Czas trwania projektu: 8.4.2010 – 7.4.2013
Głównym celem projektu było opracowanie, realizacja oraz przebadanie inteligentnych systemów antenowych z cyfrowym kształtowaniem wiązki (ang. Digital Beamforming) o rekonfigurowanej elektronicznie aperturze przydatnych do zastosowania w nowoczesnych systemach bezprzewodowych (tak komunikacyjnych jak i radarowych). Jednocześnie z opracowaniem mikrofalowego systemu antenowego z cyfrowym kształtowaniem wiązki zaproponowano wykorzystanie nowoczesnych osiągnięć technologii elektronowej do opracowania zintegrowanych apertur rekonfigurowanych elektronicznie bazujących na rozproszonych, powierzchniowych diodach S-PIN (ang. Surface P-I-N), które mogą być stosowane w paśmie fal milimetrowych. Zastosowanie metody cyfrowego kształtowania wiązki oraz elektronicznie rekonfigurowanej apertury pozwala zasadniczo obniżyć koszty systemu antenowego przy zachowaniu jego pełnej funkcjonalności.
W trakcie realizacji projektu uzyskano wyniki:
- Opracowano szyk antenowy na pasmo mikrofalowe o przełączanej elektronicznie aperturze wraz z siecią zasilania;
- Zrealizowano oraz zbadano szyk antenowy na pasmo mikrofalowe o przełączanej elektronicznie aperturze;
- Opracowano konstrukcje apertury rekonfigurowanej na pasmo milimetrowe;
- Opracowano technologie wytwarzania apertury rekonfigurowanej;
- Opracowano oraz zrealizowano antenę o rekonfigurowanej elektronicznie aperturze na pasmo fal milimetrowych zintegrowanej z szeregową strukturą zasilająca;
- Opracowano i zrealizowano układ sterowania elementami apertury rekonfigurowanej;
- Opracowano algorytm oraz oprogramowanie do cyfrowego kształtowania wiązki, w tym z przestrzennym multipleksowaniem sygnałów od poszczególnych radiatorów układu antenowego;
- Zrealizowano oraz zbadano eksperymentalne opracowane anteny z cyfrowym kształtowaniem wiązki o rekonfigurowanej elektronicznie aperturze na pasmo fal milimetrowych.
Ponadto:
- Opracowano metodę przestrzenno-czasowo-częstotliwościowych pomiarów charakterystyk dynamicznych anten o rekonfigurowanej aperturze;
- Zastosowano radia programowalne SDR (ang. Software Defined Radio) do budowy systemu komunikacyjnego na bazie opracowanych anten rekonfigurowanych;
- Pokazano możliwość zastosowania anten o rekonfigurowanej aperturze do budowy systemów z przestrzennym multipleksowaniem i MIMO (ang. Multi Input Multi Output)
Najistotniejszymi efektami projektu są:
- Rozprawa doktorska mgr inż. Pawła Bajurko;
- Fragmenty rozprawy habilitacyjnej dr. inż. Sebstiana Kożłowskiego;
- Fragmenty rozprawy habilitacyjnej dr. inż Pawła Bajurko;
- 13 publikacji, w tym: 4 artykuły w czasopismach periodycznych, 2 zgłoszenia patentowe oraz 7 referatów na konferencjach zagranicznych i krajowych;
- Przygotowano do opublikowania 2 artykuły oraz 3 prezentacje na konferencjach zagranicznych i krajowych;
- Baza do ubiegania się o projekty europejskie lub granty celowe w kraju;
- Opracowane metody i algorytmy analizy i projektowania anten o elektronicznie rekonfigurowanej aperturze;
- Zestaw programów komputerowych do projektowania sterowanych anten;
- Opracowana technologia wytwarzania przestrajalnych struktur półprzewodnikowych umożliwiających wykorzystanie ich do projektowania i budowy inteligentnych anten o rekonfigurowanej aperturze;
- Eksperymentalne zestawy laboratoryjne sterowanych anten o rekonfigurowanej elektronicznie aperturze;
Koncepcje anten zaproponowane w projekcie wymagały zasadniczo odmiennych struktur. Przyrząd, lub cały układ przyrządów, powinien charakteryzować się nie objętościowym obszarem roboczym, a powierzchniowym, usytuowanym na powierzchni struktury. Dioda S-PIN powinna zapewnić wystarczająco długi obszar zmiany przewodności, w którym wprowadzone pod wpływem zewnętrznego napięcia zasilania nośniki tworzyłyby ciągły obszar plazmy wolnych nośników. Ten obszar, wysoce mobilnych ładunków, mógłby być wtedy uważany za przewodzący. W stanie wyłączonym obszar ten powinien charakteryzować się wysoką rezystancją oraz małą pojemnością między kontaktami. Pożądanym w większości przypadków jest także zmniejszenie rozmiarów kontaktów metalowych. Dla zastosowań przewidzianych w projekcie dioda S-PIN powinna była zapewnić (przy minimalnym prądzie zasilania) możliwość dynamicznego tworzenia obszaru wysoko przewodzącego z obszaru wysoko rezystywnego. Najbardziej zaawansowane koncepcje rekonfigurowanych systemów antenowych zostały opracowane i zrealizowane w Instytucie Radioelektroniki Politechniki Warszawskiej. Należy przy tym podkreślić, że, jak można stwierdzić w oparciu o doniesienia z najważniejszych konferencji międzynarodowych w tym obszarze, zagadnienie rekonfiguracji anten przy wykorzystaniu powierzchniowych diod PIN nie było jeszcze podejmowane na taką skalę również w czołowych ośrodkach światowych.
Publikacje
- Yashchyshyn, Y.; Derzakowski, K.; Bajurko, P.R.; Marczewski, J.; Kozłowski, S., „Time-Modulated Reconfigurable Antenna Based on Integrated S-PIN Diodes for mm-Wave Communication Systems,” in Antennas and Propagation, IEEE Transactions on , vol.63, no.9, pp.4121-4131, Sept. 2015
doi: 10.1109/TAP.2015.2444425
URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=7122875&isnumber=7234961
English