Управляемая неоднородность

Изобретение относится к радиосвязи и технике СВЧ и может быть использовано для реализации способов передачи и приема информации без собственного источника несущего сигнала. Управляемая неоднородность выполнена в виде плоскослоистой структуры, включающей управляемый слой в виде двумерно-периодической решетки полосок или стержней, в разрывы которых включены управляемые элементы, электрически подключенные к генератору управляющих сигналов. Неоднородность также содержит отделенные от управляемого слоя первым воздушным слоем две идентичные двумерно-периодические пассивные решетки, разделенные вторым воздушным слоем. Каждая из двух решеток независимо друг от друга механически соединена с управляемой двумерно-периодической решеткой полосок или стержней при помощи пары винтовых передач, расположенных с противоположных сторон решеток, а также последовательно соединенных станции радиотехнической разведки, вычислительного устройства, преобразователя, двух исполнительных шаговых реверсивных электродвигателей, управляющие входы которых соединены с соответствующими двумя выходами преобразователя, два входа которого соединены с соответствующими двумя выходами вычислительного устройства. Каждая пара винтовых передач соединена с соответствующим электродвигателем. Толщины первого d₁ и второго d₂ воздушных слоев и проводимость В идентичных решеток рассчитаны вышеупомянутым вычислительным устройством по данным о длине волны несущего сигнала стороннего источника излучения, определенной станцией радиотехнической разведки, по приведенным математическим формулам, полученным из условия обеспечения манипуляции амплитуды и фазы проходного и отраженного сигналов. Техническим результатом является уменьшение массогабаритных характеристик при увеличении объема передаваемой информации. 8 ил.

 

Изобретение относится к радиосвязи и технике СВЧ и может быть использовано для реализации способов передачи и приема информации без собственного источника несущего сигнала.

Суть таких способов состоит в том, что первым абонентом в качестве несущего сигнала используется отраженный или преломленный сигнал второго абонента или любого постороннего источника высокочастотного колебания. Это колебание, отражаясь или преломляясь с помощью управляемой неоднородности, с ее же помощью наделяет посторонний несущий сигнал дополнительной модуляцией амплитуды и фазы отраженного или прошедшего сигналов. Эта же управляемая неоднородность обеспечивает демодуляцию падающего модулированного колебания.

Известна управляемая неоднородность, выполненная в виде радиолокационного отражателя, содержащего проводящий экран и расположенные в направлении распространения падающей волны первый диэлектрический слой и первую периодическую решетку линейных проводников, в разрывы которых включены диоды с отрицательным входным сопротивлением, второй диэлектрический радиопрозрачный слой, вторую периодическую решетку линейных проводников, разрывы которых закорочены нелинейным контактом, и источник постоянного тока, подключенный к линейным проводникам первой периодической решетки, при этом диаметры линейных проводников, периоды, ширины разрывов проводников первой периодической решетки и нелинейного контакта второй периодической решетки, а также толщины первого и второго диэлектрических слоев выбраны из определенных соотношений.

К основным недостаткам такой управляемой неоднородности необходимо отнести следующие. В качестве управляемых элементов использованы активные диоды, которые как правило имеют большое энергопотребление. Второй недостаток заключается в том, что перечисленные параметры неоднородности выбраны из условия увеличения мощности высших гармоник падающего несущего сигнала, а не первой гармоники. Однако главный недостаток заключается в том, что модуляция амплитуды и фазы с помощью этой неоднородности возможна лишь для отраженного сигнала.

