RU2649096C1 - Многолучевая антенная система с одним выходом - Google Patents
Многолучевая антенная система с одним выходом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2649096C1 RU2649096C1 RU2017106453A RU2017106453A RU2649096C1 RU 2649096 C1 RU2649096 C1 RU 2649096C1 RU 2017106453 A RU2017106453 A RU 2017106453A RU 2017106453 A RU2017106453 A RU 2017106453A RU 2649096 C1 RU2649096 C1 RU 2649096C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- outputs
- block
- signals
- antenna
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 19
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 6
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 206010033546 Pallor Diseases 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000017105 transposition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для приема сигналов с различных направлений на одно приемное устройство. Многолучевая антенная система с одним выходом содержит: антенную решетку, состоящую из пространственно разнесенных антенных элементов; диаграммообразующую схему, содержащую блоки весовых коэффициентов w1, w2,…, wK, которые управляют формой диаграммы направленности; сумматор, суммирующий сигналы с выходов диаграммообразующей схемы, выход сумматора является выходом антенной системы; блок расчета весовых коэффициентов wk (k=1,…, K), зависящих от априорной информации о расположении антенных элементов и параметров диаграммы направленности; блок, формирующий ожидаемые направления прихода сигналов; блок задания параметров диаграммы направленности ДН. При этом выходы антенных элементов антенной решетки соединены с соответствующими входами блоков весовых коэффициентов, выходы которых соединены с входами сумматора, имеющего один выход. Выход блока формирования ожидаемых направлений прихода сигналов соединен с входом блока задания параметров ДН. Выход блока задания параметров ДН соединен с входом блока расчета весовых коэффициентов, выходы которого соединены с соответствующими входами блоков весовых коэффициентов. Технический результат заключается в возможности формирования нескольких лучей в ожидаемых направлениях источников сигнала. 5 ил.
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для приема сигналов с различных направлений на одно приемное устройство.
Известны адаптивные антенные решетки [1, 2], позволяющие осуществлять ослабление помеховых воздействий и требующие априорную информацию о полезном сигнале или о направлении на источник полезного сигнала. При этом при использовании информации о направлении имеется возможность сформировать только один луч в направлении возможного прихода полезного сигнала.
Недостатком данных устройств является отсутствие возможности формирования диаграммы направленности с несколькими лучами в направлениях на несколько источников полезного сигнала.
Известна многолучевая фазированная антенная решетка (ФАР) [3], которая используется для радиосвязи с пространственно распределенными по азимуту корреспондентами без изменения ориентации самой ФАР. Она содержит матрицу Батлера, состоящую из квадратурных направленных ответвителей и фиксированных фазовращателей. Матрица Батлера позволяет получить многолучевую систему со многими входами и выходами, каждому из которых соответствует свой луч.
Известны устройства формирования лучей, называемые зачастую диаграммообразующими схемами (ДОС), многолучевых антенных решеток, реализуемых с использованием матриц Батлера, Бласса и Нолена [4], которые позволяют получить многолучевую антенную систему со многими входами и выходами. При этом каждому выходу соответствует свой луч.
Недостатки существующих многолучевых антенных систем состоят в том, что они имеют много выходов. Число выходов равно количеству формируемых лучей. Это не позволяет сформировать максимальные коэффициенты усиления в нескольких ожидаемых направлениях прихода полезных сигналов для приема радиоприемником с одним входом.
Целью изобретения является создание многолучевой антенной системы с одним выходом.
Поставленная цель достигается тем, что антенная система содержит:
- антенную решетку, состоящую из пространственно разнесенных антенных элементов;
- диаграммообразующую схему, содержащую блоки весовых коэффициентов w1, w2,…, wK, которые управляют формой диаграммы направленности;
- сумматор, суммирующий сигналы с выходов диаграммообразующей схемы, выход сумматора является выходом антенной системы;
- блок расчета весовых коэффициентов wk (k=1,…, K), зависящих от априорной информации о расположении антенных элементов и параметров диаграммы направленности;
- блок, формирующий ожидаемые направления прихода сигналов;
- блок задания параметров диаграммы направленности (ДН).
