ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №6

УДК: 621.396.67

Сравнительная оценка методов расчета

электрических характеристик Антенных решеток

Э.О. Можаров, И.Я. Афанасьев, В.Ю. Лоскутов, Е.С. Литвинов

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

(национальный исследовательский университет)

105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, 5, с.1

Статья поступила в редакцию 12 марта 2025 г.

Аннотация. Исследованы и сравнены наиболее часто применяемые в инженерной и научной среде методы расчета пространственных электрических характеристик антенных решеток на примере фазированной антенной решетки (ФАР) широкополосных низкопрофильных излучателей 7х7 с гексагональной сеткой расположения. Для оценки качества вычисления диаграмм направленностей (ДН) введены функции потерь, позволяющие сравнить диаграммы, полученные различными методами. Рассмотрены вариации приближенных методов расчета ДН ФАР на основе системного множителя антенной решетки. Показаны модификации строго полноволнового электродинамического расчета ФАР, основанного на вычислении электромагнитных полей каждого излучателя или только групп излучателей. Предложен метод расчета антенных решеток на основе вычислении электромагнитных полей излучателей в составе малоэлементных групп с последующим вычислением полновесной ДН антенной системы за счет сшивания полей сферических волн. Предложенный метод позволяет выполнять расчет пространственных характеристик антенных решеток с меньшими требованиями к вычислительным ресурсам. Показаны преимущества и недостатки рассмотренных методов расчета ДН ФАР.

Ключевые слова: антенная решетка, фазированная антенная решетка, излучатель, диаграмма направленности, метод расчета, функция потерь.

Автор для переписки: Можаров Эдуард Олегович, eduardmozharov@yandex.ru

Литература

1. Гринев А.Ю. Численные методы решения прикладных задач электродинамики // Радиотехника. – 2012.

2. Курушин А.А., Банков С.Е., Грибанов А.Н. Электродинамическое моделирование антенных и СВЧ структур с использованием FEKO. – М.: Солон-пресс. – 2017.

3. Алексейчик Л.В., Курушин А.А. Комплексное моделирование в программе CST SUITE. – М.: Солон-Пресс. – 2021.

4. Курушин А.А., Банков С.Е. Моделирование антенн и СВЧ-структур с помощью HFSS. – М.: Солон-Пресс. – 2019.

5. Воскресенский Д.И. Проектирование фазированных антенных решеток. – М.: Радиотехника. – 2003. – Т. 3.

6. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. – М.: Высшая школа. – 1988.

7. Бахрах Л.Д., Воскресенский Д.И. Проблемы антенной техники. – М.: Радио и связь. – 1989.

8. Balanis C.A. Advanced Engineering Electromagnetics 3rd Edition. Wiley. – 2023.

9. Амитей Н., Галиндо В., Ву Ч. Теория и анализ фазированных антенных решеток – М.: Мир. – 1974. – 457 с.

10. Сазонов Д.М. Многоэлементные антенные системы. Матричный подход. – М.: Радиотехника. – 2015.

11. Haupt R.L. Antenna arrays: a computational approach. John Wiley & Sons. – 2010.

12. Крехтунов В.М., Будкин А.А., Комиссарова Е.В. Расчет диаграмм направленности волноводно-диэлектрических излучателей с учетом взаимного влияния в антенной решетке // Радиолокация, навигация, связь. – 2014. – С. 680-686.

13. Эминов С.И., Сочилин А.В. Численно-аналитический метод расчета фазированных антенных решеток // Вестник Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого. – 2022. – №. 3 (128). – С. 111-113. https://doi.org/10.34680/2076-8052.2022.3(128).111-113

14. Craeye C.A. fast impedance and pattern computation scheme for finite antenna arrays // IEEE transactions on antennas and propagation. – 2006. – Т. 54. – №. 10. – С. 3030-3034. https://doi.org/10.1109/TAP.2006.882202

15. Propastin A., Prokhorenko V. Determining the DOA of jamming signals using root-music and MVDR algorithms for planar elliptical digital antenna array // 2023 5th International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE). – IEEE, 2023. – Т. 5. – С. 1-6. https://doi.org/10.1109/REEPE57272.2023.10086894

