RU2713103C1 - Method of generating beam pattern of transmitting active antenna array and axisymmetric active phased antenna array based thereon - Google Patents

Method of generating beam pattern of transmitting active antenna array and axisymmetric active phased antenna array based thereon Download PDF

Info

Publication number
RU2713103C1
RU2713103C1 RU2018134210A RU2018134210A RU2713103C1 RU 2713103 C1 RU2713103 C1 RU 2713103C1 RU 2018134210 A RU2018134210 A RU 2018134210A RU 2018134210 A RU2018134210 A RU 2018134210A RU 2713103 C1 RU2713103 C1 RU 2713103C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antenna array
emitters
phase
antenna
axisymmetric
Prior art date
Application number
RU2018134210A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Вульфович Инденбом
Рудольф Лейбович Махлин
Original Assignee
Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники" filed Critical Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники"
Priority to RU2018134210A priority Critical patent/RU2713103C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2713103C1 publication Critical patent/RU2713103C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/02—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns providing sum and difference patterns

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: present invention relates to antenna engineering and can be used in transmitting active antenna arrays in radar and radio communication. In method of multilobe beamforming of transmitting active antenna array, output power of all power amplifiers connected to inputs of emitters is set equal, and the phase of the incident wave at the input of each radiator, using the phase changers connected to the amplifier, is set equal to the negative value of the phase of the weighted sum of the values of the partial diagram of that radiator, determined relative to the phase reference point common for all radiators, in the required directions of the antenna beam pattern maximum peaks with arbitrary weight coefficients identical for all radiators. Axisymmetric transmitting active phased antenna array comprising emitters located on an axisymmetric surface along its generatrixes with a constant angular pitch along the circumference guide, is characterized by that output power of all power amplifiers connected to inputs of emitters, setting the same, and the phase of the incident wave at the input of each radiator, using the phase changers connected to the amplifier, is set equal to the negative value of the phase of the weighted sum of the values of the partial diagram of that radiator, determined relative to the phase reference point common for all radiators, in required directions of antenna beam pattern maxima with arbitrary equal weight coefficients for all radiators, wherein angles of direction of antenna beam pattern maximums are selected uniformly along rotation angle about antenna axis, and weight coefficients are equal to each other.
EFFECT: maximum potential of active antenna array is achieved.
8 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в передающих активных антенных решетках в радиолокации и радиосвязи.The present invention relates to antenna technology and can be used in transmitting active antenna arrays in radar and radio communications.

Известны конические и цилиндрические передающие активные фазированные антенные решетки (АФАР), с несколькими (S) главными лепестками ДН, ориентированными под различными углами азимута ϕs=ϕ0+2πs/S (s=1, 2,…, S), содержащие излучатели, расположенные на образующих конической или цилиндрической поверхности с постоянным угловым шагом по направляющей окружности [1]. При этом формирование многолепестковой ДН передающей АФАР осуществляется путем разделения антенной решетки на S условных подрешеток, каждая из которых занимает сектор поверхности АФАР ϕs-π/S≤ϕ<ϕs+π/S. Сканирование осуществляется путем изменения фазового распределения каждой подрешетки в зависимости от углов сканирования: азимутального ϕ0 и угла места θ0, с помощью управляемых фазовращателей, установленных в каждом передающем модуле АФАР (θ, ϕ - углы сферической системы координат с полярной осью, совпадающей с осью симметрии антенной решетки). Такой способ формирования ДН передающей АФАР не позволяет реализовать максимально возможное значение потенциала АФАР (равного произведению коэффициента направленного действия (КНД) АФАР на излучаемую мощность [2]), поскольку каждая из подрешеток ориентирована на формирование своего главного лепестка, независимо от остальных главных лепестков ДН. А именно потенциал определяет плотность потока мощности в дальней зоне и, следовательно, дальность действия радиосистемы.Known conical and cylindrical transmitting active phased antenna arrays (AFAR), with several (S) main lobes of the beam, oriented at different azimuth angles ϕ s = ϕ 0 + 2πs / S (s = 1, 2, ..., S), containing emitters located on the generators of a conical or cylindrical surface with a constant angular step along the guide circle [1]. In this case, the formation of a multi-petal pattern transmitting AFAR is carried out by dividing the antenna array into S conditional sublattices, each of which occupies the AFAR surface sector ϕ s -π / S≤ϕ <ϕ s + π / S. Scanning is carried out by changing the phase distribution of each sublattice depending on the scanning angles: azimuthal ϕ 0 and elevation angle θ 0 , using controlled phase shifters installed in each transmitting AFAR module (θ, ϕ are the angles of a spherical coordinate system with a polar axis coinciding with the axis symmetry of the antenna array). This method of forming the bottom of the transmitting AFAR does not allow to realize the maximum possible value of the potential of the AFAR (equal to the product of the directional action coefficient (KND) of the AFAR by the radiated power [2]), since each of the sublattices is oriented toward the formation of its main lobe, independently of the other main lobes of the AF. Namely, the potential determines the power flux density in the far zone and, therefore, the range of the radio system.

