Українські вчені розробили унікальну модель активної радіоантени

Вчені з Радіоастрономічного інституту НАН України під керівництвом П.Л. Токарського здійснили прорив у галузі радіоелектроніки, розробивши унікальну математичну модель активної симетричної антени з інноваційним активним балансувальним пристроєм (АБП).

Дослідження присвячене створенню принципово нового підходу до проектування радіоантен для низькочастотних радіотелескопів. Основна мета роботи полягала у розвитку моделі активної антени у вигляді еквівалентної двопортової мережі з аналітично визначеними електричними та шумовими параметрами.

Принципова особливість розробки полягає в унікальній конструкції антени, яка складається з двох ключових компонентів: симетричної пасивної антени та активного балансувального пристрою. Останній включає диференціальну пару ідентичних малошумівних підсилювачів і триобмотковий диференціальний трансформатор.

Методологія дослідження базується на сучасних методах теорії антен та теорії шумних багатополюсних мереж. Науковці умовно розділили пасивну антену на два симетричні плеча, розглядаючи кожне як незалежну антену. Це дозволило представити активну антену як складну шестиполюсну мережу з можливістю детального аналізу її характеристик.

Ключовим результатом стала розробка аналітичних виразів для розрахунку матриці розсіяння та кореляційної матриці шумових хвиль. Запропонована модель дає змогу точно оцінювати електричні та шумові параметри симетричної антени з активним балансувальним пристроєм.

Дослідники провели порівняльний аналіз двох типів симетричних активних антен: з активним балуном та з традиційним малошумівним підсилювачем і пасивним балансувальним пристроєм. Особливу увагу приділили параметру домінування небесного шуму (СND), який суттєво впливає на чутливість радіотелескопа.

Експериментальні результати показали, що на частотах нижче 15 МГц антена з активним балансувальним пристроєм демонструє значно кращі характеристики. Це пов'язано з наявністю спеціально розробленого узгоджувального контуру, який розширює робочий діапазон частот радіотелескопа в бік нижчих частот.

Важливою перевагою запропонованої конструкції є підвищена стійкість до інтермодуляційних перешкод. Це особливо актуально для наземних низькочастотних радіотелескопів, де рівень зовнішніх електромагнітних завад може бути досить високим.

Розроблена модель має принципове значення для подальшого розвитку радіоастрономічної техніки. Вона дозволяє значно спростити аналіз антен з активними балансувальними пристроями без використання складного спеціалізованого програмного забезпечення.

Результати дослідження можуть бути корисними не лише для радіоастрономії, але й для інших галузей, де необхідні високочутливі антенні системи: телекомунікацій, радіолокації, космічних досліджень.