16. Propastin A.A. Synthesis of the Radiation Pattern of a Conformal Antenna Array Under Conditions of Strong Mutual Coupling of Radiators // 2024 IEEE 9th All-Russian Microwave Conference (RMC). – IEEE, 2024. – С. 298-302. https://doi.org/10.1109/rmc62880.2024.10846902

17. Ponomarev L.I., Vasin A.A., Krekhtunov V.M.; Terekhin O.V., Komissarova E.V. Onboard phased array antenna of the millimeter wave range // Journal of Communications Technology and Electronics. – 2023. – Т. 68. – №. 8. – С. 857-866. https://doi.org/10.1134/S1064226923080107

18. Садыков А.Р. Излучающий элемент для малоэлементных антенных решеток / А.Р. Садыков, Ю.Е. Седельников, А.В. Петров [и др.] // Международный научно-исследовательский журнал. – 2024. – №9 (147).

19. Rutschlin M., Wittig T., Iluz Z. Phased antenna array design with CST STUDIO SUITE // 2016 10th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP). – IEEE, 2016. – С. 1-5. https://doi.org/10.1109/EuCAP.2016.7481530

20. Lesur B. et al. A large antenna array for Ka-band satcom-on-the-move applications – Accurate modeling and experimental characterization // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2018. – Т. 66. – №. 9. – С. 4586-4595. https://doi.org/10.1109/TAP.2018.2851296

21. Виленский А.Р. и др. Широкополосный печатный элемент антенной решетки с воздушной полостью в экране // Антенны. – 2017. – №. 9. – С. 241.

22. Люлюкин К.В., Литун В.И., Рогозин А.А. Широкополосный печатный излучатель фазированной антенной решетки с полостью в металлическом основании // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо'2015). – 2015. – С. 457-458.

23. Люлюкин К.В. и др. Низкопрофильный излучатель широкополосной антенной решетки с пониженными межэлементными связями // Антенны и распространение радиоволн. – 2018. – С. 22-25.

24. Vilenskiy A.R., Litun V.I., Lyulyukin K.V. Wideband beam steering antenna array of printed cavity-backed elements with integrated EBG structure // IEEE antennas and wireless propagation letters. – 2018. – Т. 18. – №. 2. – С. 245-249. https://doi.org/10.1109/lawp.2018.2888487

25. Туральчук П.А., Вендик О.Г., Вендик И.Б. Расширение главного луча решетки Дольфа-Чебышева с использованием разложения по функциям Котельникова // Электроника и микроэлектроника СВЧ. – 2018. – Т. 1. – С. 213-216.

26. Valle P. et al. The design, modeling and development of WRAS antenna for GALILEOSAT // Proc 26th ESA Antenna Technology Workshop, Noordwijk. – 2003. – URL: http://www.idscompany.it/upload7/File/design__modelling.pdf

27. Русов Ю.С., Пропастин А.А. Применение нечетных функций Матье для синтеза секторной диаграммы направленности многоэлементного излучателя // Радиостроение. – 2021. – №. 3. – С. 1-12.

28. Mitrokhin V.N., Propastin A.A. Synthesis of the radiating system forming the flat-topped radiation pattern with the most flat top // 2017 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW). – IEEE, 2017. – С. 319-322.

29. Маничев А.О., Кондратьев А.С., Балагуровский В.А. Методы фазового формирования расширенных глубоких нулей в диаграмме направленности ФАР со случайными искажениями амплитудно-фазового распределения // Антенны. – 2009. – №. 9. – С. 12-28.

30. Митрохин В.Н., Можаров Э.О. Способы формирования и методы оценки сфокусированного поля в микроволновой технике // Антенны. – 2015. – №. 3. – С. 39-46.

31. Голубева Н.С., Митрохин В.Н. Основы радиоэлектроники сверхвысоких частот. – МГТУ им. Н. Э. Баумана. – 2008. 488 с.

32. Serhir M., Besnier P., Drissi M. Antenna modeling based on a multiple spherical wave expansion method: Application to an antenna array // IEEE transactions on antennas and propagation. – 2009. – Т. 58. – №. 1. – С. 51-58. https://doi.org/10.1109/TAP.2009.2036284

Для цитирования:

Можаров Э.О., Афанасьев И.Я., Лоскутов В.Ю., Литвинов Е.С. Сравнительная оценка методов расчета электрических характеристик антенных решеток // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.6.10