При этом выходы антенных элементов антенной решетки, соединены с соответствующими входами блоков весовых коэффициентов, выходы которых соединены с входами сумматора, имеющего один выход. Выход блока формирования ожидаемых направлений прихода сигналов соединен с входом блока задания параметров ДН. Выход блока задания параметров ДН соединен с входом блока расчета весовых коэффициентов, выходы которого соединены с соответствующими входами блоков весовых коэффициентов.
Сущность изобретения поясняется рисунками (фиг. 1-5).
На фиг. 1 показана принципиальная схема многолучевой антенной системы с одним выходом, на фиг. 2 - таблица исходных параметров диаграмм направленности для заданных направлений, на фиг. 3 представлено изображение однолучевой ДН, на фиг. 4 представлено изображение двух лучей ДН, на фиг. 5 представлено изображение трех лучей ДН.
Многолучевая антенная система с одним выходом состоит из антенной решетки 1, содержащей антенные элементы 1.1, 1.2,…, 1.К, диаграммообразующей схемы 2, состоящей из блоков весовых коэффициентов 2.1, 2.2,…, 2.К, сумматора 3, блока формирования ожидаемых направлений прихода сигнала 4, блока задания параметров ДН 6, блока расчета весовых коэффициентов 5.
Каждый выход антенного элемента 1.1, 1.2,…, 1.К, антенной решетки 1, соединен с входом соответствующего блока весового коэффициента 2.1, 2.2,…, 2.К диаграммообразующей схемы 2.
Выход блока формирования ожидаемых направлений прихода сигналов 4 соединен с входом блока задания параметров ДН 6, выход которого соединен с входом блока расчета весовых коэффициентов 5.
Выходы блока расчета весовых коэффициентов 5 соединены с соответствующими входами блоков весовых коэффициентов 2.1, 2.2,…, 2.К диаграммообразующей схемы 2.
Выходы блоков весовых коэффициентов 2.1, 2.2,…, 2.К диаграммообразующей схемы 2 соединены с соответствующими входами сумматора 3, у которого один выход.
Многолучевая антенная система с одним выходом имеет диаграмму направленности, которая в комплексной форме определяется выражением
где ρk и ϕk - полярные координаты k-го элемента (k=1, 2,…, K) решетки, λ - длина волны излучения предполагаемого источника сигнала. Показатель степени при экспоненте представляет собой набег фазы, обусловленный разностью хода сигнала между фазовым центром антенной решетки и k-м элементом.
Из выражения (1) видно, что диаграмма направленности непосредственно зависит от весовых коэффициентов wk (k=1, 2,…, K) и от координат ρk и ϕk антенных элементов. При постоянных координатах антенных элементов за счет выбора значений коэффициентов wk в соответствии с требуемым критерием можно управлять формой диаграммы направленности.
Антенные элементы 1.1, 1.2,…, 1.К, антенной решетки 1 имеют вертикальную поляризацию и круговую равномерную диаграмму направленности в горизонтальной плоскости.
Для формирования лучей в ДН антенной системы блок формирования ожидаемых направлений прихода сигнала 4 формирует направления на М ожидаемых источников сигнала и передает их в блок задания параметров ДН 6, блок задания параметров ДН 6 выдает в блок расчета весовых коэффициентов 5 параметры диаграммы направленности b(θ1), b(θ2),..., b(θM) в направлениях на источники сигнала и нулевые значения вне этих направлений.
Блок расчета весовых коэффициентов 5 рассчитывает вектор весовых коэффициентов W=[w1, w2, wK]T, удовлетворяющий этим ограничениям из системы уравнений (2).
Здесь N - общее число заданных значений ДН, индекс «т» означает транспонирование.
Перепишем систему (2) в матричном виде
где
А - матрица размерностью K×N, В - вектор столбец размерностью N×1.
Здесь 
k=1, 2,…, К, n=1, 2,…, N.
Система (3) содержит N уравнений с K неизвестными. Как правило, N≥K. При N>K система относится к классу переопределенных и не может быть решена с применением обратной матрицы, поскольку обратная матрица существует только лишь для квадратных матриц. Решение такой задачи может быть найдено с помощью метода наименьших квадратов [5]. В этом методе решение отыскивается с применением аппарата псевдообратных матриц в следующем виде
Если матрица А не вырождена, т.е. имеет полный ранг (в данном случае ранг, равный K), то псевдообратная матрица определяется по формуле
и система (3) имеет единственное решение, определяемое с помощью (4).
