Закрыть
Авторизация
Логин:
Пароль:

Забыли пароль?
Регистрация

Основные направления фундаментальных и прикладных исследований ИТПЭ РАН


Тема 1
Фундаментальные исследования в области электрофизики и электродинамики композитных материалов, в том числе функционально нано-структурированных, а также метаматериалов с новыми электрофизическими, оптическими и радиофизическими свойствами.

В последние годы сформировалось мощное научное направление – исследование метаматериалов, которое объединяет усилия теоретиков, экспериментаторов и технологов, работающих в таких научных направлениях как электрофизика, электродинамика, радиофизика, оптика, нанотехнологии и материаловедение.

Метаматериалы – это композитные материалы, обладающие уникальными электрофизическими, радиофизическими и оптическими свойствами, отсутствующими в природных материалах. За последние годы число публикаций, посвященных этим материалам, экспоненциально растет в связи с открывшимися перспективами их использования. Новые свойства метаматериалов обусловлены резонансным взаимодействием электромагнитной волны, распространяющейся в гетерогенной среде, наполненной включениями, имеющими специальную форму, обеспечивающую резонансное возбуждение токов во включениях. Резонансное взаимодействие носит непотенциальный характер, что, наряду с интерференционными коллективными процессами, приводит к возникновению новых эффектов. В частности, метаматериалы могут обладать одновременно отрицательными магнитной проницаемостью и электрической восприимчивостью, вследствие чего возникают электромагнитные волны, у которых фазовая и групповая скорости имеют противоположные направления и в результате возникает отрицательное лучепреломление на границе двух сред.

До сих пор возникают дискуссии как на семинарах, так и на страницах научных журналов, на которых иногда с довольно субъективных позиций обсуждаются как история возникновения этого направления, так и принципиальные идеи, заложенные в его основу.        См. далее


Тема 2
Исследования магнитоактивных материалов, включая наномагнитные материалы, сверхпроводники, магнитные полупроводники.

В последние годы были созданы новые материалы, обладающие уникальными ранее не наблюдавшимися свойствами. Яркими примерами таких материалов являются высокотемпературные сверхпроводники, в том числе сверхпроводники на основе железа, графен и подобные ему двумерные системы, магнитные окислы с колоссальным магнитосопротивлением и другие. Описание микроскопических свойств и электродинамики подобных систем требует новых подходов, базирующихся на квантовой механике систем многих взаимодействующих частиц. Электронная и спиновая подсистемы в новых перспективных материалах во многих случаях проявляют тенденцию к самоорганизации. В результате спонтанно возникают пространственно-неоднородные магнитные или электронные наноструктуры.

В современной микроэлектронике размеры компонентов становятся столь малыми, что почти исчерпываются возможности обычных литографических методов. Их альтернативой выступают технологии, где пространственно-неоднородная структура возникает спонтанно, в результате самоорганизации сильно коррелированных частиц. Важной целью проводимых работ является исследование механизмов и необходимых условий, приводящих к самоорганизации, а также изучение электронных свойств возникающих состояний и их устойчивости по отношению к флуктуациям.     См. далее


Тема 3
Исследования, направленные на создание композитных материалов, технологии их формирования

Важнейшими направлениями деятельности Института являются исследования по созданию технологий формирования композитных материалов,  в том числе многофункциональных наноматериалов с новыми свойствами в радио-, микроволновом и оптическом диапазонах частот, предназначенных для нужд авиакосмической промышленности, приборостроения, энергетики, транспорта и медицины. Институт, хорошо известен своими разработками материалов для нужд стелс-технологий.  
1. Композитные материалы (КМ) часто имеют преимущество перед однородными материалами в высоком электрическом сопротивлении, низком удельном весе, приемлемых механических свойствах, химической стабильности, более широких возможностях механической обработки. Электродинамические свойства КМ могут варьироваться в широких пределах при изменении концентрации и формы включений в результате их механической обработки и др.  
См. далее


Тема 4
Решение фундаментальных проблем стелс-технологии – технологии уменьшения радиолокационной заметности (РЛЗ) летательных аппаратов и иной военной техники

Уменьшение радиолокационной заметности (РЛЗ) летательных аппаратов является одним из важнейших факторов увеличения эффективности их применения. Авиация представляет собой один из основных компонентов вооруженных сил любой развитой страны. Использование самолетов с низким значением эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) в СВЧ диапазоне обеспечивает успешное преодоление системы ПВО противоборствующей стороны, что наглядно продемонстрировали события последних конфликтов.