Известны способы формирования многолепестковых диаграмм направленности антенной решетки [3, 4], основанные на взвешивании сигналов, принятых каждым излучателем, и последующем их суммировании, при котором комплексные весовые коэффициенты находят как главный вектор пучка эрмитовых форм, соответствующий наибольшему характеристическому числу пучка, причем в качестве первой эрмитовой формы пучка выбирают квадрат модуля взвешенной суммы значений диаграммы направленности в направлениях формируемых лепестков, в качестве второй эрмитовой формы выбирают среднее значение диаграммы направленности по мощности, а при определении главного вектора пучка эрмитовых форм используют информацию о направлениях ориентации основных лепестков диаграммы направленности и их относительном уровне, а в способе [3] и фазе. Принятые излучателями сигналы взвешивают с помощью комплексных взвешивающих устройств, регулирующих амплитуду и фазу сигналов, после чего суммируют.Known methods for the formation of multilobe radiation patterns of the antenna array [3, 4], based on the weighting of the signals received by each emitter, and their subsequent summation, in which the complex weight coefficients are found as the main vector of the hermitian beam shape, corresponding to the largest characteristic number of the beam, and as of the first hermitian beam shape, the square of the module of the weighted sum of radiation pattern values in the directions of the formed petals is selected, as the second hermitian rmy selected average value of power directional diagram, and the determination of the principal vector of the beam of Hermitian forms using information about the directions of orientation of the main lobe and their relative level, as in the method [3] and phase. The signals received by the emitters are weighed using complex weighing devices that regulate the amplitude and phase of the signals, and then summarize.

В силу взаимности, указанные способы могут использоваться и для формирования много лепестковой ДН в режиме передачи. В этом случае амплитуды возбуждения излучателей должны выбираться равными весовым коэффициентам суммирования сигналов в соответствии с [3] или [4].Due to reciprocity, these methods can also be used to form a multi-lobe pattern in transmission mode. In this case, the excitation amplitudes of the emitters should be chosen equal to the weighting coefficients of the summation of the signals in accordance with [3] or [4].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по п. 1 формулы является способ формирования многолепестковых диаграмм направленности антенной решетки [3].Closest to the proposed invention according to p. 1 of the formula is a method of forming multi-lobe radiation patterns of the antenna array [3].

Прототипом предлагаемой осесимметричной передающей АФАР по п. 2 формулы, реализующей предлагаемый способ формирования многолепестковых диаграмм направленности, является передающая АФАР [1].The prototype of the proposed axisymmetric transmitting AFAR according to claim 2 of the formula that implements the proposed method of forming multilobe radiation patterns is the transmitting AFAR [1].

Недостатком известного способа в случае его использования для формирования ДН передающей АФАР с произвольно ориентированными излучающими элементами является то, что он не обеспечивает наибольший потенциал. Известный способ приводит к оптимальному решению по обобщенному КНД (для однолепестковой ДН - к максимальному КНД) и к неравномерному амплитудному распределению коэффициентов возбуждения излучателей. Особенностью передающих АФАР является ограничение на выходную мощность одного передающего модуля: она не может превышать некоторого предельного значения, определяемого устройством (конструкцией) выходного усилителя мощности. Например, при использовании в модулях транзисторных усилителей выходная мощность ограничивается возможностями использованного выходного транзистора. Поэтому неравномерное амплитудное распределение, оптимальное по известному способу, может быть реализовано только за счет снижения выходной мощности части модулей. Это приводит к снижению общей мощности излучения и, следовательно, потенциала АФАР. Возможность выбора более мощных транзисторов, в свою очередь, может ограничиваться текущим уровнем развития данного вида техники. Кроме того, для реализации неравномерного распределения необходимо использовать транзисторы в линейном режиме (А), что имеет следствием пониженный коэффициент полезного действия (КПД) по сравнению с режимом насыщения (С). Кроме того, управление выходной мощностью модулей в процессе сканирования требует специального программного и аппаратного обеспечения, усложняющего конструкцию и программное обеспечение АФАР.The disadvantage of this method in the case of its use for the formation of the bottom of the transmitting AFAR with randomly oriented emitting elements is that it does not provide the greatest potential. The known method leads to an optimal solution according to the generalized KND (for a single-leaf DN - to the maximum KND) and to an uneven amplitude distribution of the excitation coefficients of the emitters. A feature of transmitting AFARs is a limitation on the output power of one transmitting module: it cannot exceed a certain limit value determined by the device (design) of the output power amplifier. For example, when used in transistor amplifier modules, the output power is limited by the capabilities of the used output transistor. Therefore, the uneven amplitude distribution, optimal by the known method, can be realized only by reducing the output power of some of the modules. This leads to a decrease in the total radiation power and, therefore, the potential of the AFAR. The choice of more powerful transistors, in turn, may be limited by the current level of development of this type of technology. In addition, for the implementation of uneven distribution, it is necessary to use transistors in linear mode (A), which results in a reduced efficiency (Efficiency) compared with the saturation mode (C). In addition, controlling the output power of the modules during the scanning process requires special software and hardware that complicates the design and software of the AFAR.

