Легкий Николай Михайлович - доктор технических наук, заведующий кафедрой инженерной экологии техносферы Института радиотехнических и телекоммуникационных систем
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
Nikolay M. Legkiy - D.Sc. (Engineering), Head of the Chair of Environmental Engineering of the Technosphere, Institute of Radio Engineering and Telecommunication Systems.
78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454
Унченко Иван Владимирович - аспирант кафедры радиоэлектронных систем и комплексов Института радиотехнических и телекоммуникационных систем; инженер КНИРИ.
119454, Москва, пр-т Вернадского, д.78; 249192, Калужская область, Жуков, ул. Ленина, 2
Ivan V. Unchenko - Postgraduate Student of the Chair of Radio Electronic Systems and Complexes, Institute of Radio Engineering and Telecommunication Systems, MIREA - RTU; Engineer of Kaluga RERI.
78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454; 2, Lenin st., Zhukov, Kaluga region, 249192
В статье изложены результаты исследования фазового и временного методов формирования диаграммы направленности фазированных антенных решеток. Проведен их сравнительный анализ на примере восьмиэлементной эквидистантной антенной линейки на базе широкополосных щелевых излучателей Вивальди. Рассмотрены практические реализации построения устройств формирования диаграмм направленности фазированных антенных решеток на фазовращателях для фазового метода формирования диаграммы и на линиях задержки. Приведены характеристики наиболее часто используемых в фазированных антенных решетках фазовращателей фирмы AnalogDevices и экспериментальных линий задержек, приведены их характеристики. Оценена широкополосность обоих типов антенных решеток на основе результатов проведенного математического моделирования. Отмечено, что фазовый метод формирования диаграммы направленности не получил большого распространения в широкополосных системах, что обусловлено наличием зависимости фазы сигнала от частоты и, как следствие, узким диапазоном работы фазовращателей. В линиях задержки время задержки для всех каналов не зависит от частотной составляющей сигнала, что позволяет говорить о сверхширополосности устройств формирования диаграммы направленности, построенных на принципах временной задержки. Показано, что максимальная длина пути задержки сигнала для крайних излучателей зависит только от максимального расчетного угла отклонения луча. Фазированные антенные решетки, построенные с использованием линий задержек, имеют не только большую широкополосность, но и большее затухание сигналов. При изготовлении фазированных антенных решеток с небольшим количеством антенных элементов в линейке использование линий задержек в качестве фазосдвигающих элементов дает значительный выигрыш в характеристиках при незначительном проигрыше в мощности.
The article presents the results of the study of phase and temporal methods in the formation of the direction diagram of phased antenna array, and carries out a comparative analysis using an eight-element equidistant antenna array based on Vivaldi wideband slot-hole emitters as example. The practical implementations of constructing devices for forming phased antenna array direction diagrams on phase shifters for the phase diagram generation method and on delay lines, for the temporal method, are considered. The characteristics of the most frequently used Analog Devices phase shifters in the phased antenna arrays, as well as experimental delay lines are given. The results of the mathematical modeling allowed estimating the bandwidth of both types of antenna arrays. Authors note that the phase method of beamforming is not widely used in broadband systems due to the dependence of the phase of a signal on the frequency and, as a consequence, the narrow range of operation of phase shifters. In delay lines, the delay time for all channels does not depend on the frequency component of the signal, which suggests that the beamforming devices based on the principles of time delay are ultra-wideband, and the maximum length of the signal delay path for extreme emitters depends only on the maximum calculated angle of beam deflection. Phased antenna arrays built using delay lines have not only greater bandwidth, but also greater attenuation of signals. In the manufacture of phased antenna arrays with a small number of antenna elements in the range, the use of delay lines as phase-shifting elements gives a significant gain in performance with a slight loss in power.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.