mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2020-8-6-54-62mireabulletin-258Research ArticleСОВРЕМЕННЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫMODERN RADIO ENGINEERING AND TELECOMMUNICATION SYSTEMSВыбор расположения излучателей в неэквидистантной антенной решеткеSelection of location of radiators in a non-equivident antenna arrayhttps://orcid.org/0000-0003-1242-5113ЛегкийН. М.LegkiyN. M.

Легкий Николай Михайлович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой инженерной экологии техносферы Института радиотехнических и телекоммуникационных систем ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет»

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Scopus AuthorId 56178415900

Nikolay M. Legkiy, Dr. Sci. (Engineering), Associate Professor, Head of the Department ofEnvironmental Engineering, Institute of Radio Engineering and Telecommunication Systems

78, Vernadskogo Pr., Moscow, 119454

Scopus AuthorId 56178415900

legki@mirea.ruМихеевН. В.MikheevN. V.

Михеев Николай Владимирович, аспирант кафедры радиоэлектронных систем и комплексов экологии Института радиотехнических и телекоммуникационных систем ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет»

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Nikolay V. Mikheev, Postgraduate Student, Department of Radio-Electronic Systems and Complexes, Institute of Radio Engineering and Telecommunication Systems

78, Vernadskogo Pr., Moscow, 119454

МИРЭА – Российский технологический университетРоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian Federation202017122020865462Copyright © Легкий Н.М., Михеев Н.В., 20202020Легкий Н.М., Михеев Н.В.Legkiy N.M., Mikheev N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/258

Антенны являются одним из основных элементов радиотехнических систем. Фазированные антенные решетки (ФАР), позволяющие регулировать направление излучения благодаря возможности управления фазами или разностями фаз излучаемого сигнала, являются наиболее эффективными типами антенн. Размер, конструкция и форма ФАР зависят от решаемых задач, типа излучателей и характера их расположения. В статье рассматривается преобразование эквидистантной ФАР в неэквидистантную решетку с заданным минимальным расстоянием между излучателями с целью уменьшения уровня боковых лепестков и подавления дифракционных максимумов. Приведены модель неэквидистантной антенной решетки и расчетные формулы для ее анализа. Представленная в работе методика, основанная на итерационных методах вычислений, дает возможность выбрать основные параметры неэквидистантной ФАР с учетом связей, образующихся между соседними излучающими элементами. Расчет координат расположения элементов излучателей неэквидистантной ФАР осуществлен в программе на языке MATLAB. При этом реализован метод поиска оптимального расположения излучателей относительно друг друга, при котором диаграмма направленности антенной решетки будет иметь минимальный уровень дифракционных максимумов и требуемый уровень боковых лепестков. По результатам выполнения программы получены координаты новой неэквидистантной ФАР. Смоделированная по результатам расчета неэквидистантная фазированная антенная решетка показала полное отсутствие дифракционных максимумов в отличие от эквидистантной решетки, но при этом не удалось в достаточной мере получить требуемый уровень боковых лепестков. Приведенные для сравнения расчетные диаграммы направленности антенн показали преимущества неэквидистантной антенной решетки.

Antennas are one of the main elements of radio engineering systems. Phased antenna arrays (PAR), which make it possible to regulate the direction of radiation due to the ability to control the phases or phase differences of the emitted signal, are the most effective types of antennas. The size, design and shape of the PAR depend on the tasks to be solved, the type of emitters and the nature of their location. The article discusses the transformation of an equidistant PAR into a non-equidistant antenna array in order to reduce the level of side lobes and suppress diffraction maxima with a given minimum distance between the emitters. A model of a non-equidistant antenna array and calculation formulas for its analysis are presented. The method presented in the work based on iterative calculation methods makes it possible to select the main parameters of a non-equidistant PAR taking into account the bonds formed between neighboring radiating elements. The coordinates of the emitter elements of the non-equidistant PAR were calculated in a program using the MATLAB language. At the same time, a method was implemented to search for the optimal arrangement of emitters relative to each other, in which the directional pattern of the antenna array will have a minimum level of diffraction maxima and the required level of side lobe. According to the results of the program execution, the coordinates of the new non-equidistant PAR were obtained. The non-equidistant phased array antenna simulated according to the calculation results showed a complete absence of diffraction maxima, in contrast to the equidistant array, but it was not possible to sufficiently obtain the required level of side lobes. The calculated antenna radiation patterns presented for comparison showed the advantages of a non-equidistant antenn array.