Предлагаемый способ формирования многолепестковых диаграмм направленности передающих АФАР направлен на устранение указанных недостатков известного способа.The proposed method for the formation of multilobe radiation patterns transmitting AFAR is aimed at eliminating these disadvantages of the known method.

Техническим результатом заявленного изобретения является достижение наибольшего потенциала активной антенной решетки.The technical result of the claimed invention is to achieve the greatest potential of an active antenna array.

Технический результат достигается за счет того, что в способе формирования многолепестковой диаграммы направленности передающей активной антенной решетки выходную мощность всех усилителей мощности, подключенных к входам излучателей, устанавливают одинаковой, а фазу падающей волны на входе каждого излучателя, с помощью соединенных с усилителем фазовращателей, устанавливают равной отрицательному значению фазы взвешенной суммы значений парциальной диаграммы этого излучателя, определенной относительно общей для всех излучателей точки отсчета фазы, в требуемых направлениях максимумов диаграммы направленности антенной решетки с произвольными одинаковыми для всех излучателей весовыми коэффициентами.The technical result is achieved due to the fact that in the method of forming a multi-leaf radiation pattern of the transmitting active antenna array, the output power of all power amplifiers connected to the emitter inputs is set to the same, and the phase of the incident wave at the input of each emitter is set equal to the phase shifters connected to the amplifier the negative value of the phase of the weighted sum of the values of the partial diagram of this emitter, determined relative to the common point for all emitters and reference phase in the desired directions of the maxima of the antenna array with arbitrary same for all emitters weights.

Кроме того, осесимметричная передающая активная фазированная антенная решетка, содержащая излучатели, расположенные на осесимметричной поверхности вдоль ее образующих с постоянным угловым шагом по направляющей окружности, отличается тем, что выходную мощность всех усилителей мощности, подключенных к входам излучателей, устанавливают одинаковой, а фазу падающей волны на входе каждого излучателя, с помощью соединенных с усилителем фазовращателей, устанавливают равной отрицательному значению фазы взвешенной суммы значений парциальной диаграммы этого излучателя, определенной относительно общей для всех излучателей точки отсчета фазы, в требуемых направлениях максимумов диаграммы направленности антенной решетки с произвольными одинаковыми для всех излучателей весовыми коэффициентами, при этом углы направления максимумов диаграммы направленности антенной решетки выбраны равномерно расположенными по углу вращения вокруг оси антенны, а весовые коэффициенты равны между собой.In addition, an axisymmetric transmitting active phased antenna array containing emitters located on an axisymmetric surface along its generators with a constant angular pitch along the guiding circle is characterized in that the output power of all power amplifiers connected to the emitter inputs is set to the same and the incident wave phase at the input of each emitter, using phase shifters connected to the amplifier, set equal to the negative phase value of the weighted sum of partial values th diagram of this radiator, determined relative to a common reference point of the phase for all emitters, in the required directions of the maximums of the antenna array with arbitrary weight coefficients that are the same for all radiators, while the angles of direction of the maxima of the antenna array are chosen uniformly located along the rotation angle around the antenna axis , and the weights are equal to each other.

Сущность предлагаемого способа формирования многолепестковой ДН передающей активной антенной решетки заключается в том, что, в отличие от прототипа, выходную мощность всех усилителей мощности, подключенных к входам излучателей антенной решетки, устанавливают одинаковой, а фазу падающей волны на входе каждого излучателя с помощью соединенных с усилителем фазовращателей устанавливают равной отрицательному значению фазы взвешенной суммы значений парциальной диаграммы излучателя (определенной относительно общей для всех излучателей точки отсчета фазы) в требуемых направлениях максимумов диаграммы направленности антенной решетки с произвольными одинаковыми для всех излучателей весовыми коэффициентами. Такие коэффициенты возбуждения элементов обеспечивают максимальный потенциал активной антенной решетки.The essence of the proposed method for the formation of a multi-lobe bottom of the transmitting active antenna array is that, unlike the prototype, the output power of all power amplifiers connected to the inputs of the antenna array emitters is set to the same, and the phase of the incident wave at the input of each radiator is connected with the amplifier phase shifters are set equal to the negative phase value of the weighted sum of the values of the partial diagram of the emitter (defined relative to the common for all emitters phase reference points) in the desired directions of the maxima of the antenna array with arbitrary same for all emitters weights. Such element excitation coefficients provide the maximum potential of the active antenna array.

Чтобы показать это, рассмотрим выражение для потенциала активной антенной решетки [5]:To show this, consider the expression for the potential of the active antenna array [5]:

Figure 00000001
Figure 00000001

где a n - комплексная амплитуда падающей волны на входе n-го излучателя, ƒn(θ, ϕ) - парциальная диаграмма n-го излучателя относительно общего для всех излучателей центра отсчета фазы, θ0, ϕ0 - углы направления (в рассматриваемом случае - максимума ДН антенной решетки), N - число элементов решетки.where a n is the complex amplitude of the incident wave at the input of the nth emitter, ƒ n (θ, ϕ) is the partial diagram of the nth emitter with respect to the phase center common to all emitters, θ 0 , ϕ 0 are the direction angles (in the case under consideration - the maximum of the bottom of the antenna array), N is the number of elements of the array.