При N=K вектор (4) является точным решением системы (3). При выполнении условия N>K вектор (4) представляет приближенное решение, минимизирующее среднеквадратическое отклонение заданных значений диаграммы направленности В(θ) от значений синтезируемой ДН.
Полученные векторы весовых коэффициентов W=[w1, w2,…, wK]T передаются в соответствующий блок весовых коэффициента 2.1, 2.2,…, 2.К.
Блоки весовых коэффициентов 2.1, 2.2,…, 2.К, получив векторы весовых коэффициентов W=[w1, w2, wK]T от блока расчета весовых коэффициентов 5 и сигналы с антенных элементов 1.1, 1.2,…, 1.К антенной решетки 1, управляя фазой и амплитудой сигналов, формируют полученные сигналы. Сформированные сигналы поступают на сумматор 3, где происходит их сложение и подача на один выход антенной системы.
Результаты моделирования подтверждают работоспособность многолучевой антенной системы с одним выходом. Рассмотрим линейную антенную решетку 1 с семью антенными элементами, расположенными на расстоянии друг от друга, равном 75 см. При моделировании предполагалось, что используются антенные элементы с вертикальной поляризацией, круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости и коэффициентом усиления, равным 1.
Задавались следующие направления прихода лучей: 0° - для однолучевой диаграммы; -40° и 40° - для двухлучевой диаграммы; -40°, 0° и 40° - для трехлучевой диаграммы. Расчеты диаграмм проводились для углов от 0° до 180° через каждые 2°. Исходные параметры диаграммы направленности для заданных направлений приведены в Таблице фиг. 2. Вне этих направлений значения ДН полагались равными нулю. На фиг. 3-5 представлены изображения однолучевой, двухлучевой и трехлучевой синтезированных ДН, а также приведены значения весовых коэффициентов W, формирующих эти диаграммы.
Из рисунков (фиг. 3-5) следует, что предложенный алгоритм работы многолучевой антенной системы с одним выходом позволяет сформировать лучи в заданных направлениях ДН. При этом отношение амплитуд главных лепестков синтезированных диаграмм направленности более чем на 20 дБ превышает уровень боковых лепестков.
Данная многолучевая антенная система с одним выходом позволяет сформировать несколько лучей в ожидаемых направлениях источников сигнала.
Литература
1. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов. Введение в теорию. Пер. с англ. - М: Радио и связь, 1989. - 440 с.
2. Монзинго Р., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. Введение в теорию: Пер с англ. М.: Радио и связь, 1986. - 448 с.
3. Горбачев А.П., Мичурина Т.В. Четырехлучевая печатная фазированная антенная решетка с матрицей Батлера на связанных линиях. М.: Электросвязь, 2014 г., №1, с. 42-44.
4. Хансен Р.С. Фазированные антенные решетки. Пер. с англ. под ред. А.И. Синани. М.: Техносфера. 2012. - 560 с.
5. Беклемишев Д.В. Дополнительные главы линейной алгебры.- М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983. - 336 с.