ЭПР является основной характеристикой, определяющей свойства самолета как отражающего электромагнитные излучения объекта. Величина ЭПР характеризует способность рассеивающего тела преобразовывать падающую на него электромагнитную волну в рассеянную волну определенной поляризации, распространяющуюся в направлении на приемник. В случае однопозиционной локации, при которой приемник и передатчик расположены в одном месте, ЭПР определяется как

 

  где Ro - расстояние между передатчиком и объектом; Пr - плотность потока рассеянной энергии вблизи приемника; Пi - плотность потока падающей энергии вблизи тела.

Величина ЭПР зависит от ориентации объекта относительно луча локатора и от длины волны электромагнитного излучения. Наилучшая аналогия ЭПР для физиков – это дифференциальное сечение рассеяния назад. Например, ЭПР сферы большого (по сравнению с длиной волны) радиуса численно равна площади ее поперечного сечения, проходящего через центр; при малом радиусе ЭПР сферы описывается иным, релеевским законом (обратно пропорциональна четвертой степени длины волны). В случае, когда объект (например, самолет) имеет сложную форму, а его размеры составляют несколько длин волн и более, то для его ЭПР характерны значительные флуктуации значений при небольшом изменении углов падения электромагнитной волны. Столь сложная картина возникает за счет явлений дифракции и последующей интерференции электромагнитной волны, отраженной от различных частей самолета с соответствующей задержкой фазы от каждого отражающего элемента. На практике интересуются усредненными по относительно небольшому диапазону углов значениями, поскольку вследствие неизбежных колебаний траектории полета именно эти средние значения определяют уровень сигнала, обрабатываемого в приемнике. Задача стелс-технологий заключается в максимально возможном уменьшении ЭПР различных объектов.        См. далее


Тема 5
Оптимизация радиотехнических характеристик антенно-фидерных систем и решение проблем электромагнитной совместимости


В последние годы вопросы электромагнитной совместимости (ЭМС) радиосистем приобретают все большее значение. Работы по проблемам ЭМС, проводимые во многих странах, включают в себя как разработку более помехозащищенных радиосистем, так и совершенствование методик их проектирования с целью минимизации создаваемых помех. Большое внимание в этих работах уделяется антеннам. В ИТПЭ РАН проводятся исследования, направленные как на доработку известных конструкций, так и на поиск новых, в том числе – радиопоглощающих структур, улучшающих радиотехническое качество антенн.

В антенной технике не теряет актуальность задача стабилизации ширины диаграм-мы направленности параболических антенн в широком диапазоне частот. В ИТПЭ РАН отработана новая технология решения этой задачи, в основе которой – нанесение на часть зеркала антенны специального РПМ с частотно-селективными свойствами.

Современные требования к радиотехническим системам заставляют уделять особое внимание проектированию радиопрозрачных укрытий (РПУ), которые необходимы для защиты антенных устройств от внешних воздействующих факторов. С целью минимизации влияние РПУ на характеристики антенны необходимо рассматривать его как неотъемлемую часть антенной системы. В ИТПЭ РАН на основе принципов физической оптики разработана методика расчета радиотехнических характеристик сложных многослойных РПУ произвольной формы, в том числе – с размещенными внутри стенки РПУ дифракционными решетками.  См. далее


Тема 6
Разработка и создание компактных полигонов (безэховых камер), предназначенных для исследований взаимодействия радиоволн с объектами сложных форм, анализа проблем электромагнитной совместимости

В настоящее время проблема исследования характеристик объектов при рассеянии электромагнитных волн, например, таких как самолеты, корабли и автомобили, представляет самостоятельную и интенсивно развивающуюся область прикладной электродинамики. Знание точных характеристик рассеяния (или радиолокационных характеристик) необходимо как разработчикам радиолокационных систем, так и создателям различных аппаратов, в первую очередь летательных. С целью получения достоверных данных о рассеивающих свойствах объектов разработаны многочисленные методы теоретических и экспериментальных исследований рассеяния электромагнитных волн.       См. далее