Известна управляемая неоднородность в виде слоистого твердого управляемого покрытия, содержащего расположенные в направлении распространения падающей волны первый диэлектрический слой, квадратную управляемую решетку металлических полосок или стержней, в разрывы которых включены полупроводниковые элементы, изменяющие свое сопротивление при изменении подаваемого на них электрического воздействия, второй и третий диэлектрический радиопрозрачный слой, прилегающий к отражающему экрану, причем на первый диэлектрический слой нанесена первая квадратная проводящая решетка, между вторым и третьим диэлектрическими слоями включена вторая квадратная проводящая решетка, при этом толщины первого, второго и третьего диэлектрических слоев, а также проводимость первой металлической решетки выбраны из определенных соотношений, обеспечивающих модуляцию амплитуды и фазы отраженного сигнала [Головков А.А. Комплексированные радиоэлектронные устройства. - М.: Радио и связь, 1996. - 128 с.].

Основным недостатком такой неоднородности, как и первого аналога, является отсутствие возможности модуляции амплитуды и фазы проходного сигнала, поскольку ввиду наличия отражательного экрана таковой вообще отсутствует.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является управляемая неоднородность, выполненная в виде плоскослоистой структуры, включающей последовательно размещенные в направлении, противоположном направлению распространения падающей волны, прилегающие друг к другу слои - отражающий проводящий экран, первый диэлектрический радиопрозрачный слой, управляемую двумерно-периодическую решетку полосок или стержней, в разрывы которых включены управляемые элементы, электрически подключенные к генератору управляющих сигналов, причем первый диэлектрический слой выполнен воздушным, а перед управляемой двумерно-периодической решеткой полосок или стержней расположены отделенные от нее вторым воздушным слоем две идентичные двумерно-периодические пассивные решетки, разделенные третьим воздушным слоем, причем каждая из трех решеток независимо друг от друга механически соединена с отражающим проводящим экраном при помощи двух винтовых передач, расположенных с противоположных сторон решеток, последовательно соединенные станция радиотехнической разведки, вычислительное устройство, преобразователь, три исполнительных шаговых реверсивных электродвигателя, управляющие входы которых соединены с соответствующими тремя выходами преобразователя, три входа которого соединены с соответствующими тремя выходами вычислительного устройства, при этом каждая пара винтовых передач соединена с соответствующим электродвигателем, толщины первого, второго воздушных слоев рассчитаны вышеупомянутым устройством по данным о длине волны, определенной станцией радиотехнической разведки, по соответствующим формулам [Головков А.А. Комплексированные радиоэлектронные устройства. - М.: Радио и связь, 1996. - 128 с.].

Данная управляемая неоднородность имеет возможность перестройки своих параметров. Поэтому рабочий диапазон частот ее значительно шире, чем первых двух неоднородностей. Однако основной недостаток сохраняется, то есть модуляция амплитуды и фазы реализуется только для отраженного сигнала. Проходной сигнал отсутствует ввиду наличия проводящего экрана. Другими недостатками являются большие масса и габариты, связанные с наличием отражающего проводящего экрана.

Техническим результатом изобретения является уменьшение массогабаритных характеристик при увеличении объема передаваемой информации за счет увеличения каналов радиосвязи путем их организации по всему пространству.

Указанный результат достигается тем, что в управляемой неоднородности, выполненной в виде плоскослоистой структуры, включающей управляемый слой в виде двумерно-периодической решетки полосок или стержней, в разрывы которых включены управляемые элементы, электрически подключенные к генератору управляющих сигналов, отделенные от управляемого слоя первым воздушным слоем две идентичные двумерно-периодические пассивные решетки, разделенные вторым воздушным слоем, каждая из двух решеток независимо друг от друга механически соединена с управляемой двумерно-периодической решеткой полосок или стержней при помощи пары винтовых передач, расположенных с противоположных сторон решеток, а также последовательно соединенных станции радиотехнической разведки, вычислительного устройства, преобразователя, двух исполнительных шаговых реверсивных электродвигателей, управляющие входы которых соединены с соответствующими двумя выходами преобразователя, два входа которого соединены с соответствующими двумя выходами вычислительного устройства, при этом каждая пара винтовых передач соединена с соответствующим электродвигателем, толщины первого d₁ и второго d₂ воздушных слоев и проводимость В идентичных решеток рассчитаны вышеупомянутым вычислительным устройством по данным о длине волны несущего сигнала стороннего источника излучения, определенной станцией радиотехнической разведки, по специальным формулам, полученным из условия обеспечения манипуляции амплитуды и фазы проходного и отраженного сигналов:

для случая λ_max или для случая λ_min, (3)

где A=F-D-2; K=EB+D+1;

; ;

- заданное из указанных пределов отношение модулей коэффициентов передачи управляемой неоднородности в двух состояниях управляемого слоя соответственно; - заданная из указанных пределов разность фаз коэффициентов передачи управляемой неоднородности в двух состояниях управляемого слоя соответственно; R_1,2, G_1,2 - действительные и мнимые части нормированного сопротивления управляемого элемента в двух состояниях управляемого слоя соответственно; ωL - индуктивное сопротивление полосок, определяемое заданными геометрическими параметрами двумерно-периодической решетки управляемого слоя; ωС - емкостная проводимость разрывов полосок, определяемая заданными геометрическими параметрами двумерно-периодической решетки управляемого слоя; с - скорость света; λ - текущая длина волны несущего сигнала стороннего источника излучения; Δλ=λ_max-λ_min - заданный диапазон перестройки длин волн несущего сигнала стороннего источника излучения, при этом геометрические размеры двух идентичных решеток определяются по вычисленным значениям проводимостей В.

На фиг.1 показана структура управляемой неоднородности - прототипа в виде плоскослоистой среды.

На фиг.2 показана структура предлагаемой управляемой неоднородности в виде плоскослоистой среды.

На фиг.3 представлена эквивалентная схема управляемой неоднородности в виде каскадного соединения двух четырехполюсников.

На фиг.4 изображен пример выполнения управляемого слоя.

На фиг.5 изображена эквивалентная схема управляемого слоя.

На фиг.6 представлены зависимости модулей коэффициента передачи управляемой неоднородности в двух состояниях управляемого слоя от частоты.

На фиг.7 представлены зависимости отношения модулей коэффициента передачи управляемой неоднородности в двух состояниях управляемого слоя от частоты.

На фиг.8 представлены зависимости разности фаз коэффициента передачи управляемой неоднородности в двух состояниях управляемого слоя от частоты.

Управляемая неоднородность - прототип (фиг.1) включает последовательно размещенные в направлении, противоположном направлению распространения падающей волны, прилегающие друг к другу слои - отражающий проводящий экран - 1, первый диэлектрический радиопрозрачный слой - 2, управляемая двумерно-периодическая решетка - 3 полосок или стержней, в разрывы которых включены управляемые элементы - 4, электрически подключенные к генератору управляющих сигналов - 5, причем первый диэлектрический слой - 2 выполнен воздушным, а перед управляемой двумерно-периодической решеткой - 3 полосок или стержней расположены отделенные от нее вторым воздушным слоем - 6 две идентичные двумерно-периодические пассивные решетки - 7, 8, разделенные третьим воздушным слоем - 9, причем каждая из трех решеток независимо друг от друга механически соединена с отражающим проводящим экраном - 1 при помощи двух винтовых передач - 10, расположенных с противоположных сторон решеток, последовательно соединенные станция радиотехнической разведки - 11, вычислительное устройство - 12, преобразователь - 13, три исполнительных шаговых реверсивных электродвигателя - 14, управляющие входы которых соединены с соответствующими тремя выходами преобразователя - 13, три входа которого соединены с соответствующими тремя выходами вычислительного устройства - 12, при этом каждая пара винтовых передач - 10 соединена с соответствующим электродвигателем - 14, толщины первого, второго и третьего воздушных слоев рассчитаны вышеупомянутым вычислительным устройством - 12 по данным о длине волны, определенной станцией радиотехнической разведки - 11, по соответствующим формулам.