Claims (1)
- Многолучевая антенная система с одним выходом, содержащая антенную решетку, состоящую из пространственно разнесенных антенных элементов, диаграммообразующую схему, содержащую блоки весовых коэффициентов w1, w2,…, wK, которые управляют формой диаграммы направленности, сумматор, суммирующий сигналы с выходов диаграммообразующей схемы, блок расчета весовых коэффициентов wk (k=1,…, K), зависящих от априорной информации о расположении антенных элементов и параметров диаграммы направленности сигналов, блок формирования ожидаемых направлений прихода сигналов, блок задания параметров диаграммы направленности (ДН), имеющие связи между собой, выходы антенных элементов антенной решетки соединены с соответствующими входами блоков весовых коэффициентов, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, имеющего один выход, выход блока формирования ожидаемых направлений прихода сигналов соединен с входом блока задания параметров ДН, выход которого соединен с входом блока расчета весовых коэффициентов, выходы блока расчета весовых коэффициентов соединены с соответствующими входами блоков весовых коэффициентов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017106453A RU2649096C1 (ru) | 2017-02-27 | 2017-02-27 | Многолучевая антенная система с одним выходом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017106453A RU2649096C1 (ru) | 2017-02-27 | 2017-02-27 | Многолучевая антенная система с одним выходом |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2649096C1 true RU2649096C1 (ru) | 2018-03-29 |
Family
ID=61867237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017106453A RU2649096C1 (ru) | 2017-02-27 | 2017-02-27 | Многолучевая антенная система с одним выходом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2649096C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2738409C1 (ru) * | 2020-06-18 | 2020-12-14 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Способ помехозащищенного приема сигналов систем спутниковой связи |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3876947A (en) * | 1973-01-23 | 1975-04-08 | Cit Alcatel | Adaptive antenna processing |
| US4780721A (en) * | 1984-07-23 | 1988-10-25 | The Commonwealth Of Australia | Adaptive antenna array |
| SU1633472A1 (ru) * | 1988-11-01 | 1991-03-07 | Одесский Политехнический Институт | Цифрова адаптивна многолучева антенна система |
| SU1840570A1 (ru) * | 1983-10-24 | 2007-08-27 | Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники | Многолучевая адаптивнная антенная решетка |
-
2017
- 2017-02-27 RU RU2017106453A patent/RU2649096C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3876947A (en) * | 1973-01-23 | 1975-04-08 | Cit Alcatel | Adaptive antenna processing |
| SU1840570A1 (ru) * | 1983-10-24 | 2007-08-27 | Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники | Многолучевая адаптивнная антенная решетка |
| US4780721A (en) * | 1984-07-23 | 1988-10-25 | The Commonwealth Of Australia | Adaptive antenna array |
| SU1633472A1 (ru) * | 1988-11-01 | 1991-03-07 | Одесский Политехнический Институт | Цифрова адаптивна многолучева антенна система |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2738409C1 (ru) * | 2020-06-18 | 2020-12-14 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Способ помехозащищенного приема сигналов систем спутниковой связи |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3352299B1 (en) | Wideband beam broadening for phased array antenna systems | |
| JP2021119344A (ja) | フェーズドアンテナアレイを試験する方法とシステム | |
| Kajenski | Phase only antenna pattern notching via a semidefinite programming relaxation | |
| JP6817740B2 (ja) | 直接放射型フェーズドアレイアンテナのためのアナログビームフォーミングのシステム及び方法 | |
| TWI837355B (zh) | 使用相位陣列天線的快速空間搜尋之方法及系統 | |
| CN110995331B (zh) | 一种基于多点精确控制的波束赋形方法 | |
| Laue et al. | Numerical optimization of compressive array feed networks | |
| RU2649096C1 (ru) | Многолучевая антенная система с одним выходом | |
| Sharifi et al. | Development a new algorithm to reduce SLL of an equally spaced linear array | |
| KR102104618B1 (ko) | 안테나 장치, 이를 구비하는 능동 위상배열 레이더, 및 이의 오차 보정방법 | |
| JP7150641B2 (ja) | アンテナシステム | |
| Mohan et al. | Design and implementation of Dolph Chebyshev and Zolotarev circular antenna array | |
| RU2577827C1 (ru) | Многолучевая самофокусирующаяся антенная решетка | |
| RU2755642C1 (ru) | Способ формирования остронаправленных сканирующих компенсационных диаграмм направленности в плоской фазированной антенной решетке с пространственным возбуждением | |
| JP2006121513A (ja) | 分散開口アンテナ装置 | |
| Ram et al. | Craziness particle swarm optimization based hyper beamforming of linear antenna arrays | |
| Peng et al. | Unconventional beamforming for quasi-hemispheric coverage of a phased array antenna | |
| EP3549277B1 (en) | Mimo system and method utilizing interferometric pattern | |
| RU2788820C1 (ru) | Способ пространственной компенсации помех с использованием информации о направлении на источник сигнала | |
| Wagh | Microstrip array antenna and beamforming algorithm for phased array radar | |
| Gravas | Development of beamforming techniques for antenna arrays | |
| Hoorfar et al. | Joint Mutual Coupling Compensation and Direction-of-Arrival Estimation in Sparse Arrays using Evolutionary Optimization Techniques: A Comparative Study | |
| Zhang et al. | Oblique projection based array response control algorithm and its application to pattern synthesis | |
| Suzuki et al. | An algorithm for pattern synthesis improvement | |
| Gorobets et al. | Electromagnetic waves in the searchlight beam of antenna arrays large electrical size |