БЕЗ ПОМЕХ!

БЕЗ ПОМЕХ!

О новейших разработках учёных ЛЭТИ в области антенной техники.

25.02.2021 69

В состав научного коллектива, занимающегося антенной тематикой, входят доценты Григорий Александрович КОСТИКОВ, Святослав Владимирович БАЛЛАНДОВИЧ, Юрий Геннадьевич АНТОНОВ, Михаил Иванович СУГАК и ассистент Любовь Михайловна ЛЮБИНА. Почти все они – выпускники кафедры ТОР. К ядру группы примыкают активно работающие аспиранты и студенты.

Группа занимается электродинамикой, СВЧ-устройствами, и преимущественно – антеннами. Активно сотрудничает спредприятиями, входящими в оборонно-промышленный комплекс, в меньшей степени – с иностранными заказчиками и в рамках грантов.

Для студентов всего факультета радиотехники и телекоммуникаций члены группы читают общепрофессиональный курс «Антенны и распространение радиоволн», а для студентов кафедры ТОР – ещё и специализированные курсы.

В лабораториях кафедры можно увидеть все разработки антенной группы: от антенн для беспилотных летательных аппаратов и для Wi-Fi – до антенн для радионавигации и радиопеленгации, а также фрагменты фазированных антенных решёток.

«Студенты боятся антенн и не любят их, – смеётся Михаил Иванович Сугак. – Поля и волны невидимы, к ним не подключишь ни осциллограф, ни спектроанализатор. Их можно только представить, а визуализировать почти невозможно. Но именно за это мы и любим нашу электродинамику».

Общий уровень физико-математической подготовки абитуриентов в последние годы катастрофически падает, поэтому в сфере деятельности антенной группы современным студентам работать трудно. Чаще они проявляют интерес к цифровой обработке сигналов.

ФАЗИРОВАННАЯ. НАДЁЖНАЯ. СВОЯ

Особым направлением работы антенной группы стало проектирование и производство фазированных антенных решёток.

Фазированная решётка – это специфический перспективный тип антенны, решающий проблему быстрого сканирования пространства. Сама антенна неподвижна, а луч, с помощью которого происходит излучение, перемещается в пространстве с огромной скоростью. Появление этого типа антенн было обусловлено возросшими скоростями летательных аппаратов. Когда появились крылатые ракеты и возросли скорости военных самолётов, возникла проблема создания системы противовоздушной обороны, которая бы успевала следить за этими целями. Эта проблема дала толчок развитию антенной техники. У фазированной антенной решётки отсутствуют механические барьеры для скорости слежения за движущимися целями.

Сегодня без преувеличения эти антенны можно назвать частью щита нашей Родины. Если бы не было современных фазированных решёток, то не было бы зенитных ракетных комплексов С-300, С-400, С-500. Их стоимость очень велика, но альтернативы этим решёткам пока нет.

В последнее время фазированные решётки стали применяться даже в массовых телекоммуникационных системах: внутриофисной связи, спутникового телевидения. На частоте 77 ГГц в Европе создаётся система управления автомобильным движением.

Представьте, что на каждом автомобиле установлена радиолокационная станция, что позволяет анализировать быстро меняющуюся дорожную ситуацию и, возможно, действовать в автоматическом режиме.

Все аспекты проектирования фазированных решёток подробно представлены в учебных курсах кафедры, но их производство в стенах университета осложняется высокой стоимостью.

При этом антенная группа кафедры совместно с антенным филиалом НИИРТ в Сибирском федеральном университете разрабатывает «цифровые ФАР», где отсутствует физический фазовращатель, а сигнал от каждого излучателя преобразуется в поток цифровых данных, которые потом обрабатываются бортовым компьютером.

УДИВИТЕЛЬНЫЕ И РАЗНООБРАЗНЫЕ

Мир антенн крайне многообразен. Уже сейчас существует множество различных типов антенн, которые иногда имеют крайне нестандартную форму. В том числе поэтому их трудно стандартизировать. Если современную микросхему возможно выбрать и заказать по каталогу, то с антеннами такое вряд ли когда-нибудь случится.

