| 12. |
Приоритет Стратегии НТР России |
Повышение уровня связанности территории Российской Федерации путем создания интеллектуальных транспортных, энергетических и телекоммуникационных систем, а также занятия и удержания лидерских позиций в создании международных транспортно-логистических систем, освоении и использовании космического и воздушного пространства, Мирового океана, Арктики и Антарктики |
| 16. |
Аннотация |
Современные системы связи с использованием геостационарных спутников не позволяют обеспечить широкополосный доступ потребителям к телекоммуникационным услугам в любых географических положениях, в т. ч. на территориях Крайнего Севера и Арктики. Перспективные системы спутниковой связи с использованием низколетящих КА позволят обеспечить данный доступ. Важнейшей функциональной частью системы связи через низколетящие спутники является антенная система (АС) наземного терминала, обладающая высокой эффективность, малыми габаритами, широким сектором углов сканирования и способностью функционирования в двух частотных диапазонах.
Целью проекта является создание и исследование излучающих структур для разработки на их основе эффективных антенн для ССС с использованием низкоорбитальных спутников на территориях Крайнего Севера и Арктики.
Задачи проекта:
В рамках поставленной цели сформированы следующие задачи исследования:
1. Выбор и обоснование наиболее перспективных типов сканирования АС для систем спутниковой связи с использованием низкоорбитальных КА;
2. Разработка и исследование частотно-селективных поверхностей и создание на их основе излучающих структур;
3. Разработка и исследование неоднородных линз из однородных слоистых материалов и создание на её основе излучающих структур;
4. Разработка и исследование электродинамической модели широкополосного излучателя с апертурной связью в Ku-диапазоне частот;
5. Разработка и исследование электродинамической модели антенного элемента на основе частотно-селективных поверхностей в Ku-диапазоне частот;
6. Разработка и исследование электродинамической модели антенного элемента на основе неоднородных диэлектрических линз в Ku-диапазоне частот;
7. Оптимизация электродинамических моделей антенных элементов по критериям максимального коэффициента усиления (КУ) и минимальных массогабаритных параметров;
8. Изготовление макета антенного элемента на основе частотно-селективных поверхностей в Ku-диапазоне частот;
9. Экспериментальное исследование макета антенного элемента на основе частотно-селективных поверхностей;
10. Изготовление макета антенного элемента на основе элемента на основе неоднородных диэлектрических линз в Ku-диапазоне частот;
11. Экспериментальное исследование макета антенного элемента на основе элемента на основе неоднородных диэлектрических линз;
12. Изготовление макета антенного элемента с апертурной связью в Ku-диапазоне частот;
13. Экспериментальное исследование макета антенного элемента с апертурной связью;
14. Исследование и разработка основных функциональных элементов АС с использованием разработанных антенных элементов;
15. Исследование и разработка электродинамических моделей сканирующих АС с использованием разработанных антенных элементов, обладающих следующими характеристиками:
– диапазон углов сканирования по азимуту: 0°-360°;
– диапазон углов сканирования по углу места: ±90°;
– коэффициент усиления: не менее 32 дБ;
– коэффициент отражения: не более -10 дБ;
– рабочий диапазон частот: не менее 10%;
– профиль антенной системы: не более 300 мм.
Предполагаемые результаты проекта, их научно-практическая значимость и новизна:
1. Обзор научно-технической и патентной литературы по тематике исследования;
2. Методы сканирования антенн наземных терминалов систем связи с использованием низкоорбитальных КА, применимые на территориях Крайнего Севера и Арктики;
3. Электродинамические модели излучающих структур на основе частотно-селективных поверхностей;
4. Электродинамические модели излучающих структур на основе неоднородной линзы из искусственного диэлектрика;
5. Электродинамические модели широкополосного излучателя с апертурной связью и инверсной схемой возбуждения;
5. Электродинамические модели сканирующих АС с улучшенными характеристиками (полоса частот, коэффициент усиления, типы поляризации);
6. Электродинамическая модель сканирующей АС со следующими характеристиками:
-Диапазон углов сканирования по азимуту: 0°-360°;
-Диапазон углов сканирования по углу места: ±90°;
-Коэффициент усиления: не менее 32 дБ;
-Коэффициент отражения: не более -10 дБ;
-Рабочий диапазон частот: не менее 10%;
-Профиль антенной системы: не более 300 мм.
