Российские ученые научились управлять радиоволнами для создания спутниковой связи нового поколения

Исследователи из Новгородского государственного университета представили комплекс методик для создания передовых перестраиваемых СВЧ-систем. Эти разработки обещают существенный прорыв в проектировании радиолокационных станций, оборудования для спутниковой связи, телекоммуникационных узлов и высокотехнологичных антенных решёток. Учёным удалось подобрать оптимальный состав материалов и конструктивные конфигурации, которые обеспечивают филигранное управление радиосигналами при минимальных затратах энергии.

В основе научной работы лежит изучение магнитоэлектрических композитов — многослойных структур, объединяющих ферромагнитные и пьезоэлектрические компоненты. Использование таких материалов позволяет заменить громоздкие механические регуляторы на управление параметрами сигнала посредством электрического напряжения.

Как поясняет доктор физико-математических наук и заведующий кафедрой проектирования и технологии радиоаппаратуры НовГУ Мирза Бичурин, ключевым инструментом здесь выступает магнитоэлектрический эффект. Подача напряжения вызывает микродеформацию пьезоэлектрического слоя, который, в свою очередь, передает механическое напряжение на ферритовый элемент. Это трансформирует магнитные характеристики феррита, предоставляя возможность гибко настраивать резонансную частоту, фазовые сдвиги и другие критические параметры электроники.

Соавтор исследования Руслан Кафаров подчеркивает, что эффективность управления напрямую зависит от геометрии устройства и выбора материалов. Особый акцент был сделан на магнитной анизотропии ферритов — способности материала демонстрировать различный отклик на магнитное поле в зависимости от его ориентации.

В ходе практических испытаний было установлено, что ферритовые компоненты в виде тонких дисков или пластин показывают наилучшую результативность. Важнейшим технологическим параметром оказалась чистота обработки поверхности: для достижения пиковых характеристик шероховатость элемента не должна превышать 0,5 нанометра, что сопоставимо с долями размера человеческого волоса.

Сравнительный анализ пьезоэлектриков показал, что традиционная цирконат-титанатная керамика проигрывает в эффективности настройки. Куда более перспективными оказались монокристаллы типов PMN-PT и PZT-PT с заданной ориентацией кристаллической структуры. Использование таких материалов значительно расширяет диапазон настройки, позволяя более чутко менять свойства феррита под воздействием электрического поля.

Внедрение этих разработок позволит усовершенствовать СВЧ-фильтры, фазовращатели и активные фазированные антенные решётки. Подобные технологические решения крайне востребованы в сферах, где критически важны компактность, высокая энергоэффективность и точность — от спутниковой навигации и современных систем связи до высокоточных радаров.

Источник: iXBT