The Use of Coplanar Transmission Lines for Protecting Receiving Antenna Systems from Powerful Electromagnetic Radiation in a Wide Frequency Range

Аннотація:

Метою роботи є розширення частотного діапазону функціонування компланарних смужкових ліній передачі, як широкосмугових швидкодіючих надпровідних пристроїв захисту від потужного електромагнітного випромінювання ультракороткої тривалості, і застосовуються в антенних пристроях радіоелектронних систем, призначених для забезпечення надійного функціонування об'єктів критичної інфраструктури, насамперед, таких як атомні та теплові електростанції, нафтогазопереробні підприємства, нафтові термінали, аеропорти, склади готової продукції, військові арсенали. Поставлена мета досягається за рахунок вирішення наступних завдань: дослідження електрофізичних властивостей компланарної лінії передач, зокрема, ємності, поверхневого та хвильового опорів у різних фазових станах, що виникають під впливом потужного електромагнітного випромінювання та визначення основних факторів забезпечення ефективного захисту у широкому частотному діапазоні, конструктивної розробки пристрою захисту. Найбільш важливим результатом є встановлення можливості застосування компланарної лінії передачі як пристрої захисту в широкому частотному діапазоні до 100 ГГц, а також встановлення залежності її основних характеристик від конструктивних параметрів надпровідного пристрою захисту. Значимість отриманих результатів полягає у вирішенні складного завдання забезпечення захисту антенних систем від потужного випромінювання ультракороткої тривалості на основі встановлення аналітичного зв'язку між електрофізичними параметрами компланарних смужкових ліній передачі, що знаходяться в різних фазових станах, що визначаються впливом потужного електромагнітного випромінювання та їх конструктивними параметрами. Особливість отриманих результатів полягає в уточнення залежності хвильового опору компланарних смужкових ліній передачі в надпровідному, змішаному та нормальному фазових станах від зміни їх активної складової поверхневого опору, що визначається у свою чергу конструктивними характеристиками устрою захисту. Відмінність від відомих робіт полягає в отриманні співвідношень визначення хвильового опору пристроїв захисту у різних фазових станах. Практичне застосування пристроїв захисту на основі компланарних смужкових ліній передачі суттєво підвищить надійність функціонування антенних систем в умовах впливу потужного електромагнітного випромінювання ультракороткої тривалості

Annotation:

The goal of the work is to expand the frequency range of operation of coplanar waveguide transmission lines as broadband high-speed superconducting protection devices against powerful ultrashort electromagnetic radiation, and to apply them in antenna devices of radio electronic systems designed to ensure the reliable operation of critical infrastructure facilities. The aim is achieved by solving the following tasks: investigating the electrophysical properties of coplanar transmission lines, in particular, capacitance, surface and wave resistance in different phase states that arise under the influence of powerful electromagnetic radiation, and determining the main factors for effective protection in a wide frequency range, designing protective devices. The most important result is the establishment of the possibility of using coplanar transmission lines as protection devices in a wide frequency range up to 100 GHz, as well as the establishment of the dependence of their main characteristics on the design parameters of the superconducting protection device. The significance of the obtained results consists of solving a complex problem of providing protection of antenna systems against powerful ultrashort radiation by establishing an analytical relationship between the electrophysical parameters of coplanar waveguide transmission lines, which are in different phase states determined by the influence of powerful electromagnetic radiation, and their design parameters. The peculiarity of the obtained results is in the clarification of the dependence of the wave resistance of the coplanar waveguide transmission lines in superconducting, mixed, and normal phase states on the change of their active component of surface resistance, determined in turn by the design characteristics of the protective device. The difference from the known works lies in obtaining relationships for determining the wave resistance of protective devices in different phase states.

Бібліографічний опис:

The Use of Coplanar Transmission Lines for Protecting Receiving Antenna Systems from Powerful Electromagnetic Radiation in a Wide Frequency Range / Sotnikov O., Petrov K., Udovenko S., GnusovYu., RadchenkoV., Kaliakin S., Gromliuk K., Kyrychenko O. // PROBLEMELE ENERGETICII REGIONALE 1 (57) 2023, Pages 134-146. DOI: doi.org/10.52254/1857-0070.2023.1-57.11

Investigation of Powerful Electromagnetic Radiation Influence on Receiving Antenna Systems with Superconducting Protective Devices

Аннотація:

