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

Abstract

Досліджено вплив потужного електромагнітного випромінювання ультракороткої тривалості на надпровідний пристрій захисту, як навантаження антенно-фідерного тракту радіоелектронних систем, що використовуються в системах моніторингу земної поверхні на користь сільського господарства, геодезії, картографуванні, моніторингу поверхні землі та океану, а також шарів атмосфери, у системах дистанційного керування в машинобудуванні та суміжних галузях промисловості. Найбільш суттєвим результатом є запропонований підхід до визначення зв'язку реакції довільної антени на вплив випромінювання з її характеристиками як випромінювання. Показано, що при визначенні шуканого зв'язку такими характеристиками антенних систем є вхідний імпеданс антени та комплексна діаграма нормованої спрямованості в режимі випромінювання на довільній частоті. Значимість отриманих результатів полягає в отриманні аналітичних співвідношень для оцінки впливу випромінювання, що розглядається, на захисний пристрій, що знаходиться в надпровідному, змішаному і нормальному фазових станах. Особливість отриманих результатів полягає у можливості врахування 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 набула подальшого розвитку теорія захисту радіоелектронних засобів, що використовуються в різних галузях народного господарства та оснащені антенними системами з надпровідними захисними пристроями в умовах впливу потужного електромагнітного випромінювання, практичне застосування якої забезпечить надійність функціонування цих систем.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.Исследовано влияния мощного электромагнитного излучения ультракороткой длительности на сверхпроводящее устройство защиты, как нагрузку антенно-фидерного тракта радиоэлектронных систем, используемых в системах мониторинга земной поверхности в интересах сельского хозяйства, геодезии, картографировании, мониторинге поверхности земли и океана, а также слоев атмосферы, системах дистанционного управления в машиностроении и смежных отраслях промышленности. Наиболее существенным результатом является предложенный подход к определению связи реакции произвольной антенны на воздействие излучения с ее характеристиками в режиме излучения. Показано, что при определении искомой связи такими характеристиками антенных систем являются входной импеданс антенны и комплексная нормированная диаграмма направленности в режиме излучения на произвольной частоте. Значимость полученных результатов состоит в получении аналитических соотношений для оценки влияния рассматриваемого излучения на защитное устройство, находящееся в сверхпроводящем, смешанном и нормальном фазовых состояниях. Особенность полученных результатов заключается в возможности учёта степени согласования антенной системы с устройством защиты на основе сверхпроводящей тонкой пленки, а также преобразование энергии излучения в энергию наведенных токов, что является основой для выбора и конструктивного расчета устройств защиты радиоэлектронных средств от воздействия мощного электромагнитного излучения на основе микрополосковых линий передачи. Новизна работы заключается в том, что получила дальнейшее развитие теория защиты радиоэлектронных средств, используемых в разных отраслях народного хозяйства и оснащенных антенными системами со сверхпроводящими защитными устройствами в условиях воздействия мощного электромагнитного излучения, практическое применение которой обеспечит надежности функционирования этих систем.