Существуют антенны с измерительными свойствами и антенны, которые в виде аппликаторов крепятся к живым организмам. К современным типам антенн относятся также апертурные и печатные. Сферой их применения являются системы радиомониторинга, а также спутниковая, мобильная и наземная связь.

В активе группы – разработка геофизических антенн. В две соседние скважины опускаются передающая и приёмная антенны с сопутствующим оборудованием. Когда антенны перемещаются по скважинам, по аномально высокому затуханию сигнала определяют наличие или отсутствие рудного тела.

Представьте себе несколько листов полупрозрачного пластика, на который нанесены металлические кружочки разного диаметра. Не специалист решит, что имеет дело с дизайнерским отделочным материалом. Но это – антенна: остронаправленные антенные решётки сантиметрового и миллиметрового диапазонов, они используются в высокоточных радиолокационных системах.

Круглое акриловое стекло диаметром сантиметров тридцать, с сотней сквозных отверстий, распределённых по особому принципу, – тоже антенна. В поиске способа распределения отверстий заключалась исследовательская работа одного из студентов кафедры.

Ещё один студент изготовил работающую пластиковую антенну, отпечатав её на модном ныне 3D-принтере.

СТУДЕНТЫ НЕ ОТСТАЮТ

Иногда члены антенной группы разрешают студентам не выбирать одну из стандартных тем курсовых работ, а предложить собственную. Несколько лет назад Иван Валерьевич ВОЩИНСКИЙ, ныне также работающий на кафедре, свою курсовую работу сдал в виде изготовленной «в железе» антенны и приложенной к ней пояснительной записки. Пусть эта антенна не представляла значительной научной ценности, но его однокурсники были сильно удивлены. Ещё один студент изготовил четырёхэлементную антенну для Wi-Fi.

«Однажды я не выдержал – одного такого студента взял за руку и отвёл его к нашему декану с просьбой поощрить, – признаётся Михаил Сугак. – Сейчас студенты относятся к учебной деятельности без особого интереса, этот интерес трудно пробудить. Но примерно один из ста человек берёт и сам делает антенну».

В соседнем помещении студентка магистратуры Александра Андреевна ДУДНИКОВА паяла 13-гигагерцевые спиральные антенны с круговой поляризацией.

«Мой папа был старшим инженером по эксплуатации базовых станций, занимался их ремонтом, проводил высотные работы, – пояснила Александра. – Я хотела работать так же, как он, но в высотники меня не взяли. Осталась работать на кафедре, здесь интересно. Что привлекает меня здесь? Антенны! Очень приятно создавать что-то работающее. Представьте, что сапожник сделал сапоги, и люди в них ходят… Так и с антеннами. Понимаете?».

В будущем студентка планирует самостоятельно проектировать антенны. 

КОРОНАВИРУС – ПРОТИВ

Пандемия коронавируса не остановила исследовательскую и производственную деятельность антенной группы, но существенно её притормозила. Замедлились отношения с заказчиками, поставщиками и смежниками. Труднее было проводить совещания, где обсуждалась текущая работа группы. При этом все обязательства перед заказчиками по научно-исследовательским и опытно-конструкторским работам были выполнены в срок.

Гораздо сложнее в период дистанционного обучения строилось взаимодействие со студентами.

«У одних студентов интерес к антеннам за время дистанционного обучения заметно ослабел, – отмечает Григорий Костиков. – Зато другие в свободное время занимались расчётами и, вернувшись к очным занятиям, с новыми силами стали воплощать их в конкретных изделиях».

Важно отметить, что на многих предприятиях оборонно-промышленного комплекса, занимающихся разработкой современной радиоэлектронной аппаратуры, трудятся выпускники ФРТ, получившие специализацию в области антенной техники.