В случае нескольких максимумов ДН антенной решетки используем обобщенный потенциалIn the case of several maxima of the antenna array bottom, we use the generalized potential

Figure 00000002
Figure 00000002

где θs, ϕs - углы направлений максимумов ДН антенной решетки, a ρs - весовые коэффициенты, в общем случае комплексные.where θ s , ϕ s are the angles of the directions of the maxima of the bottom of the antenna array, and ρ s are the weight coefficients, in the general case complex.

Поскольку выходная мощность модуля ограничена его техническими возможностями, максимум (2) следует искать при условии ограничения мощности каждого отдельного модуля. Поскольку амплитуды падающих волн всегда можно нормировать на максимальное значение, то можно считать, что |a n|≤1. В этом случаеSince the output power of the module is limited by its technical capabilities, maximum (2) should be sought provided that the power of each individual module is limited. Since the amplitudes of the incident waves can always be normalized to the maximum value, we can assume that | a n | ≤1. In this case

Figure 00000003
Figure 00000003

Равенство левой и правой частей (3) достигается приEquality of the left and right sides of (3) is achieved when

Figure 00000004
Figure 00000004

где * - знак комплексного сопряжения.where * is the sign of complex conjugation.

Формула (4) дает комплексные амплитуды падающих волн на входах излучателей, обеспечивающие максимальное значение обобщенного потенциала, и соответствует приведенному выше словесному описанию. Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить максимальный потенциал активной антенной решетки.Formula (4) gives the complex amplitudes of the incident waves at the inputs of the emitters, providing the maximum value of the generalized potential, and corresponds to the above verbal description. Thus, the proposed method allows to obtain the maximum potential of the active antenna array.

Весовые коэффициенты могут выбираться произвольно разработчиком для регулировки значений амплитуды и фазы ДН в максимумах. Для осесимметричной антенной решетки, излучатели которой расположены на образующих поверхности тела вращения, расположенных с постоянным угловым шагом вокруг оси вращения, при осесимметричном расположении направлений главных максимумов и равных весовых коэффициентах значения ДН и потенциала в максимумах будут одинаковыми.Weights can be arbitrarily selected by the developer to adjust the amplitude and phase of the pattern at maximums. For an axisymmetric antenna array, the emitters of which are located on the generatrix of the surface of the body of revolution, located with a constant angular pitch around the axis of rotation, with the axisymmetric arrangement of the directions of the main maxima and equal weight coefficients, the values of ND and potential at the maxima will be the same.

Предлагаемый способ характеризуется постоянными (равными по модулю) амплитудами падающих волн на входах излучателей, т.е. равными мощностями на выходе всех выходных усилителей мощности активной антенной решетки, что позволяет использовать их в режиме насыщения (С) и за счет этого повысить КПД антенной решетки. Равная амплитуда падающих волн на входах излучателей позволяет отказаться от каких-либо устройств регулировки и управления амплитудой в модулях антенной решетки, что упрощает ее построение и снижает стоимость.The proposed method is characterized by constant (equal in magnitude) amplitudes of the incident waves at the inputs of the emitters, i.e. equal powers at the output of all output power amplifiers of the active antenna array, which allows them to be used in saturation mode (C) and thereby increase the efficiency of the antenna array. The equal amplitude of the incident waves at the inputs of the emitters allows you to abandon any devices for adjusting and controlling the amplitude in the modules of the antenna array, which simplifies its construction and reduces the cost.

Сущность предлагаемой по п. 2 формулы осесимметричной передающей активной фазированной антенной решетки, содержащей излучатели, расположенные на осесимметричной поверхности вдоль ее образующих с постоянным угловым шагом по направляющей окружности, заключается в том, что амплитуда и фаза падающих волн на входе излучателей устанавливается на основе способа по п. 1 формулы, углы направления максимумов диаграммы направленности антенной решетки (в формуле (4)) выбраны равномерно расположенными по углу вращения вокруг оси антенны, т.е. ϕs=ϕ0+2πs/S, а весовые коэффициенты ρs равны между собой, например ρs=1.The essence of the axisymmetric transmitting active phased array antenna proposed in claim 2, which contains emitters located on an axisymmetric surface along its generators with a constant angular pitch along the guiding circle, lies in the fact that the amplitude and phase of the incident waves at the input of the emitters is established based on the method of p. 1 of the formula, the directional angles of the maxima of the antenna array radiation pattern (in formula (4)) are selected uniformly located along the rotation angle around the antenna axis, i.e. ϕ s = ϕ 0 + 2πs / S, and the weighting coefficients ρ s are equal to each other, for example, ρ s = 1.

