Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2017, № 12 · RADIO ELECTRONICS RELATED PROBLEMS

Концепция формирования диаграммы направленности фазовых антенных решеток на основе применения голограммных дифракционных решеток

Z.S. Gibalina1, V.A. Fadeev1

1 Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева, Russia
Full text (PDF) UDC 681.785.552 EDN YNSPJN

Abstract

This research work is the part of discussion about possibility of forming a radiation pattern on the base of optical principles. For a long time the most popular way of forming a radiation pattern in phased antenna arrays was a phased shift using analog components.. This type of phase shifters has several disadvantages such as relatively low performance and electromagnetic interference. These disadvantages can theoretically be resolved by the implementation of photonic technologies. Works in this branch of research typically describe possibilities of using solutions based on Fiber Grating Prism that is the one of the most promising ways to replace analog phased shifters. However, other possibilities should be also observed. Prospective of diffraction grating were described even in 1980’s, this field of nanotechnologies was significantly developed during previous years and now we can discuss it in context of phased antenna arrays. The main idea contains possibilities of diffraction grating to store information that can be used for storage of phase distributions. Theoretically, this approach can increase the performance and decrease the number of elements in construction. Implementation of this nanotechnology may be useful for strictly limited equipment such as e.g. micro satellites. The main goal of this paper is to show the main advantages and disadvantages of represented concept. The main points for modeling are also described in this work.

  • optical communication
  • phased antenna arrays
  • diffraction gratings
Аннотация (на русском)

Концепция формирования диаграммы направленности фазовых антенных решеток на основе применения голограммных дифракционных решеток

Данная исследовательская работа является частью дискуссии о возможности формирования диаграммы направленности на основе оптических принципов. В течение долгого времени наиболее популярным способом формирования диаграммы направленности в фазированных антенных решетках был фазированный сдвиг с использованием аналоговых компонентов. Этот тип фазовращателей имеет несколько недостатков, таких как относительно низкая производительность (скорость) и электромагнитные помехи. Эти недостатки теоретически могут быть решены с помощью внедрения фотонных технологий. Перспектива голограммной дифракционной решетки была описана еще в 1980-х годах, эта область нанотехнологий была значительно развита в предыдущие годы, и теперь мы можем обсудить ее в контексте фазированных антенных решеток. Основная идея содержит возможности данной дифракционной решетки для хранения информации, которая может использоваться для хранения фазовых распределений. Теоретически этот подход может повысить производительность и уменьшить количество элементов в конструкции. Реализация данной нанотехнологии может быть полезна для ограниченного по размерам оборудования, такого как, например, микроспутники. Основная цель данной статьи - представить основные преимущества и недостатки представленной концепции. Основные моменты для предполагаемого моделирования также описаны в данной работе.

For citation

Gibalina Z.S., Fadeev V.A. Концепция формирования диаграммы направленности фазовых антенных решеток на основе применения голограммных дифракционных решеток // Journal of Radio Electronics. – 2017. – No. 12.

References

  1. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л. "Антенно-фидерные устройства". Изд. 2-е, доп. и переработ. М., "Сов. радио", 1974 - с. 399-418.
  2. Ведник О.В., Фазированная антенная решетка - глаза радиотехнической системы // Соросовский образовательный журнал, №2, 1997
  3. J. Yao, A Tutorial on Microwave Photonics, IEEE photonics society newsletter, 06/2012
  4. H. Zmuda, R.A. Soref, P. Payson, S. Johns, E.N. Toughlian, Photonic beamformer for phased array antennas using a fiber grating prism, IEEE photonics technology letters, vol. 9, no. 2, february 1997
  5. T. K. Gaylord, M.G. Moharam, Analysis and applications of optical diffraction by gratings, IEEE, 1985
  6. B. R. Brown, A. W. Lohmann, Computer-generated binary holograms, IBM Journal of Research and Development, vol. 13, issue 2, March 1969
  7. M. Shahabadi, K. Schuyemann, H.-G. Unger, A high-efficiency millimeter-wave holographic power splitter/combiner, IEEE, 1997
  8. V. Kildishev, A. Boltasseva, V. M. Shalaev, Planar photonics with metasurfaces, science vol. 339, 15 march 2013
  9. В.П. Рябухо, О.А. Перепелицына, Л.А. Максимова, Цифровая Фурье-голография, учебное пособие, Саратов, 2014
  10. H. Shams, M. J. Fice, L. Gonzalez-Guerrero, C. C. Renaud, Frederic van Dijk, A. J. Seeds, Sub-THz Wireless Over Fiber for Frequency Band 220-280 GHz, journal of lightwave technology, vol. 34, no. 20, october 15, 2016
  11. G. H. Roeloffzen, A. Meijerink, L. Zhuang, D. A. I. Marpaung, R.G. Heideman, A. Leinse, M. Hoekman, W. van Etten, Integrated photonic beamformer employing continuously tunable ring resonator-based delays in CMOS-compatible LPCVD waveguide technology, ESA-ESTEC Presentation - November 21 2008
  12. J. Yao, Microwave Photonics, Journal Of Lightwave Technology, Vol. 27, No. 3, February 1, 2009
  13. Greg Kriehn, Paulo E, X. Silveira, Kelvin H. Wagner, Andrew Kiruluta, Sam Weaver, All optical BEAMTAP beamforming system, 2000 Optical Society of America
  14. Meijerink, C.G.H Roeloffzen, L. Zhuang, D. Marpaung, R.G. Heideman, A. Borreman, Wim van Etten, Optical beam forming for phased-array antennas, Fotonica Magazine, February 2007
  15. X. Yi, Photonic Beamforming Based on Programmable Phase Shifters With Amplitude and Phase Control, IEEE Photonics Technology Letters, 06/ 2011
  16. P. J. Matthews, Practical photonic beamforming, Microwave Photonics, 1999