Average radiation pattern digital antenna array and a method for reducing the average level of side lobes
Abstract
N the development of the existing statistical theory of antennas, new analytical relations are obtained for estimating the average radiation pattern of a digital antenna array. These ratios take into account the variance of rounding errors of the weight coefficients, errors in the amplitude and phase calibration of the antenna, jitter noise and rounding errors of the signal at the output of the analog-to-digital converter. It is shown that most of the factors affect the average level of the side lobes, as in analog antenna arrays. However, the variances of the phase calibration errors and the jitter noise determine the contribution of the new term, which has symmetry in the angular coordinate and has an extremums in the direction of the main beam of the antenna array and in the direction that is mirrored relative to the main beam. It is established that the variances of rounding errors depend on the signal-to-noise ratio and, when performing numerical studies, should be estimated based on the results of experimental studies. It is shown that digital processing in a sliding window reduces the average level of the side lobes by separating the spectral components of the signal and noise.
- average radiation pattern
- digital array antenna
- analog-digital converter
- random errors in pattern forming scheme
- digital processing in sliding window
Аннотация (на русском)
Средняя диаграмма направленности и способ снижения среднего уровня боковых лепестков цифровой антенной решетки
Получены аналитические выражения для средней диаграммы направленности цифровой антенной решетки при обычном весовом суммировании сигналов и при реализации цифровой обработки данных в скользящем окне. Показано, что в отличие от выражений для средней диаграммы направленности по мощности аналоговой фазированной антенной решетки полученные выражения содержат дополнительные слагаемые, обусловленные шумом джиттера (неодновременностью дискретизации сигналов по времени). Установлено, что уровень боковых лепестков средней диаграммы направленности цифровой антенной решетки зависит от ошибок, которые учитывают не столько ошибки округления, но также неидентичность и внутренние шумы приемных каналов. Показано, что цифровая обработка сигналов в скользящем окне позволяет уменьшить уровень шумов в приемных каналах ЦАР, что обеспечивает снижение среднего уровня боковых лепестков средней ДН.
For citation
Mishchenko E.N., Mishchenko S.E., Shatsky N.V. Average radiation pattern digital antenna array and a method for reducing the average level of side lobes // Journal of Radio Electronics. – 2021. – No. 5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.5.7
References
- Активные фазированные антенные решетки. Под ред. Воскресенского Д.И., Канащенкова А.Н. Москва, Радиотехника. 2004. 488 с.
- Григорьев Л.Н. Цифровое формирование диаграммы направленности в фазированных антенных решетках Москва, Радиотехника. 2010. 144 с.
- Корниенко Л.Г., Шифрин Я.С. Статистический синтез антенн. В кн. Проблемы антенной техники. Под ред. Бахраха Л.Д., Воскресенского Д.И. Москва, Радио и связь. 1989. С.275-296.
- Шифрин Я.С. Вопросы статистической теории антенн. Москва, Советское радио. 1970. 384 с.
- Parker M. Radar Basics. Part 4: Space-time adaptive processing [электронный ресурс]. https://www.eetimes.com/radar-basics-part-4-space-time-adaptive-processing.
- Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей. Москва, Наука. 1969. 368 с.
- Мищенко Е.Н., Мищенко С.Е., Шацкий Н.В. Способ диаграммообразования в приемной цифровой антенной решетке. Заявка на патент РФ № 2021108461 от 31.03.2021.