А. О. Касьянов1
1 Южный федеральный университет (г. Таганрог, Россия)

Постановка проблемы. Недостатком большинства известных микроволновых поляризаторов является их значительная толщина. В настоящей статье проведено численное исследование электрически тонких плоских микроволновых поляризаторов, выполненных в виде дифракционных решеток печатных элементов как на диэлектрических подложках с примыкающими к ним экранами, так и на неэкранированных диэлектрических подложках. При этом технологичные тонкослойные печатные поляризационно-активные дифракционные решетки могут быть использованы для построения антенных обтекателей и рефлекторов антенн микроволнового диапазона, позволяющих трансформировать поляризацию полей рассеянных ими электромагнитных волн, что существенно расширяет возможности устройств обработки микроволновых сигналов, содержащих такие электродинамические структуры, по сравнению с традиционными.

Цель. Провести численное исследование характеристик рассеяния тонкослойных печатных дифракционных решеток, составленных из асимметричных элементов и обладающих способностью преобразовать поляризацию возбуждающих их электромагнитных волн в требуемую для обеспечения работоспособности поляризационно-активных устройств первичной обработки микроволновых сигналов, выполненных на их основе.

Результаты. Выполнен численный анализ характеристик рассеяния тонкослойных печатных поляризационно-активных поверхностей, используемых для построения обтекателей и рефлекторов антенн СВЧ-диапазона, позволяющих трансформировать поляризацию полей рассеянных ими электромагнитных волн микроволнового диапазона. Показано, что применение микрополосковых дифракционных решеток (МДР) с асимметричными переизлучающими элементами позволяет получать на их основе не только традиционные микроволновые поляризаторы отражательного и проходного типа, но и тонкослойные твист-поляризаторы с улучшенными диапазонными свойствами. Отмечено, что проведенные численные исследования позволяют утверждать, что использование МДР отражательного и проходного типа с печатными элементами, имеющими сложную топологию, открывает дополнительные возможности по поляризационной трансформации полей отраженных ими и/или прошедших сквозь них электромагнитных волн. Предложена топология и исследованы характеристики рассеяния управляемого поляризационного манипулятора, выполненного на основе МДР, составленной из асимметричных печатных переизлучателей с переключательными элементами. Сформулированы технические предложения для построения устройств, позволяющих управлять поляризацией полей рассеянных ими электромагнитных волн микроволнового диапазона.

Практическая значимость. Рассмотренные МДР можно использовать при создании микроволновых фильтров, метаматериалов, микроволновых поляризаторов, рефлекторов антенн отражательного типа, а также частотно-избирательных и поляризационно-активных поверхностей, входящих в состав перспективных устройств первичной обработки микроволновых сигналов.

Касьянов А.О. Применение микрополосковых дифракционных решеток для трансформации поляризации волн микроволнового диапазона // Антенны. 2023. № 5. С. 63–75. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202305-07