фазированная антенная решетканеэквидистантная антенная решеткадиаграмма направленностисинтез антенной решеткиминимаксный уровень боковых лепестковоптимизация конструкции антенныphased antenna arraynon-equidistant antenna arraydirectional patternantenna array synthesisminimax side lobe levelantenna design optimizationReferencesХансен Р.С. Фазированные антенные решетки. М.: Техносфера, 2012. 560 с. ISBN 978-5-94836-323-3Hansen R.S. Fazirovannye antennye reshetki (Phased antenna arrays). Moscow: Tekhnosfera; 2012. 560 p. (in Russ.). ISBN 978-5-94836-323-3 [Hansen R.S. Phased antenna arrays. New York: Wiley; 2009. 550 p.]Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток, под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радиотехника, 2012. 744 с. ISBN 978-5-88070-311-1Ustroistva SVCh i antenny. Proektirovanie fazirovannykh antennykh reshetok (Microwave devices and antennas. Design of phased antenna arrays, ed. D.I. Voskresensky. Moscow: Radiotekhnika; 2012. 744 p. (in Russ.). ISBN 978-5-88070-311-1Гончаров В.А. Синтез антенных решеток со стабильной диаграммой направленности применительно к задачам обнаружения. Материалы Международной научно-технической конференции «INTERMATIC – 2012», часть 5, 3–7 декабря 2012 г. М.: МИРЭА. С. 182-187.Goncharov V.A. Synthesis of antenna arrays with a stable directional diagram for detection problems. In: Proc. of the International Scientific and Technical Conference «INTERMATIC–2012», part 5, 3 - 7 December 2012. Moscow: MIREA Publishing House. P. 182-187 (in Russ.).Федосеева Е.В., Тарасов А.А. Исследование метода синтеза неэквидистантной равноамплитудной антенной решетки. Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2011;3:4-8.Fedoseeva E.V., Tarasov A.A. Research of a method of synthesis unequally spaced and with identical amplitude antenna arrays. Radiotehnicheskie i telekommunikacionnye system = Radio and telecommunication systems. 2011;3:4-8 (in Russ.).Анпилогов В., Эйдус А. Неэквидистантная антенная решетка с низким уровнем боковых лепестков. Технологии и средства связи. 2017;2(119):40-43.Anpilogov V., Eidus A. A non-equidistant antenna array with a low level of side lobes. Tehnologii i sredstva svjazi = Communication technologies & equipment. 2017;2(119):40-43 (in Russ.).Жуков В.Б. Синтез неэквидистантной гидроакустической антенной решетки. Гидроакустика. 2016;28(4):5-9.Zhukov V.B. Synthesis of tapered sonar array. Gidroakustika = Hydroacoustics. 2016;28(4):5-9 (in Russ.).Березин А.В., Виноградов А.Д., Михин А.Ю., Никитенко Е.П. Способы построения и параметры широкодиапазонных пеленгаторных неэквидистантных линейных антенных решеток. Антенны. 2018;5(249):21-30.Berezin A.V., Vinogradov A.D., Mikhin A.Yu., Nikitenko E.P. Methods of construction and parameters of wideband direction finding density tapered liner antenna array. Antenny = Antennas. 2018;5(249):21-30 (in Russ.).Кирпичева И.А. Уменьшение уровня бокового излучения в равноамплитудных антенных решетках при сохранении направленных свойств. В сборнике: Физико-математическое моделирование систем. Материалы XVIII Международного семинара. Часть 2. 2018. С. 54-59.Kirpicheva I.A. Decrease of side radiation level in equally amplitude antenna array direction characteristics. In: Physical and mathematical modeling of systems. Proc. of the XVIII International Seminar. V. 2. 2018. P. 54-59 (in Russ.).Костин М.С., Латышев К.В., Марков Д.В. Мобильный комплекс радиолокационного мониторинга на синхронизированной системе БПЛА. В сборнике: Радиолокация и связь – перспективные технологии. Материалы XVI Всероссийской молодежной научно-технической конференции. 