Так как распределение падающих волн (4) обеспечивает максимальное значение потенциала АФАР, то оно при любом числе главных лепестков ДН S превышает потенциал АФАР прототипа [1]. Число главных лепестков произвольно S=1, 2, 3,….Since the distribution of the incident waves (4) provides the maximum value of the potential AFAR, then for any number of main petals of the beam S exceeds the potential AFAR of the prototype [1]. The number of main petals is arbitrary S = 1, 2, 3, ....

Структурная схема предлагаемой осесимметричной передающей АФАР представлена на фиг. 1а. На фиг. 1б раскрыта схема модуля АФАР.The structural diagram of the proposed axisymmetric transmitting AFAR is shown in FIG. 1a. In FIG. 1b, a diagram of the AFAR module is disclosed.

На фиг. 2 и 3 представлены трех- и четырехлепестковая ДН осесимметричной цилиндрической антенной решетки, сформированные на основе предлагаемого способа.In FIG. Figures 2 and 3 show the three- and four-petal DNs of an axisymmetric cylindrical antenna array formed on the basis of the proposed method.

Предлагаемое устройство содержит N излучателей 1, расположенных на осесимметричной поверхности (цилиндр, конус, сфера и т.д.) вдоль ее образующих с постоянным угловым шагом по направляющей окружности. Излучатели 1 соединены с модулями 2, соединенными с задающим генератором 3 через делитель мощности 4. Модуль 2 в простейшем случае содержит усилитель мощности 5, соединенный с фазовращателем 6. В этом случае частота сигнала задающего генератора совпадает с несущей частотой излучаемого сигнала АФАР. В общем случае задающий генератор может генерировать опорное напряжение более низкой частоты. В этом случае в состав модуля должны входить устройства, повышающие частоту сигнала до несущей частоты. В состав модуля могут также входить и другие устройства формирования сигнала: фильтры, вентили, модуляторы и т.п. В частном случае осесимметричная антенная решетка может состоять из одного кольца излучателей 1.The proposed device contains N emitters 1 located on an axisymmetric surface (cylinder, cone, sphere, etc.) along its generators with a constant angular pitch along the guide circle. The emitters 1 are connected to the modules 2 connected to the master oscillator 3 through a power divider 4. Module 2 in the simplest case contains a power amplifier 5 connected to a phase shifter 6. In this case, the frequency of the master oscillator signal coincides with the carrier frequency of the emitted AFAR signal. In the general case, the master oscillator can generate a lower frequency reference voltage. In this case, the module should include devices that increase the frequency of the signal to the carrier frequency. The module may also include other signal conditioning devices: filters, gates, modulators, etc. In a particular case, the axisymmetric antenna array can consist of one ring of emitters 1.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Сигнал задающего генератора 3 через делитель 4 поступает на вход каждого из N модулей 3, получает фазовый сдвиг в фазовращателях 6 в соответствии с формулой (4) при ϕs=ϕ0+2πs/S и равных между собой ρs, например ρs=1, усиливается в усилителях 5 до требуемого одинакового для всех модулей уровня, поступает на входы излучателей 1 и излучается в пространство. В результате управления амплитудой и фазой сигнала в соответствии с формулой (4), соответствующей п. 1 формулы изобретения, сформированная в пространстве диаграмма направленности буде иметь S главных лепестков, ориентированных в направлениях ϕs и потенциал АФАР будет максимально возможным.The proposed device operates as follows. The signal of the master oscillator 3 through the divider 4 enters the input of each of the N modules 3, receives a phase shift in the phase shifters 6 in accordance with formula (4) for ϕ s = ϕ 0 + 2πs / S and equal to each other ρ s , for example ρ s = 1, amplified in amplifiers 5 to the required level, the same for all modules, fed to the inputs of emitters 1 and radiated into space. As a result of controlling the amplitude and phase of the signal in accordance with formula (4) corresponding to claim 1 of the claims, a radiation pattern formed in space will have S main lobes oriented in the directions ϕ s and the AFAR potential will be maximally possible.

Представленные на фиг. 2 и 3 ДН рассчитаны для осесимметричной антенной решетки бесконечно длинных узких щелей в проводящей цилиндрической поверхности, питаемых плоскопараллельными волноводами через четырехполюсники, осуществляющие согласование в синфазном режиме работы антенны. Число излучателей N=120; расстояние между излучателями 0,5λ. Парциальная ДН щели, питаемой плоскопараллельным волноводом, рассчитана по соотношениям [6], а ее изменение при возбуждении через согласующие цепочки - согласно [5]. Число главных лепестков S=3 для фиг. 2 и S=4 для фиг. 3, ϕ0=0. Из графиков на фиг. 2, 3 следует осуществимость предлагаемого способа и осесимметричной антенной решетки на ее основе в части формирования многолепестковой ДН. Повышение потенциала по сравнению с прототипами способа [3] и устройства [1] следует из результатов расчета, приведенных в таблице 1 для одного, двух, трех и четырех лепестков ДН при мощности одного модуля, равной 1.Presented in FIG. 2 and 3 DNs are designed for an axisymmetric antenna array of infinitely long narrow slots in a conductive cylindrical surface, fed by plane-parallel waveguides through four-terminal devices that perform matching in common mode operation of the antenna. The number of emitters N = 120; the distance between the emitters is 0.5λ. The partial MD of the gap fed by a plane-parallel waveguide was calculated using the relations [6], and its change upon excitation through matching chains was calculated according to [5]. The number of main petals S = 3 for FIG. 2 and S = 4 for FIG. 3, ϕ 0 = 0. From the graphs in FIG. 2, 3 follows the feasibility of the proposed method and an axisymmetric antenna array based on it in terms of the formation of a multi-leaf pattern. The increase in potential compared with the prototypes of the method [3] and device [1] follows from the calculation results shown in table 1 for one, two, three and four petals of a power supply with a power of one module equal to 1.