1. Лобов Г.Д. Устройства первичной обработки микроволновых сигналов: физические принципы. Анализ и синтез. Применения. М.: Издательство МЭИ. 1990.
2. Касьянов А.О. Антенный обтекатель с угловой фильтрацией на основе металло-диэлектрических дифракционных решеток // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 7. С. 70–79.
3. Касьянов А.О. и др. Разработка и применение композитных материалов с требуемыми свойствами / Под ред. М.Ю. Звездиной. Новосибирск: Изд. АНС «СибАК». 2016.
4. Волобуев А.Н., Осипов О.В. Оптическая активность молекулярных структур и принципы ее моделирования // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2011. Т. 14. № 2. С. 13–22.
5. Zouhdi S., Couenon G.E., Fourrier-Lamer A. Scattering from a periodic array of thin planar chiral structures – calculation and measurements // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2003. V. 47. № 1. P. 1061–1065.
6. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Отражательные антенные решетки как микроволновые компоненты интеллектуальных покрытий // Антенны. 2001. № 4. С. 12–16.
7. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Численное исследование многофункциональных обтекателей антенн судовых РЛС // Сб. материалов 3-й МНТК «Перспективные технологии в средствах передачи информации». Владимир. 1999. С. 160–166.
8. Касьянов А.О., Кошкидько В.Г. Применение электродинамических методов анализа при разработке антенных систем судовых РЛС // Известия ТРТУ. 2000. № 1. С. 19.
9. Касьянов А.О. Обтекатель антенны судовой радиолокационной станции // Сб. трудов Междунар. научной конф. «Излучение и рассеяние электромагнитных волн». Таганрог. 2003. С. 96–99.
10. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Дифракционные решетки как устройства пространственно-частотной и поляризационной селекции // Сб. трудов III Междунар. симпозиума «Конверсия науки – международному сотрудничеству». Томск. 1999. С. 406–408.
11. Kasyanov A.O., Obukhovets V.A. Polarizing filters, converters and modulators based on controllable microstrip diffraction arrays // Proceedings of III International Seminar/Workshop on DIPED’98. Tbilisi. 1998. P. 46–49.
12. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Поляризационные фильтры, преобразователи и модуляторы на основе управляемых микрополосковых дифракционных решеток // Сб. трудов Всеросс. конф. «Компьютерные технологии в инженерной и управленческой деятельности». Таганрог. 1999. Ч. 2. С. 121–126.
13. Касьянов А.О., Суматохин К.В., Ильин И.В. Реконфигурируемый микроволновый модуль цифрового управляемого радиоэлектронного покрытия с пространственно-временной адресацией на основе микрополосковой отражательной антенной решетки // Успехи современной радиоэлектроники. 2013. № 8. С. 101–109.
14. Касьянов А.О., Обуховец В.А., Суматохин К.В. Управляемые твист-рефлекторы на основе реконфигурируемых микрополосковых решеток // Антенны. 2013. № 10. С. 29–36.
15. Касьянов А.О. Результаты численного моделирования печатных поляризаторов на основе меандровых линий передачи // Электромагнитные волны и электронные системы. 2023. № 2. С. 43–56.
16. Касьянов А.О. Апертурные антенны в печатном исполнении. Методы проектирования и области применения. Ростов-на-Дону, Таганрог: Издательство Южного федерального университета. 2021.
17. Касьянов А.О. Результаты численного исследования характеристик рассеяния антенных обтекателей на основе металлодиэлектрических дифракционных решеток // Известия ЮФУ. Технические науки. 2021. № 2 (219). С. 91–105.
18. Касьянов А.О. Частотно-избирательный антенный обтекатель на основе металлодиэлектрических дифракционных решеток и перфорированных экранов // Антенны. 2021. № 3. С. 39–49.
19. Касьянов А.О. Частотно-избирательные поверхности. Методы проектирования и области применения. Таганрог: Издательство Южного федерального университета. 2019.
20. Yatsenko V.V., Maslovski S.I., Tretyakov S.A., Prosvirnin S.L., Zouhdi S. Plane-wave reflection from double arrays of small magnetoelectric scatterers // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2003. V. 51. № 1. P. 2–11.
21. Бакланов Е.В. Комплексная форма записи эллиптически поляризованной волны // Вестник НГУ. Сер. Физика. 2008. Т. 3. Вып. 2. С. 118–122.
22. Касьянов А.О. Математическое моделирование и расчет характеристик рассеяния печатного частотно-избирательного антенного обтекателя // Известия ЮФУ. Технические науки. 2020. № 6 (216). С. 129–139.
23. Обуховец В.А., Касьянов А.О. Микрополосковые отражательные антенные решетки. Методы проектирования и численное моделирование. М.: Радиотехника. 2006.
24. Kasyanov A.O. The polarizing properties of periodic printed reflectarrays from the elements of the complicated shape // Proceedings of the 24-th ESA Antenna Workshop on Innovate Periodic Antennas. 2001. ESTEC, Noordwijk, the Netherlands.
25. Осипов О.В., Почепцов А.О., Антипова Т.А. Электродинамика планарных отражающих структур с киральными слоями на основе тонкопроволочных спиральных элементов // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2018. Т. 21. № 3. С. 59–65.
26. Касьянов А.О. Конструктивный синтез печатного фазокорректирующего твист-рефлектора с улучшенными характеристиками // Радиотехника. 2011. № 9. С. 30–38.
27. Касьянов А.О. Твист-поляризаторы на основе микрополосковых дифракционных решеток // Антенны. 2002. № 5. С. 34–39.
28. Касьянов А.О., Касьянова А.Н. Электродинамический анализ и разработка САПР-ориентированных математических моделей печатных антенных решеток. Таганрог: Издательство Южного федерального университета. 2017.