centered – Cubic Case // Physical Rev. Lett. 1989. V. 18. № 18. Р. 1950−1953.
23. Sievenpiper D., Zhang L., Broas F. J., Alexopolous N.G., Yablonovitch E. High Impedance Electromagnetic Surfaces with a Forbidden Frequency Band // IEEE Trans. on Microwave Theory and Tech. 1999. V. 47. № 11. Р. 2059−2074.
24. Зайцев Д.Ф. Антенны на основе материалов с электромагнитными запрещенными зонами (EBG) // Антенны. 2008. Вып. 10. С. 62−79.
25. Зайцев Д.Ф. Нанофотоника и ее применение. М.: Изд. «АКТЕОН». 2012. 445 с.
26. Best S.R., Hanna D.L. Design of a Broadband Dipole in Close Proximity to an EBG Ground Plane // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2008. V. 50. № 6. Р. 52−64. 
27. Yuan T., Ouslimani H.H., Priou A.C., Lacotte G. and Collignon G. Dual-Layer EBG Structures for Low-Profile “Bent” Monopole Antennas // Progress In Electromagnetics Research B. 2013. V. 47. Р. 315–337.
28. Kern D.J., Werner D.H., and Lisovich M. Metaferrites: Using Electromagnetic Bandgap Structures to Synthesize Metamaterial Ferrites // IEEE Trans. Antennas and Propagation. 2005. V. 53. № 4. Р. 1382−1389.
29. Mitchell G., Weiss S. An Overview of ARL’s Low Profile Antenna Work Utilizing Anisotropic Metaferrites // Proceedings of the IEEE International Symposium on Phased Array Systems and Technology. 2016. № 18. Р. 1−5. 
30. Справочник по радиолокации. В 4-х тт. / Под. ред. M.И. Сколника. М.: Советское радио. 1977. Т. 2: Радиолокационные антенные устройства. 438 с.
31. Lee J.J., Loo R.Y., Livingston S., et al. Photonic Wideband Array Antennas // IEEE Trans. Antennas and Propagation. 1995. V. 43. № 9. Р. 966−982.
32. Широкополосный усилитель СВЧ для ППМ АФАР S - и L-диапазонов М421315-1 и М421315-2 / ОКБ «Планета». 2019. http://www.okbplaneta.ru
33. Каталог продукции АО «НПФ «Микран». СВЧ электроника. Томск. 2016. www.micran.ru 
34. Гончаров А. Матричные системы электропитания – новый этап развития технологий АФАР // Современная электроника. 2015. № 6. С. 2−5. www.soel.ru
35. Калинин Ю.Н., Миляев П.В., Миляев А.П., Морев В.Л., Попиков М.В. Измерение характеристик антенн методами ближней и дальней зоны во временной области // Труды Междунар. научн. конф. «Излучение и рассеяние ЭМВ» (ИРЭМВ-2009).  Таганрог. 2009. С. 355−359.