Повышение потенциала позволяет увеличить дальность действия радиосистемы, например, радиолокатора. Поскольку амплитуда падающих волн на входах излучателей по предлагаемому способу одинакова, управление амплитудой в антенной решетке не требуется. Выходная мощность усилителей мощности в модулях одинакова, они могут работать в режиме насыщения, за счет чего достигается наиболее высокий КПД.Increasing the potential allows you to increase the range of the radio system, for example, radar. Since the amplitude of the incident waves at the inputs of the emitters according to the proposed method is the same, amplitude control in the antenna array is not required. The output power of the power amplifiers in the modules is the same, they can work in saturation mode, due to which the highest efficiency is achieved.

Figure 00000005
Figure 00000005

Предлагаемые способ и устройство могут быть использованы также в передающей активной антенной решетке, входящей в состав приемо-передающей антенной решетки, в которой сигналы приема и передачи разделяются на входе излучателей с помощью переключателей прием-передача или ферритовых циркуляторов.The proposed method and device can also be used in a transmitting active antenna array, which is part of the transceiver antenna array, in which the transmit and receive signals are separated at the input of the emitters using transmit-receive switches or ferrite circulators.

Источники информацииSources of information

1. Patent ЕР 3 092 508 B1. Bistatic Radar / F. Madia // Priority: 09.01.2014 IT RM 20140005. Date of publication: 16.11.2016 Bulletin 2016/46.1. Patent EP 3,092,508 B1. Bistatic Radar / F. Madia // Priority: 01/09/2014 IT RM 20140005. Date of publication: 11.16.2016 Bulletin 2016/46.

2. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток: уч. пособие для вузов / Под ред. Д.И. Воскресенского. - М: Радиотехника, 2012. - 744 с.2. Microwave devices and antennas. Design of phased antenna arrays: ucheb. manual for universities / Ed. DI. Voskresensky. - M: Radio engineering, 2012 .-- 744 p.

3. Патент РФ №2302061. Способ формирования многолепесковых диаграмм направленности антенной решетки / П.Н. Мануилов, Б.Д. Мануилов, П.Н. Башлы, Ю.Д. Безуглов // 2007, БИ №18, опубл. 26.07.07.3. RF patent No. 2302061. The method of forming multi-sand radiation patterns of the antenna array / P.N. Manuilov, B.D. Manuilov, P.N. Bashly, Yu.D. Bezuglov // 2007, BI No. 18, publ. 07/26/07.

4. Патент РФ №2249890. Способ формирования многолепестковых диаграмм направленности антенной решетки / Б.Д. Мануилов, П.Н. Башлы, Ю.Д. Безуглов, А.А. Кузнецов // 2005, БИ №10, опубл. 10.04.05.4. RF patent №2249890. The method of forming multilobe radiation patterns of the antenna array / B.D. Manuilov, P.N. Bashly, Yu.D. Bezuglov, A.A. Kuznetsov // 2005, BI No. 10, publ. 04/10/05.

5. Инденбом М.В. Антенные решетки подвижных обзорных РЛС. Теория, расчет, конструкции / М.: Радиотехника, 2015.5. Indenbom M.V. Antenna arrays of mobile surveillance radars. Theory, calculation, design / M .: Radio engineering, 2015.

6. Borgiotti G.V., Balzano Q. Mutual coupling analysis of a confomal array of elements on cylindrical surface / IEEE Trans, on AP, vol. AP-18, no. 1, Jan. 1970, pp. 55-63.6. Borgiotti G.V., Balzano Q. Mutual coupling analysis of a confomal array of elements on cylindrical surface / IEEE Trans, on AP, vol. AP-18, no. 1, Jan. 1970, pp. 55-63.