Управляемая неоднородность - прототип функционирует следующим образом. Станция радиотехнической разведки - 11 определяет длину электромагнитной волны (ЭМВ), падающего на неоднородность сигнала стороннего источника излучения. По данным о длине волны вычислительное устройство - 12 определяет оптимальные значения толщин воздушных слоев и через преобразователь - 13 подает команду на шаговые реверсивные электродвигатели - 14 на установление с помощью винтовых передач - 10 данных значений толщин воздушных слоев. Благодаря установлению этих толщин воздушных слоев, управляемая неоднородность приобретает возможность модуляции амплитуды и фазы отраженного сигнала по закону изменения амплитуды или фазы первичного информационного сигнала, подаваемого на управляемые элементы неоднородности, именно в той полосе частот, которая соответствует полосе частот падающего сигнала, параметры которого определяет станция радиотехнической разведки - 11. При изменении электромагнитной обстановки (ЭМО), то есть при изменении длины волны разведываемого падающего сигнала описанная процедура повторяется. Таким образом, рабочий диапазон частот, благодаря перестройке параметров, значительно расширяется.

Основным недостатком такой неоднородности является отсутствие возможности модуляции амплитуды и фазы проходного сигнала в силу его простого отсутствия ввиду наличия проводящего экрана. Однако простое исключение экрана не приведет к желаемому результату, то есть к появлению функции модуляции амплитуды и фазы проходного сигнала. Для этого необходимо изменить соответствующим образом параметры управляемой неоднородности с учетом сопротивления свободного пространства, окружающего управляемую неоднородность с двух сторон. Другими недостатками являются большие масса и габариты, связанные с наличием отражающего проводящего экрана.

