ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2026, № 1 · РАДИОТЕХНИКА

Снижение уровня бокового лепестка множителя направленности регулярной MIMO антенной решетки смещением положения ее реальных элементов

А.О. Подкопаев1, В.В. Артюшенко1, М.А. Степанов1, В.С. Соколов1

1 Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2026.1.15 УДК 621.396.96 EDN UVDZZQ

Аннотация

В работе предложен и обоснован метод уменьшения пикового уровня бокового лепестка регулярных MIMO антенных решеток. Метод основан на отклонении положения реальных передающих и приемных элементов решетки на случайную величину вдоль двух ортогональных декартовых координат на плоскости. Это позволяет разрушать дифракционные максимумы в множителе решетки, которые и определяют уровень пикового бокового лепестка. Показано, что даже небольшие отклонения с равновероятным распределением в диапазоне одной рабочей длины волны позволяют уменьшить уровень пикового бокового лепестка более, чем на 3 дБ. При этом практически не изменяется как ширина главного луча множителя решетки, так и средний уровень боковых лепестков. Отмечено, что при увеличении диапазона отклонения координат больше, чем на две рабочие длины волны, в конфигурации решетки преобладает случайный компонент. Это ограничивает достижимую величину снижения уровня пикового бокового лепестка.

  • антенная решетка
  • MIMO РЛС
  • диаграмма направленности
  • множитель решетки
  • уровень боковых лепестков
  • математическое моделирование
Abstract (in English)

Peak sidelobe level reduction in regular MIMO antenna arrays via random displacement of element positions

A method for reducing the peak sidelobe level of regular MIMO antenna arrays is proposed and justified. The method is based on introducing random displacements of the actual transmitting and receiving array elements along two orthogonal Cartesian coordinates within the array plane. Such random perturbations destroy the diffraction maxima in the array factor, which determine the peak sidelobe level. It is shown that even small random displacements with a uniform probability distribution within the range of one operating wavelength can reduce the peak sidelobe level by more than 3 dB, while the main beamwidth and the average sidelobe level remain practically unchanged. It is also noted that when the displacement range exceeds approximately two operating wavelengths, the random component dominates the array configuration, which limits the achievable reduction in the peak sidelobe level.

Для цитирования

Подкопаев А.О., Артюшенко В.В., Степанов М.А., Соколов В.С. Снижение уровня бокового лепестка множителя направленности регулярной MIMO антенной решетки смещением положения ее реальных элементов // Журнал радиоэлектроники. – 2026. – № 1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.1.15

Литература

  1. Bergin J., Guerci J. R. MIMO radar: theory and application. - Artech House, 2018.
  2. Fortunati S. et al. Massive MIMO radar for target detection //IEEE Transactions on Signal Processing. - 2020. - Т. 68. - С. 859-871.
  3. Черняк В. С. Многопозиционные радиолокационные системы на основе MIMO РЛС //Успехи современной радиоэлектроники. - 2012. - №. 8. - С. 29-47.
  4. Li J., Stoica P. MIMO Radar Signal Processing. - 2009. https://doi.org/10.1002/9780470391488
  5. Grove R. L. MIMO radar Systems and Algorithms-Imperfections and Calibration. - 2022.
  6. Fishler E. et al. MIMO radar: An idea whose time has come //Proceedings of the 2004 IEEE Radar Conference (IEEE Cat. No. 04CH37509). - IEEE, 2004. - С. 71-78. https://doi.org/10.1109/NRC.2004.1316398
  7. Bliss D. W., Forsythe K. W. Multiple-input multiple-output (MIMO) radar and imaging: Degrees of freedom and resolution //The Thrity-Seventh Asilomar Conference on Signals, Systems & Computers, 2003. - IEEE, 2003. - Т. 1. - С. 54-59. https://doi.org/10.1109/ACSSC.2003.1291865
  8. Alland S. W. et al. Virtual radar configuration for 2D array: пат. 9869762 США. - 2018.
  9. Chen Z. K. et al. Sparse antenna array design for MIMO radar using multiobjective differential evolution //International Journal of Antennas and Propagation. - 2016. - Т. 2016. - №. 1. - С. 1747843. https://doi.org/10.1155/2016/1747843
  10. Skolnik M. I. Radar Handbook 3ed. - McGraw Hill, 2008
  11. Ширман Я. Д. и др. Радиоэлектронные системы: основы построения и теория. Справочник //Радиотехника. - 2007. - Т. 512.
  12. Podkopayev A. O. et al. The Simulation Model of the MIMO Radar Antenna Array //2023 IEEE XVI International Scientific and Technical Conference Actual Problems of Electronic Instrument Engineering (APEIE). - IEEE, 2023. - С. 580-585. https://doi.org/10.1109/APEIE59731.2023.10347624
  13. Stepanov M. A. et al. MIMO Antenna Array With a Randomized Arrangement of Elements Providing Specified Directional Properties //IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. - 2025. https://doi.org/10.1109/LAWP.2025.3585276
  14. Karasev A. S., Stepanov M. A. Effect of linear antenna array thinning on its directional pattern parameters //2022 IEEE 23rd International Conference of Young Professionals in Electron Devices and Materials (EDM). - IEEE, 2022. - С. 97-100. https://doi.org/10.1109/EDM55285.2022.9855099
  15. Официальный сайт Федеральной комиссии связи США (FCC). URL: https://fcc.report/FCC-ID/(дата обращения: 27.10.2025)
  16. Pompei F. J. and Wooh S.-C. Phased array element shapes for suppressing grating lobes // J. Acoust. Soc. Amer., vol. 111, 2002, pp. 2040-2048.
  17. Lin C.-H., Distributed subarray antennas for multifunction phased-array radar // M.S. thesis, Naval Postgraduate Sch., Monterey, CA, USA, 2003.
  18. Feng B., Jenn D. C. Two-Way Pattern Grating Lobe Control forDistributed Digital Subarray Antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 63, No. 10, October 2015, pp. 4375-4383.
  19. Feng B. and Jenn D. C. Grating lobe suppression for distributed digital subarrays using virtual filling // IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 12, 2013, pp. 1323-1326.
  20. Chen W., Xu X., Wen S., and Cao Z. Super-resolution direction finding with far-separated subarrays using virtual array elements // IET Radar Sonar Navigat., vol. 5, no. 8, 2011, pp. 824-834.
  21. Krivosheev Y. V., Shishlov A. V., Denisenko V. V. Grating Lobe Suppression in Aperiodic Phased Array Antennas Composed of Periodic Subarrays with Large Element Spacing // IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 57, No. 1, February 2015, pp.76-85.
  22. Korn G. A., Korn T. M. Mathematical handbook for scientists and engineers: definitions, theorems, and formulas for reference and review. - Courier Corporation, 2000.
  23. Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Т. 1 - Москва: Советское радио, 1966. - 728 с.
  24. Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Т. 2 - Москва: Советское радио, 1968. - 504 с.