Реферат на тему: Разработка совмещенной антенны перспективных комплексов радиосвязи

Цель работы

Целью реферата является анализ, систематизация и обоснование ключевых технических решений для разработки совмещенных антенн, обеспечивающих одновременный высокоэффективный прием и передачу сигналов в современных и перспективных комплексах радиосвязи. Конкретными задачами для достижения этой цели являются: 1) Сравнительный анализ существующих архитектур совмещенных антенн и методов подавления взаимных помех; 2) Исследование возможностей применения современных материалов (метаматериалы, композитные подложки) и технологий (аддитивные, многослойные печатные платы) для оптимизации массогабаритных характеристик и электродинамических параметров (КПД, полоса пропускания, коэффициент стоячей волны - КСВ, коэффициент усиления, уровень боковых лепестков); 3) Обоснование выбора оптимальной конструкции излучателя и схемы пространственно-частотного разделения сигналов для заданных диапазонов частот и требований по помехозащищенности; 4) Формулирование рекомендаций по проектированию совмещенных антенн, обеспечивающих повышение интегральной эффективности работы радиокомплекса при минимальных габаритах.

Основная идея

Идея реферата заключается в исследовании современных конструктивных и технологических подходов к созданию совмещенных антенн (прием/передача в едином апертурном устройстве) для перспективных систем связи (5G/6G, IoT, спутниковые системы). Ключевой акцент делается на решении фундаментальной проблемы взаимных помех между приемным и передающим трактами в совмещенном режиме работы. Это достигается за счет применения инновационных решений: использования метаматериалов и частотно-селективных поверхностей (FSS) для пространственной и частотной фильтрации сигналов; интеграции активных схем подавления помех (на основе алгоритмов цифровой обработки сигналов) непосредственно в антенную структуру; применения многослойных печатных плат с композитными подложками с высокой теплопроводностью и низкими диэлектрическими потерями для миниатюризации и повышения эффективности; оптимизации геометрии излучающих элементов (например, патч-антенн MIMO, щелевых структур) с использованием методов электродинамического моделирования для достижения широкополосности, высокой направленности и низкого уровня боковых лепестков в условиях совмещенного режима. Такой комплексный подход позволяет создать компактное, высокоэффективное и помехозащищенное антенное устройство нового поколения.

Проблема

Фундаментальной проблемой разработки совмещённых антенн (приём/передача в единой апертуре) является возникновение сильных взаимных помех между передающим и приёмным трактами. Передаваемый мощный сигнал создаёт интерференцию и перегрузку чувствительного приёмного канала, что резко снижает чувствительность приёма, увеличивает уровень шумов и искажает полезный сигнал. Это противоречие препятствует созданию компактных и высокоэффективных антенных систем нового поколения, требуя комплексных решений для пространственного, частотного и схемотехнического разделения сигналов.

Актуальность

Актуальность темы обусловлена стремительным развитием беспроводных технологий (5G, 6G, Massive IoT, спутниковые сети), предъявляющих жёсткие требования к габаритам, энергоэффективности и пропускной способности оборудования. Совмещённые антенны критически важны для: миниатюризации абонентских устройств и базовых станций; повышения спектральной эффективности в условиях дефицита частотного ресурса; реализации полнодуплексной связи (одновременный приём/передача на одной частоте); развёртывания компактных спутниковых терминалов и датчиков IoT. Реферат аккумулирует и анализирует современные конструктивно-технологические подходы к решению проблемы помех, представляя научно-практический интерес для развития перспективных систем связи.

Задачи

1. 1. 1. Провести сравнительный анализ существующих архитектур совмещённых антенн (на основе частотного, поляризационного, пространственного или диаграммо-направленного разделения) и методов подавления взаимных помех (пассивные: FSS, метаматериалы; активные: схемы компенсации, алгоритмы ЦОС), оценив их достоинства, недостатки и применимость в различных сценариях.
2. 2. 2. Исследовать влияние современных материалов (метаматериалы с ЭМ свойствами, композитные подложки с низким tanδ и высокой теплопроводностью) и технологий изготовления (многослойные ПП, аддитивные технологии) на ключевые параметры совмещённых антенн: коэффициент полезного действия (КПД), рабочую полосу пропускания, коэффициент стоячей волны (КСВ), коэффициент усиления, уровень боковых лепестков, массогабаритные показатели.
3. 3. 3. Обосновать выбор оптимальной конструкции излучающего элемента (патч-MIMO, щелевые, диэлектрические резонаторные антенны - ДРА) и схемы пространственно-частотного разделения сигналов для обеспечения требуемых характеристик (широкополосность, направленность, изоляция между трактами >80-100 дБ) в заданных частотных диапазонах перспективных систем связи (миллиметровые волны для 5G/6G, Ku/Ka для спутников) с учётом требований по помехозащищённости и миниатюризации.
4. 4. 4. Сформулировать обобщённые рекомендации по проектированию совмещённых антенн, направленные на достижение максимальной интегральной эффективности работы радиокомплекса (отношение пропускной способности/энергопотребления/стоимости к занимаемому объёму) при соблюдении целевых электродинамических и массогабаритных показателей.