Предлагаемая управляемая неоднородность (фиг.2) включает управляемый слой в виде управляемой двумерно-периодической решетки - 3 полосок или стержней, в разрывы которых включены управляемые элементы - 4, электрически подключенные к генератору управляющих сигналов - 5, отделенные от управляемого слоя первым воздушным слоем - 6 две идентичные двумерно-периодические пассивные решетки - 7, 8, разделенные вторым воздушным слоем - 9, каждая из двух решеток независимо друг от друга механически соединена с управляемой двумерно-периодической решеткой - 3 полосок или стержней при помощи пары винтовых передач - 10, расположенных с противоположных сторон решеток, последовательно соединенных станции радиотехнической разведки - 11, вычислительного устройства - 12, преобразователя - 13, двух исполнительных шаговых реверсивных электродвигателей - 14, управляющие входы которых соединены с соответствующими двумя выходами преобразователя - 13, два входа которого соединены с соответствующими двумя выходами вычислительного устройства - 12, при этом каждая пара винтовых передач - 10 соединена с соответствующим электродвигателем - 14, толщины первого и второго воздушных слоев - 6, 9 и проводимости решеток - 7, 8 рассчитаны вышеупомянутым вычислительным устройством - 12 по данным о длине волны, определенной станцией радиотехнической разведки - 11, по специальным формулам (1), (2), (3), обеспечивающим модуляцию амплитуды и фазы проходного и отраженного сигналов. При этом толщины воздушных слоев - 6, 9 отличаются от толщин воздушных слоев прототипа даже для одной и той же длины волны падающего сигнала стороннего источника. Отличаться будут также проводимости решеток - 7, 8, определяющие их конфигурацию. В качестве управляемых элементов могут быть использованы параметрические диоды, варикапы, вариконды, сегнетокерамические конденсаторы, нелинейные индуктивности и т.д.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом. По априорно известным данным о возможном диапазоне длин волн излучаемого сторонним источником излучения сигнала Δλ=λ_max-λ_min вычислительное устройство - 12 определяет проводимость обоих идентичных решеток - 7, 8. По этим результатам и результатам решения задачи дифракции ЭМВ на двумерно-периодических решетках (Михайлов Г.Д. Рассеяние электромагнитных волн на двумерно-периодических решетках с включенными импедансными неоднородностямм // Рассеяние электромагнитных волн: Межведомственный тематический научный сборник. Таганрог: ТРТИ. - 1985. - Вып.5. - С. 144-152, Guttman R.J., Mortenson K.E. An Ordered Array of Terminated Metallic Posts as an Embedding Network for Lumped Microwave Devices // IEEE Trans. MTT. - 1972. - №3. - P.205-223, Calinski В., Murawski T. Some Properties of the Quality Factor of Microwave Switches // Int. S. Electron. - 1971. - №6. - P.641-646, Kehan W., Osbrnk N.K. Distributed Amplifiers Their Time Comes Again // Microwave ERF. - №12. - P.126-153, Kieburtz R.B., Ishimury A. Aperture Fields of an Array of Rectangular Apertures // IRE. AP. - 1962. - №10. - P.663-687, Панченко Б.А. Поляризационные характеристики перфорированных экранов // Изв. вузов. Радиоэлектроника. - 1970. - №3. - С.465-467, Петров Б.М., Семенихин А.И. Управляемые импедансные покрытия и структуры // Зарубежная радиоэлектроника. - 1994. - №6. - С.9) определяется конфигурация идентичных решеток - 7, 8. Далее эта конфигурация не изменяется, а зависимость значения проводимости от длины волны этих решеток изменяется для определения оптимальных значений толщин воздушных слоев при перестройке на новую длину волны. Станция радиотехнической разведки - 11 определяет длину ЭМВ, падающего на неоднородность сигнала стороннего источника излучения. По данным о длине волны вычислительное устройство - 12 определяет оптимальные значения толщин воздушных слоев и через преобразователь - 13 подает команду на шаговые реверсивные электродвигатели - 14 на установление с помощью винтовых передач - 10 данных значений толщин воздушных слоев. Благодаря установлению этих толщин воздушных слоев, управляемая неоднородность приобретает возможность модуляции амплитуды и фазы проходного и отраженного сигналов по закону изменения амплитуды или фазы первичного информационного сигнала, подаваемого на управляемые элементы неоднородности, именно в той полосе частот, которая соответствует полосе частот падающего сигнала, параметры которого определяет станция радиотехнической разведки - 11. При изменении ЭМО, то есть при изменении длины волны разведываемого падающего сигнала описанная процедура повторяется. В результате повышается объем передаваемой информации за счет организации каналов связи в обоих полупространствах относительно неоднородности, а также уменьшаются массогабаритные характеристики за счет отсутствия отражающего проводящего экрана.

Покажем возможность достижения указанного результата.

Пусть на фиксированной частоте заданы значения сопротивлений управляемого слоя Z_1,2=t_1,2+jh_1,2 в двух состояниях управляемого элемента с сопротивлениями W_1,2=R_1,2+jG_1,2, определяемых уровнями управляющего низкочастотного сигнала.

Требуется определить минимальное количество неуправляемых слоев и значения их параметров, при которых изменение сопротивления управляемого слоя с Z₁ на Z₂ приводило бы к одновременному изменению модуля и фазы проходного сигнала на фиксированной частоте по следующему закону:

где - требуемое отношение модулей и требуемая разность фаз коэффициента передачи управляемой неоднородности в двух состояниях. При условии m₂₁≥1 отношение модулей связано с глубиной амплитудной модуляции M₂₁ очевидным соотношением

Представим эквивалентную схему управляемой неоднородности в виде каскадного соединения двух четырехполюсников (фиг.3).