Claims (10)

1. Способ формирования многолепестковой диаграммы направленности передающей активной антенной решетки, отличающийся тем, что выходную мощность всех усилителей мощности, подключенных к входам излучателей, устанавливают одинаковой, а фазу падающей волны на входе каждого излучателя, с помощью соединенных с усилителем фазовращателей, устанавливают равной отрицательному значению фазы взвешенной суммы значений парциальной диаграммы этого излучателя, определенной относительно общей для всех излучателей точки отсчета фазы, в требуемых направлениях максимумов диаграммы направленности антенной решетки с произвольными одинаковыми для всех излучателей весовыми коэффициентами, согласно формуле1. The method of forming a multi-lobe radiation pattern of a transmitting active antenna array, characterized in that the output power of all power amplifiers connected to the inputs of the emitters is set to the same, and the phase of the incident wave at the input of each emitter, using phase shifters connected to the amplifier, is set to a negative value the phase of the weighted sum of the values of the partial diagram of this emitter, determined relative to the common reference point of the phase for all emitters, at the required the equalities of the maxima of the antenna array radiation pattern with arbitrary weight coefficients identical for all emitters, according to the formula
Figure 00000006
, где * - знак комплексного сопряжения, an - комплексная амплитуда падающей волны на входе n-го излучателя, θs, ϕs - углы направлений максимумов диаграммы направленности антенной решетки, ρs - весовые коэффициенты, в общем случае комплексные, S - число главных лепестков, ориентированных в направлениях ϕs,
Figure 00000006
, where * is the sign of complex conjugation, a n is the complex amplitude of the incident wave at the input of the nth emitter, θ s , ϕ s are the angles of the directions of the maxima of the antenna array, ρ s are the weight coefficients, in the general case, complex, S is the number the main petals oriented in the directions ϕ s , - при этом углы направления максимумов диаграммы направленности антенной решетки выбираются равномерно расположенными по углу вращения вокруг оси антенны, согласно формуле ϕs=ϕ0+2πs/S, и с произвольными одинаковыми для всех излучателей весовыми коэффициентами ρs.- in this case, the direction angles of the maxima of the antenna array radiation pattern are selected uniformly located along the rotation angle around the axis of the antenna, according to the formula ϕ s = ϕ 0 + 2πs / S, and with arbitrary weight coefficients ρ s identical for all emitters. 2. Осесимметричная передающая активная фазированная антенная решетка, содержащая N излучателей, расположенных на осесимметричной поверхности вдоль ее образующих с постоянным угловым шагом по направляющей окружности, отличающаяся тем, что содержит модули, соединенные с указанными излучателями, а также, через делитель мощности, с задающим генератором; при этом амплитуда и фаза падающих волн на входе излучателей установлена согласно способу формирования многолепестковой диаграммы направленности передающей активной антенной решетки по п. 1, а углы направления максимумов диаграммы направленности антенной решетки выбраны равномерно расположенными по углу вращения вокруг оси антенны, по формуле ϕs=ϕ0+2πs/S, и с произвольными одинаковыми для всех излучателей весовыми коэффициентами ρs.2. An axisymmetric transmitting active phased antenna array containing N emitters located on an axisymmetric surface along its generators with a constant angular pitch along the guide circle, characterized in that it contains modules connected to these emitters, as well as through a power divider, with a master oscillator ; the amplitude and phase of the incident waves at the input of the emitters is set according to the method for generating a multi-leaf radiation pattern of the transmitting active antenna array according to claim 1, and the angles of direction of the maxima of the radiation pattern of the antenna array are uniformly located along the rotation angle around the antenna axis, according to the formula ϕ s = ϕ 0 + 2πs / S, and with arbitrary weight coefficients ρ s identical for all emitters. 3. Решетка по п. 2, отличающаяся тем, что каждый модуль содержит усилитель мощности, соединенный с фазовращателем.3. The lattice under item 2, characterized in that each module contains a power amplifier connected to a phase shifter. 4. Решетка по п. 2, отличающаяся тем, что частота сигнала задающего генератора совпадает с несущей частотой излучаемого сигнала АФАР.4. The lattice according to claim 2, characterized in that the frequency of the signal of the master oscillator coincides with the carrier frequency of the emitted AFAR signal. 5. Решетка по п. 2, отличающаяся тем, что задающий генератор генерирует опорное напряжение более низкой частоты.5. The lattice under item 2, characterized in that the master oscillator generates a reference voltage of a lower frequency. 6. Решетка по п. 2, отличающаяся тем, что в состав каждого модуля входят устройства, повышающие частоту сигнала до несущей частоты.6. The lattice according to claim 2, characterized in that each module includes devices that increase the frequency of the signal to the carrier frequency. 7. Решетка по п. 2, отличающаяся тем, что в состав каждого модуля входят фильтры, вентили, модуляторы.7. The lattice under item 2, characterized in that the composition of each module includes filters, valves, modulators. 8. Решетка по п. 2, отличающаяся тем, что состоит из одного кольца излучателей.8. The lattice according to claim 2, characterized in that it consists of one ring of emitters.
RU2018134210A 2018-09-28 2018-09-28 Method of generating beam pattern of transmitting active antenna array and axisymmetric active phased antenna array based thereon RU2713103C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018134210A RU2713103C1 (en) 2018-09-28 2018-09-28 Method of generating beam pattern of transmitting active antenna array and axisymmetric active phased antenna array based thereon

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018134210A RU2713103C1 (en) 2018-09-28 2018-09-28 Method of generating beam pattern of transmitting active antenna array and axisymmetric active phased antenna array based thereon