7. Макеты антенных элементов для создания низкопрофильной сканирующей АС и использования в системах связи через низколетящие спутники;
8. Результаты экспериментальных исследований разработанных антенных элементов;
9. Публикации статей по результатам исследования в журналах ВАК, Scopus/Web of Science.
Научная и прикладная значимость результатов исследования определяется постановлениями Правительства РФ «Стратегия развития информационного общества в Российской Федерации на 2017–2030 годы», и Государственной программой «Космическая деятельность России на 2016-2025 годы», и рядом других нормативных документов, определяющих научно-техническое развитие страны в предметной области проекта на ближайшие годы. Данные программы предусматривают интенсивное развитие систем спутниковой радиосвязи, в том числе: создание полномасштабной многофункциональной космической системы ретрансляции, создание инфраструктуры широкополосного доступа на всей территории Российской Федерации, и в частности на территориях Крайнего Севера и Арктики. Создание АС для перспективных систем связи с использованием низкообитальных КА особо актуально для реализации указанных выше программ.
Территории Крайнего Севера и Арктики активно осваиваются ввиду увеличения разработок энергетических и металлургических месторождений, основным способом связи с внешним миром на этих территориях является спутниковая связь, как на стационарных объектах, так и на мобильных, что обуславливает особый интерес к неосвоенной нише низкопрофильных сканирующих спутниковых АС функционирующих на данных территориях.
В проекте предполагается проведение исследований различных способов управления диаграммой направленности антенны наземного терминала систем связи через низкоорбитальные спутники, а также проведение исследований и создание различных типов излучающих структур, разработка на их основе сканирующей антенны для рассматриваемых систем связи.
Возможность организации широкополосной передачи больших объемов данных в любой точке земного шара, в т. ч. на территориях Крайнего Севера и Арктики, посредством систем связи через низкоорбитальные спутники является новой и перспективной задачей для ведущих ученых и разработчиков всего мира. Характеристики антенны наземного терминала систем связи с использованием низколетящих спутников во в многом определяют возможность организации широкополосного доступа потребителей к телекоммуникационным услугам. Поэтому в данной работе планируется исследование различных способов управления диаграммой направленности и исследование различных типов излучающих структур для создания на их основе сканирующей антенны наземного терминала систем связи через низкоорбитальные спутники.
В доступных источниках не представлены антенные системы наземных терминалов спутниковых систем связи с использованием низкоорбитальных КА, обеспечивающие широкополосный доступ к телекоммуникационным услугам на территориях Крайнего Севера и Арктики. На сегодняшний день такие корпорации как SpaceX, OneWeb и China Satellite Сommunications Corp., проводят испытания систем спутниковой связи с использованием запущенных ими низкоорбитальными КА в определенных географических широтах, а именно ниже 45° с. ш. и выше 45° ю. ш., и не проводят тестовых испытаний на территория Крайнего Севера, Арктики и Антарктики.
Возможные направления применения
Северные территории РФ активно осваиваются ввиду увеличения разработок энергетических и металлургических месторождений и освоения Арктических территорий, основным способом связи с внешним миром на этих территориях является спутниковая связь, в том числе и радиосвязь с использованием низкоорбитальных спутников, как на стационарных объектах, так и на мобильных, что обуславливает особый интерес к неосвоенной нише низкопрофильных сканирующих спутниковых антенн, функционирующих на данных территориях.
На основе результатов, полученных в процессе реализации проекта могут быть разработаны спутниковые антенные системы для оснащения мобильных и стационарных объектов на территориях Крайнего Севера, что поспособствует связанности территории РФ за счет телекоммуникационных систем, и облегчит доступ населения к информационным ресурсам. Кроме того, разрабатываемые антенные системы могут полностью изготавливаться на российских предприятиях. |