Первый четырехполюсник включает в себя только неуправляемые слои и описывается волновой матрицей передачи Т₁:

где х₁₁, х₂₁, х₂₂ - элементы матрицы сопротивлений первого четырехполюсника:

Ко второму четырехполюснику относятся управляемый слой и, возможно, часть неуправляемых слоев. Он описывается волновой матрицей передачи (управляемый слой включен параллельно) Т₂:

Перемножая матрицы Т₁ и Т₂, найдем общую волновую матрицу передачи всего устройства. После этого, используя известные соотношения между элементами волновой матрицы передачи и элементами матрицы рассеяния [Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников СВЧ. - М.: Связь, 1971. - с.37] и учтя свойство взаимности первого четырехполюсника (jx₁₂=-jx₂₁), получим выражение для коэффициента передачи S₂₁:

где - нормированная проводимость управляемого слоя.

Подставляя выражения (8) в (4) и разделяя между собой действительные и мнимые части, получим систему двух уравнений, решение которой имеет вид:

где

Анализ (9) показывает, что условие физической реализуемости (обеспечение положительного знака подкоренного выражения) выполняется при следующих ограничениях, которые получаются из условия D<0, то есть F>0:

где

Таким образом, два соотношения (9) являются исходными для синтеза управляемой неоднородности, обеспечивающей заданные значения m₂₁ и ϕ₂₁ на фиксированной частоте. Это означает, что управляемая неоднородность должна содержать не менее чем два неуправляемых слоя, параметры которых должны быть определены из решения системы указанных двух уравнений. Для этого необходимо выбрать структуру управляемой неоднородности и определить матрицу сопротивлений ее неуправляемой части. Найденные таким образом элементы х₁₁, х₂₁, х₂₂, выраженные через параметры неуправляемых слоев, надо подставить в (9) и решить сформированную систему двух уравнений относительно выбранных двух параметров неуправляемых слоев. Остальные параметры могут быть выбраны произвольно.

Пример выполнения управляемого слоя изображен на фиг.4. Он состоит из двумерно-периодической решетки - 3 проводящих элементов (полосок или стержней), в разрывы которых включены управляемые полупроводниковые диоды - 4.

Эквивалентная схема управляемого слоя изображена на фиг.5, где D - управляемый элемент (диод), ωL - индуктивное сопротивление полосок, определяемое заданными геометрическими параметрами двумерно-периодической решетки управляемого слоя, ωС - емкостная проводимость разрывов полосок, определяемая заданными геометрическими параметрами двумерно-периодической решетки управляемого слоя, , с - скорость света, λ - текущая длина волны несущего сигнала стороннего источника излучения, причем действительные и мнимые части нормированной проводимости управляемого слоя в двух состояниях управляемого элемента имеют вид:

Элементы матрицы сопротивлений неуправляемой части имеют вид:

где

В соответствии с описанным алгоритмом были получены выражения для определения параметров неуправляемых слоев предлагаемой управляемой неоднородности, представленной на фиг.2:

где А=F-D-2; К=ЕВ+D+1.

В выражениях (14),(15) в интересах обеспечения физически реализуемых толщин воздушных слоев подкоренное выражение должно быть неотрицательно. Поскольку величина a F>0 в силу (10), то значение проводимости идентичных решеток должно выбираться из следующего ограничения:

для случая λ_max или для случая λ_min, (16) где Δλ=λ_max-λ_min - заданный диапазон перестройки длин волн несущего сигнала стороннего источника излучения.

Последнее подкоренное выражение всегда положительно, то есть при любых значениях проводимости управляемого элемента и заданных значениях m₂₁ и ϕ₂₁.

Априорное знание величины В позволяет выбрать конфигурацию обеих идентичных решеток исходя из условия обеспечения наибольшего рабочего диапазона длин волн Δλ=λ_max-λ_min следующим образом. Поскольку конфигурация управляемой решетки задана, то возможны три принципиально различных случая.