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2713103C1 true RU2713103C1 (en) 2020-02-03

Family

ID=69625056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018134210A RU2713103C1 (en) 2018-09-28 2018-09-28 Method of generating beam pattern of transmitting active antenna array and axisymmetric active phased antenna array based thereon

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2713103C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113655298A (en) * 2021-09-18 2021-11-16 成都市浩泰电子科技有限公司 Vehicle-mounted phased array antenna test method and device and electronic equipment
RU217728U1 (en) * 2023-02-07 2023-04-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА Российский технологический университет" In-phase antenna array with electronically adjustable radiation pattern

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7880675B1 (en) * 2008-12-16 2011-02-01 Ball Aerospace & Technologies Corp. Multipath mitigation
RU2495447C2 (en) * 2011-11-15 2013-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Beam forming method
EP3092508A1 (en) * 2014-01-09 2016-11-16 Fincantieri S.p.A. Bistatic radar
RU2634735C1 (en) * 2016-06-08 2017-11-03 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Determination method of amplitude-phase distribution in aperture of phased antenna array
RU2644456C1 (en) * 2016-12-30 2018-02-12 Алексей Вадимович Литвинов Method of forming the expanded diagrams of the a phase antenna direction lattice

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7880675B1 (en) * 2008-12-16 2011-02-01 Ball Aerospace & Technologies Corp. Multipath mitigation
RU2495447C2 (en) * 2011-11-15 2013-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Beam forming method
EP3092508A1 (en) * 2014-01-09 2016-11-16 Fincantieri S.p.A. Bistatic radar
RU2634735C1 (en) * 2016-06-08 2017-11-03 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Determination method of amplitude-phase distribution in aperture of phased antenna array
RU2644456C1 (en) * 2016-12-30 2018-02-12 Алексей Вадимович Литвинов Method of forming the expanded diagrams of the a phase antenna direction lattice

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
М.В. ИНДЕНБОМ, Р.Л. МАХЛИН. РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ С ЦИФРОВОЙ ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ АКТИВНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКОЙ КАК ПЕРСПЕКТИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ КРУГОВОГО ОБЗОРА. ВЕСТНИК КОНЦЕРНА ВКО "АЛМАЗ-АНТЕЙ", номер 3, 2017, стр. 37-45. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113655298A (en) * 2021-09-18 2021-11-16 成都市浩泰电子科技有限公司 Vehicle-mounted phased array antenna test method and device and electronic equipment
RU217728U1 (en) * 2023-02-07 2023-04-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА Российский технологический университет" In-phase antenna array with electronically adjustable radiation pattern

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3352299B1 (en) Wideband beam broadening for phased array antenna systems
US7864112B2 (en) Beam-forming antenna with amplitude-controlled antenna elements
Chen et al. Low-sidelobe single-sideband time-modulated phased array using stepped waveforms with different amplitudes
CN111106858B (en) Device and method for wireless power transmission based on antenna array design
Aboul-Seoud et al. A conformal conical phased array antenna for modern radars
Mishra et al. Reconfigurable metasurfaces for radar and communications systems
CN111929646A (en) Beam scanning ground penetrating radar system and intelligent beam scanning detection method
US5124712A (en) Method of forming the radiation pattern of a high efficiency active antenna for an electronically-scanned radar, and an antenna implementing the method
Buehrer et al. Weight selection for pattern control of paraboloidal reflector antennas with reconfigurable rim scattering
RU2713103C1 (en) Method of generating beam pattern of transmitting active antenna array and axisymmetric active phased antenna array based thereon
Park et al. Sidelobe suppression beamforming using tapered amplitude distribution for a microwave power transfer system with a planar array antenna
US10741917B2 (en) Power division in antenna systems for millimeter wave applications
Cai et al. Three-Dimensional flat-top beam shaping for planar antenna arrays based on the method of maximum power transmission efficiency
Balderas et al. Time-modulated concentric ring antenna array for a wide coverage pattern
CN106299726A (en) A kind of implementation method of phased array uniform speed scanning based on arcsine clock
Shi-wen et al. A review of the four dimension antenna arrays
RU2573715C1 (en) Method of forming beam pattern of double-ring digital phased antenna array
Kenane et al. Nonuniform circular array synthesis for low side lobe level using dynamic invasive weeds optimization
Ram et al. Non-Ideal Switching-Based Design of Directional Time-Modulated Linear Antenna Arrays for Beam Steering in Arbitrary, Multiple and User-Defined Directions Using Cultural Algorithms
Zheng et al. Synthesis of pencil-beam patterns with time-modulated concentric circular ring antenna arrays
Yang et al. The four dimensional linear antenna arrays
Nosier et al. A novel optimized conical antenna array structure for back lobe cancellation of uniform concentric circular antenna arrays
Marzuki et al. Directional of Arrival (DOA) Estimation Using Reconfigurable Metasurface for RIS Communication
Nepa et al. Near-field focused antennas: from optics to microwaves
Mitchell et al. A multiple-beam multiple-frequency spherical lens antenna system providing hemispherical coverage