ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2023, № 9 · РАДИОТЕХНИКА

Метод синтеза антенной решетки со сниженным уровнем боковых лепестков при наличии отказов каналов и модулей

А.В. Литвинов1, С.Е. Мищенко1, А.С. Помысов1, В.В. Шацкий1, В.Н. Атрохов1, С.А. Шелкоплясов1

1 Ростовский-на-Дону Научно-Исследовательский Институт Радиосвязи, Ростов-на-Дону, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2023.9.4 УДК 621.396.677 EDN OZAXRQ

Аннотация

Предложен метод матричного амплитудно-фазового синтеза плоской антенной решетки с отказами модулей по требованиям к теоретически заданной огибающей боковых лепестков. Задача сведена к поиску экстремума отношения Рэлея двух эрмитовых форм, одна из которых учитывает требования к огибающей боковых лепестков и положительно определена. Предложенный метод отличается от известных, итерационной процедурой поиска весовой функции для формирования интегральных коэффициентов положительно определенной эрмитовой матрицы отношения Рэлея. В предлагаемом методе учет отказов осуществлен при помощи двух идентичных диагональных матриц, единичным значениям данных матриц соответствуют исправные элементы, а нулевым - неисправные. Условие положительной определенности квадратичной формы, учитывающей требования к огибающей боковых лепестков, достигается за счет взвешивания диагональных коэффициентов матрицы. В результате при изменении структуры отказов элементов и модулей антенной решетки не требуется регулировать размерность задачи. Показано, что при наличии отказов модулей уровень боковых лепестков объемной диаграммы направленности значительно возрастает. При этом применение обычной весовой обработки сигналов каналов антенной решетки со сниженным уровнем боковых лепестков приводит к потере мощности сигнальной составляющей на выходе антенной решетки при незначительном снижении уровня боковых лепестков. Установлено, что применение предложенного метода позволяет добиться заметного снижения уровня боковых лепестков при контролируемых потерях отношения сигнал/шум на выходе антенной решетки.

  • матричный синтез антенных решеток
  • весовая функция
  • отказы модулей
  • уровень боковых лепестков
  • отношение Рэлея
Abstract (in English)

A method for synthesizing an antenna array with a reduced level of side lobes in the presence of failures of channels and modules

A method of matrix amplitude-phase synthesis of a flat antenna array with module failures according to the requirements for the envelope of the side lobes is proposed. The problem is reduced to finding the extremum of the Rayleigh ratio of two Hermitian forms, one of which takes into account the requirements for the envelope of the side lobes and is positively determined. The proposed method differs from the known ones by an iterative procedure for searching for a weight function for the formation of integral coefficients of a positive-definite Hermitian matrix of the Rayleigh relation. In the proposed method, failure accounting is carried out using two identical diagonal matrices, single values of these matrices correspond to serviceable elements, and zero - faulty ones. The condition of positive definiteness of the quadratic form, taking into account the requirements for the envelope of the side lobes, is achieved by weighing the diagonal coefficients of the matrix. As a result, when changing the structure of failures of elements and modules of the antenna array, it is not necessary to adjust the dimension of the problem. It is shown that in the presence of module failures, the level of the side lobes of the volumetric directional pattern increases significantly. At the same time, the use of conventional weight signal processing of antenna array channels with a reduced level of side lobes leads to a loss of power of the signal component at the output of the antenna array with a slight decrease in the level of side lobes. It has been found that the application of the proposed method makes it possible to achieve a noticeable decrease in the level of side lobes with controllable losses of the signal-to-noise ratio at the output of the antenna array.

Для цитирования

Литвинов А.В., Мищенко С.Е., Помысов А.С., Шацкий В.В., Атрохов В.Н., Шелкоплясов С.А. Метод синтеза антенной решетки со сниженным уровнем боковых лепестков при наличии отказов каналов и модулей // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – № 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.9.4

Литература

  1. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. Москва, Высшая школа, 1988. 432 с.
  2. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред. Д.М. Воскресенского. Москва. Радиотехника. 2003, 632 с.
  3. Дворкович В.П., Дворкович А.В. Оконные функции для гармонического анализа. Москва. Техносфера. 2014. 112 с.
  4. Волошин В.А., Ларин А.Ю., Оводов О.В. Реализация заданного амплитудного распределения в плоском раскрыве ФАР с произвольной формой. Антенны. 2009. №9(148). С.12-14.
  5. Литвинов А.В., Мищенко С.Е., Шелкоплясов С.А. Метод амплитудно-фазового синтеза антенной решетки при заданных ограничениях на огибающую боковых лепестков. Журнал радиоэлектроники. 2018. №8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.8.8
  6. Cheng David К. Optimization techniques for antenna arrays. Proc. IEEE. 1971. vol. 59, No. 12. P.1664-1674.
  7. Зелкин Е.Г., Соколов В.Г. Методы синтеза антенн: Фазированные антенные решетки и антенны с непрерывным раскрывом. Москва, Советское радио. 1980. 296 c.
  8. Башлы П.Н., Мануилов Б.Д. Новые приложения теоремы об экстремальных свойствах характеристических чисел пучка эрмитовых форм в задачах оптимизации многофункциональных антенных решеток. Радиотехника и электроника. 2009. т. 54. №3. С. 318-328.
  9. Мануилов Б.Д., Башлы П.Н. Синтез диаграмм направленности антенной решетки многофункциональной радиотехнической системы. Антенны. 2006. №4. С. 7-12.
  10. Гантмахер Ф. Р. Теория матриц. Москва, Физматлит. 2010. 558 с.
  11. Парлетт Б. Симметричная проблема собственных чисел. Численные методы. Москва, Мир. 1983. 384 с.
  12. Башлы П.Н., Ларин А.Ю., Помысов А.С. Синтез широкополосных антенных решеток с использованием обобщенного энергетического функционала. Антенны. 2012. № 9. С.40-46.
  13. Мищенко С.Е., Шацкий Н.В. Оптимизация энергетических характеристик антенных решеток с учетом флуктуаций амплитудно-фазового распределения и отказов отдельных элементов. Журнал радиоэлектроники. 2014. № 1.
  14. Стренг Г. Линейная алгебра и ее применения. Москва, Мир. 1980. 454 с.
  15. Бахрах Л.Д., Кременецкий С.Д. Синтез излучающих систем (теория и методы расчета). Москва, Советское радио. 1974. 232 с.