Первый случай. Реактивная проводимость управляемой решетки имеет либо последовательный, либо параллельный резонанс в заданном диапазоне длин волн. В этом случае для расширения рабочего диапазона длин волн необходимо выбрать конфигурацию обеих идентичных решеток таким образом, чтобы они имели либо последовательный, либо параллельный резонанс соответственно. При этом реактивные части проводимостей всех решеток компенсируются, тем самым обеспечивая максимальный диапазон длин волн. В этом случае обе идентичные решетки должны иметь конфигурацию, сформированную либо из двух систем параллельно расположенных полосок проводящих элементов, повернутых относительно друг друга на 90°, либо из квадратно-гнездовым способом расположенных квадратных проводящих элементов. При этом действуют оба ограничения на величину В.

Второй случай. Проводимость управляемой решетки с заданной конфигурацией имеет в заданном диапазоне длин волн емкостный характер. При этом обе идентичные решетки выбираются индуктивными, и действует только второе ограничение на величину В. Такая решетка реализуется одной системой параллельно расположенных проводящих полосок, совпадающих с электрическим вектором Е.

Третий случай. Проводимость управляемой решетки с заданной конфигурацией имеет в заданном диапазоне длин волн индуктивный характер. При этом обе идентичные решетки должны быть выбраны емкостными, и для определения ее геометрических размеров используется только первое ограничение на величину В. Такая решетка реализуется одной системой параллельно расположенных проводящих полосок, ориентированных перпендикулярно электрическому вектору Е.

То есть во втором и в третьем случае реактивные проводимости управляемой решетки и обеих идентичных решеток компенсируются, расширяя тем самым рабочий диапазон длин волн.

Таким образом, показано, что при параметрах слоев, определенных выражениями (14), (15), (16), обеспечиваются требуемые отношение модулей и разность фаз коэффициента передачи управляемой неоднородности в двух состояниях управляемого слоя. При подаче аналогового первичного сигнала это обеспечивает амплитудную и (или) фазовую модуляцию проходного сигнала. Одновременно с этим обеспечивается амплитудная и (или) фазовая модуляция отраженного сигнала, поскольку между амплитудами и фазами коэффициентов передачи и отражения существует взаимосвязь, определяемая условиями унитарности матрицы рассеяния. Для недиссипативных четырехполюсников эти условия приведены в работе [Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. - М.: Высшая школа, 1988. - С.88-89].

Плоскослоистые среды с управляемыми элементами в виде параметрических диодов, варикондов, сегнетокерамических конденсаторов также относятся к недиссипативным устройствам. Если в качестве управляемых элементов используются нелинейные индуктивности, p-i-n диоды, то управляемые плоскослоистые среды можно считать недиссипативными с некоторым приближением, поскольку в одном из состояний управляемых элементов потери малы, а в другом состоянии велики. Это обстоятельство приведет лишь к некоторой потере мощности проходного и отраженного сигналов.

Таким образом, независимо от выбора управляемого элемента модуляция амплитуды и фазы, а следовательно, и организация каналов радиосвязи при выборе параметров управляемой неоднородности, согласно выражениям (14), (15), (16) будет обеспечена в обоих полупространствах относительно неоднородности, что приведет к увеличению объема передаваемой информации.

В результате расчетов и схемотехнического моделирования были получены амплитудно-частотные характеристики проходного сигнала предлагаемой структуры управляемой неоднородности, представленной на фиг.2, в двух состояниях управляемого слоя.

На фиг.6 представлены зависимости модулей коэффициента передачи управляемой неоднородности в первом и втором состоянии управляемого слоя от частоты.

На фиг.7 представлены зависимости отношения модулей коэффициента передачи управляемой неоднородности в двух состояниях управляемого слоя от частоты. Из зависимостей видно, что на частоте f₁=3·10⁹ Гц отношение модулей коэффициента передачи - m₂₁=4.

На фиг.8 представлены зависимости разности фаз коэффициента передачи управляемой неоднородности в двух состояниях управляемого слоя от частоты. Из зависимостей видно, что на частоте f₁=3·10⁹ Гц разность фаз коэффициента передачи - ϕ₂₁=-28.6°.