2018. С. 32-37.Kostin M.S., Latyshev K.V., Markov D.V. Mobile complex for radar monitoring on a synchronized UAV system. In: Radar and communication – promising technologies. Proc. of the XVI All-Russian youth scientific and technical conference. 2018. P. 32-37 (in Russ.).Тюваев А.Н., Маничев А.О. Эффективные методы расширения луча неэквидистантной спиральной фазированной антенной решетки. Антенны. 2013;1(188):051-056.Tyuvaev A.N., Manichev A.O. Effective methods of beam expansion tof a non-equidistant spiral phased antenna array. Antenny = Antennas. 2013;1(188):051-056 (in Russ.).Останков А.В., Кирпичёва И.А. Оптимизация направленных свойств линейных неэквидистантных антенных решеток. Вестник Воронежского государственного технического университета. 2013;9(4):8-11Ostankov A.V., Kirpicheva I.A. Optimization of directional properties of linear non-equidistant antenna arrays. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = The Bulletin of Voronezh State Technical University. 2013;9(4):8-11 (in Russ.).Останков А.В., Антипов С.А., Сахаров Ю.С. Минимаксный уровень бокового излучения равноамплитудной неэквидистантной антенной решетки. Вестник Воронежского государственного технического университета. 2013;9(6-3):10-12.Ostankov A.V., Antipov S.A., Sakharov Yu.S. Minimax level of side radiation of the non-equidistant antenna array with the uniform amplitude distribution. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = The Bulletin of Voronezh State Technical University. 2013;9(6-3):10-12 (in Russ.).Шкодина А.П. Применение методов углового сверхразрешения в неэквидистантной линейной антенной решетке пассивного радиолокатора. Молодежный научно-технический вестник. 2014;10:1. URL: http://sntbul.bmstu.ru/doc/737417.htmlShkodina A.P. Application of angular superresolution methods in a non-equidistant linear antenna array of a passive radar. Molodezhnyi nauchno-tekhnicheskii vestnik. 2014;10:1 (in Russ.). URL: http://sntbul.bmstu.ru/doc/737417.htmlШипилов С.Э., Сатаров Р.Н., Якубов В.П., Цепляев И.С., Юрченко А.В. Планарная неэквидистантная тактированная сверхширокополосная антенная решетка для радиотомографии. Контроль. Диагностика. 2013;13:45-49.Shipilov S.E., Satarov R.N., Yakubov V.P., Tseplyaev I.S., Yurchenko A.V. Planar non-equidistant UWB clocked liner antenna array for radio tomography. Kontrol՚. Diagnostika = Testing. Diagnostics. 2013;13:45-49 (in Russ.)Lutsenko V.I., Popov I.V., Lutsenko I.V., Luo Y., Mazurenko A.V. Nonequidistant two-dimensional antenna arrays are based on magic squares. In: 2016 9th International Kharkiv Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves (MSMW): Proc. Kharkov, Ukraine, 21–24 June 2016. https://doi.org/10.1109/MSMW.2016.7538080Lutsenko V.I., Popov I.V., Lutsenko I.V., Luo Y., Mazurenko A.V. Nonequidistant two-dimensional antenna arrays are based on magic squares. In: 2016 9th International Kharkiv Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves (MSMW): Proc. Kharkov, Ukraine, 21–24 June 2016. https://doi.org/10.1109/MSMW.2016.7538080Shabunin S., Chechetkin V.A., Klygach D., Ershov A. Non-equidistant antenna array with low level of side lobes. In: 2016 IEEE 6th International Conference on Communications and Electronics (ICCE). IEEE ICCE 2016. P. 230-233. https://doi.org/10.1109/CCE.2016.7562641Shabunin S., Chechetkin V.A., Klygach D., Ershov A. Non-equidistant antenna array with low level of side lobes. In: 2016 IEEE 6th International Conference on Communications and Electronics (ICCE). IEEE ICCE 2016. P. 230-233. https://doi.org/10.1109/CCE.2016.7562641Skiena S.S. The Algorithm design manual. Springer Publishing Company; 2008. 752 p.Skiena S.S. The Algorithm design manual. Springer Publishing Company; 2008. 752 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.