Метою роботи є дослідження впливу потужного електромагнітного випромінювання ультракороткої тривалості на надпровідний пристрій захисту, як навантаження антенно-фідерного тракту радіоелектронних систем, що використовуються в системах моніторингу земної поверхні інтереси сільського господарства, геодезії, картографування, моніторинг поверхні землі та океану, а також шарів атмосфери, системах дистанційного керування в машинобудуванні та суміжних галузях промисловості. Поставлена мета досягається шляхом обґрунтування підходу до опису реакції довільної антени на вплив електромагнітного випромінювання з використанням частотної Показники антеної системи. Найсуттєвішим результатом є запропонований підхід до визначення зв'язку реакції довільної антени на вплив випромінювання з її характеристиками режим випромінювання. Показано, що у визначенні шуканого зв'язку такими характеристиками антенних систем є вхідний імпеданс антени та комплексна нормована діаграма спрямованості в режим випромінювання на довільній частоті. Значимість отриманих результатів полягає у отриманні аналітичних співвідношень для оцінки впливу розглянутого випромінювання на захисний пристрій, що знаходиться в надпровідному, змішаному та нормальному фазових станах. Особливість отриманих результатів полягає у можливості обліку ступеня узгодження антеної системи з пристроєм захисту на основі надпровідної тонкої плівки, а також перетворення енергії випромінювання в енергію наведених струмів, що є основою для вибору та конструктивного розрахунку пристроїв захисту радіоелектронних засобів від впливу потужного електромагнітного випромінювання на основі мікросмужкових ліній передачі. Новизна роботи полягає в тому, що отримала подальше розвиток теорія захисту радіоелектронних засобів, що використовуються в різних галузях народного господарства та оснащених антенними системами з надпровідними захисними пристроями в умовах впливу потужного електромагнітного випромінювання, практичне застосування якої забезпечить надійність функціонування цих систем.

Annotation:

This work is devoted to the problem of the effect of a powerful ultra-short duration electromagnetic radiation on the superconducting protection device as a load of antenna-feeder circuit of radioelectronic systems. The above device is used in the monitoring systems of the land surface to the benefit of agriculture, geodesy, mapping, monitoring of land and ocean surfaces, and, also, the atmospheric layers, remote control systems in engineering and industry related branches. This goal was achieved by substantiation of the approach to the description of the arbitrary antenna response to the electromagnetic radiation, using the antenna system frequency response. The most significant result is the offered approach to the relationship determination between the response of the arbitrary antenna to the radiation influence and its characteristics in a radiation mode. The sought relationship determination showed that, such characteristics of the antenna systems are the antenna input impedance and the complex normalized radiation pattern in the radiation mode at an arbitrary frequency. The significance of the results is in obtainment of the analytical relations to estimate the effect of the radiation under consideration on the device that is in superconducting, mixed and normal phase states. The peculiarity of the obtained results makes it possible to consider the antenna system coordination degree of the protection device based on superconducting thin film. Conversion of the radiation energy into the induced currents’ energy that is the basis for selection and structural calculation of protection devices of the radio electronic facilities against powerful electromagnetic radiation build upon microstrip transmission lines.

Бібліографічний опис:

Investigation of Powerful Electromagnetic Radiation Influence on Receiving Antenna Systems with Superconducting Protective Devices /Yeromina N.S., Kravchenko I.I. , Kurylov M.N. , Borysenko V.P., Borysenko T.I., Kyvliuk V.S., Kryvosheiev V.V., Pribyliev Y.B., Gnusov Y.V., Radchenko V.V., Kaliakin S.V. // PROBLEMELE ENERGETICII REGIONALE 3 (55) 2022, Pages 140-155

Space-phase-frequency control of signals in means of generating electromagnetic radiation

Аннотація:

Розглянуто вплив нестабільностей на піковий рівень потужності і тривалість та оцінено максимальні значення похибок параметрів законів просторово-фазочастотного керування сигналами. Обґрунтовано вимоги до точності розташування фазових центрів випромінювачів у циліндричній фазованій антенній решітці з пірамідальними рупорами; за наявності вказаних похибок розрахунок поля випромінювання доцільно проводити за одноступінчастим та багатоступінчастим V-подібними законами розподілу частот. Проведено аналіз розташування фазових центрів окремих джерел випромінювання циліндричної фазованої антенної решітки; вони практично не впливають на тривалість і період повторення багаточастотного просторово-часового сигналу.

Annotation:

The influence of these instabilities on the peak power level, duration and nal is considered, and we estimate the maximum values of the errors of the parameters of the laws of spatial-phase-frequency control of signals. The requirements for the accuracy of the location of the phase centers of the emitters in a cylindrical phased antenna array with pyramidal horns have been substantiated; it is advisable to calculate the radiation field using single-stage and multi-stage V-shaped frequency distribution laws in the presence of the indicated errors. The analysis of the location of the phase centers of individual radiation sources of a cylindrical phased antenna array has been carried out; they practically do not affect the duration and repetition period of a multifrequency spatio-temporal signal.

Бібліографічний опис:

Maksym Iasechko, Valentin Chimshir, Serhii Kaliakin, Oleksandr Grischenko, Nataliia Minko, Oleksandr Palagin (2020). Space-phase-frequency control of signals in means of generating electromagnetic radiation. International Journal of Advanced Trends in Computer Science and Engineering: Volume 9, Issue 5, 8575-8579