Значения параметров предлагаемой структуры управляемой неоднородности, представленной на фиг.2, получились следующими: В=1.89, d₁/λ=0.47, d₂/λ=0.067.

Геометрические параметры решеток (период, ширина полосок, величина зазора) определяются по результатам сравнения оптимального значения В с решением задачи дифракции электромагнитных волн на подобных решетках [Михайлов Г.Д. Рассеяние электромагнитных волн на двумерно-периодических решетках с включенными импедансными неоднородностямм //Рассеяние электромагнитных волн: Межведомственный тематический научный сборник. Таганрог: ТРТИ. - 1985. - Вып.5. - С.144-152].

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестна управляемая неоднородность в виде плоскослоистой структуры, включающей последовательно размещенные в направлении, противоположном направлению распространения падающей волны, прилегающие друг к другу слои - первую управляемую двумерно-периодическую решетку полосок или стержней, в разрывы которых включены управляемые элементы, электрически подключенные к генератору управляющих сигналов, первый воздушный слой, вторую пассивную двумерно-периодическую решетку, второй воздушный слой и третью идентичную пассивную двумерно-периодическую решетку.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность расположения управляемого слоя, подключенного к генератору управляющих сигналов, воздушных слоев, неуправляемых решеток, обеспечивает модуляцию амплитуды проходного и отраженного сигналов, что является необходимым для увеличения объема передаваемой информации, уменьшения массогабаритных характеристик.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы искусственные неоднородности в виде управляемых плоскослоистых сред, состоящих из известных материалов и элементов - воздушных слоев, периодических решеток проводящих элементов, полупроводниковых диодов, варикапов, варикондов и т.д. Параметры воздушных слоев и проводимость решеток можно легко рассчитать по приведенным в описании изобретения математическим выражениям.

Технико-экономическая эффективность предложенных технических решений заключается в повышении объема передаваемой информации за счет организации каналов связи по всему пространству, а также в уменьшение массогабаритных характеристик за счет отсутствия проводящего экрана.

Управляемая неоднородность, выполненная в виде плоскослоистой структуры, включающей управляемый слой в виде двумерно-периодической решетки полосок или стержней, в разрывы которых включены управляемые элементы, электрически подключенные к генератору управляющих сигналов, отделенные от управляемого слоя первым воздушным слоем две идентичные двумерно-периодические пассивные решетки, разделенные вторым воздушным слоем, каждая из двух решеток независимо друг от друга механически соединена с управляемой двумерно-периодической решеткой полосок или стержней при помощи пары винтовых передач, расположенных с противоположных сторон решеток, отличающаяся тем, что толщины первого d₁ и второго d₂ воздушных слоев и проводимость В идентичных решеток рассчитаны по данным о длине волны несущего сигнала стороннего источника излучения по формулам, полученным из условия обеспечения манипуляции амплитуды и фазы проходного и отраженного сигналов

для случая λmax или для случая λmin, где A=F-D-2; K=EB+D+1;

- заданное из указанных пределов отношение модулей коэффициентов передачи управляемой неоднородности в двух состояниях управляемого слоя соответственно; заданная из указанных пределов разность фаз коэффициентов передачи управляемой неоднородности в двух состояниях управляемого слоя соответственно; R_1,2, G_1,2 - действительные и мнимые части нормированного сопротивления управляемого элемента в двух состояниях управляемого слоя соответственно; ωL - индуктивное сопротивление полосок, определяемое заданными геометрическими параметрами двумерно-периодической решетки управляемого слоя; ωС - емкостная проводимость разрывов полосок, определяемая заданными геометрическими параметрами двумерно-периодической решетки управляемого слоя; ; с - скорость света; λ - текущая длина волны несущего сигнала стороннего источника излучения; Δλ=λmax-λmin - заданный диапазон перестройки длин волн несущего сигнала стороннего источника излучения, при этом геометрические размеры двух идентичных решеток определяются по вычисленным значениям проводимостей В.