СИНТЕЗ КОЛЬЦЕВЫХ КОНЦЕНТРИЧЕСКИХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК

July 14, 2012 by admin Комментировать »

Воскресенский Д. И., Овчинникова Е. В. Московский авиационный институт (государственный технический университет) МАИ Волоколамское шоссе, д.4, Москва 125871, Россия Тел.: +7(095) 1584740; e-mail: voskr(S>mai.ru

Аннотация Рассмотрены две методики синтеза сканирующих кольцевых концентрических антенных решеток (ККАР) с использованием ряда Фурье-Бесселя и разложения Шлемильха.

I.  Введение

В наземных РЛС и системах связи необходимы фазированные антенные решетки (ФАР) с круговым обзором пространства в азимутальной плоскости. Одним из возможных способов реализации таких ФАР являются ККАР. Они позволяют осуществлять широкоугольное неискаженное сканирование в пределах 360° в азимутальной плоскости и не требуют коммутации излучающего раскрыва при сканировании. Преимуществом ККАР является возможность размещения излучателей с большим шагом без появления дифракционных максимумов, что дает возможность ослабить взаимодействие излучателей в решетке. Однако, ККАР с минимальным числом элементов имеют высокий уровень боковых лепестков (УБЛ). В докладе приводятся методики синтеза сканирующих ККАР, позволяющие обеспечить заданный УБЛ при сохранении центральной симметрии размещения излучателей.

II.  Основная часть

При синтезе ККАР подлежат определению радиусы колец, угловой шаг излучателей на кольцах, угловое смещение излучателя на каждом кольце, а также амплитуда и фаза излучателя. Задача упрощается, если считать фазовое распределение известным и соответствующим формированию луча в направлении ф=0,9=90°. В отличии от задач синтеза, рассмотренных ранее в литературе [1-6], здесь необходимо обеспечить азимутальную симметрию расположения излучателей. Эквидистантное расположение излучателей на кольцах позволяет осуществлять сканирование в широком секторе (360°) в азимутальной плоскости с сохранением УБЛ при сканировании.

В докладе приведено решение задачи синтеза для ККАР из непрерывных кольцевых излучателей. Применение известных методов дискретизации позволяет перейти от непрерывной к дискретной кольцевой излучающей системе. Численное исследование характеристик направленности ККАР показывает, что результаты синтеза, полученные для решетки из непрерывных кольцевых излучателей, могут быть использованы для дискретной решетки с малым шагом d<A74.

Рассматриваемые в докладе методики синтеза с использованием ряда Фурье-Бесселя и разложения Шлемильха, разработаны на основе метода парциальных диаграмм и позволяют определить параметры излучающей системы по заданной диаграмме направленности (ДН). При этом синтезируемая функция должна удовлетворять известным условиям из общей теории синтеза [1]. Разложение Шлемильха также накладывает ограничение на класс синтезируемых функций. Оно справедливо только для непрерывных функций. Разложение Фурье-Бесселя может быть применено и к кусочно-непрерывным функциям. Кроме того, синтезируемая функция при использовании метода парциальных диаграмм должна быть представлена в виде, удобном для разложения в ряд по функциям Бесселя первого рода нулевого порядка. Наиболее удобными функциями для разложения в ряд по функциям Бесселя являются цилиндрические функции. В докладе приведены примеры синтеза ККАР с ДН в виде цилиндрических функций Лр(х) первого и второго порядка. При синтезе ДН в виде ЛР -функции, с уменьшением УБП происходит одновременное расширение луча. Зависимость ширины луча и УБП от порядка А-функции приводится в таблице 1.

Таблица 1.

’Соотношение найдено приближенно

и справедливо для

решеток больших размеров, т.е. при радиусе максимального КОЛЬЦа Rmax»1-

Отличительной особенностью методик является форма центрального излучателя. При разложении функции в ряд Фурье-Бесселя отсутствует постоянная составляющая (центральный излучатель в решетке). В этом случае первым излучателем является кольцо минимального радиуса.

В докладе приводятся ДН ККАР с УБЛ=-18 и -24 дБ. Результаты численного исследования характеристик направленности показывают, что с уменьшением УБЛ возрастает число излучателей в решетке и значительно превышает минимальное. В таблице 2 приводятся результаты численного исследования характеристик направленности ККАР для разной ширины луча (2фо,7=1,5°,5°и 10°) и допустимого УБЛ=18дБ, при сканировании в пределах 360°.

o’

CM

d

УБЛ.дБ

N

Nmin

1,5°

0.25X

-18

20640

241

1,5°

0.5X

-18

10300

241

1,5°

X

-18

5131

241

0.25X

-18

1985

73

0.5X

-18

987

73

X

-18

487

73

10°

0.25X

-18

534

37

10°

0.5X

-18

286

37

10°

X

-18

131

37

*Значение, соответствует среднему боковому фону.

I.    Заключение

Таким образом, разработаны методики синтеза сканирующей ККАР по заданному УБЛ с использованием разложения Шлемильха и ряда Фурье-Бесселя.

Выявлена возможность минимизации УБЛ в ККАР путем увеличения числа элементов в системе. Показано увеличение числа элементов, по сравнению с минимальным, при обеспечении заданного максимального УБЛ и уровня бокового излучения. Установлены зависимости УБЛ от ширины луча и числа излучателей в ККАР.

Приведены примеры расчета концентрической дискретной системы излучателей с заданным УБЛ= 18 и -24 дБ.

II.   Список литературы

[1]  Зелкин Е. Г. Построение излучающей системы по заданной диаграмме направленности.

М.-Л., Энергоиздат, 1963.

[2]  Габриэльян Д. Д., Мищенко С. Е. Метод амплитуднофазового синтеза антенной решетки произвольной геометрии. Радиотехника и электроника, 1995, т. 40, № 7.

[3]  Мищенко С. Е., Землянский С. В. Амплитудно-фазовый синтез антенной решетки с произвольным размещением излучателей по заданной векторной диаграмме направленности. Материалы всероссийской конференции «Излучение и рассеяние ЭМВ», Таганрог, июнь 18-23, 2001 г.

[4]  P. Knight. Synthesizing The Radiation Pattern of Ring Aerial. Industrial Electron., 1963, V. 1, No. 10, pp. 538-543.

[5]  M. Vicente-Lozano, F. Ares-Pena, and E. Moreno. PencilBeam Pattern Synthesis with a Uniformly Exited Multi-Ring Planar Antenna, IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. 42, No. 6, December 2000.

[6] Дзюба В. И., Осипов Jl. В. Оптимизация размещения элементов антенной системы при центральносимметричном построении. Антенны: сб. статей. Вып. 37. Под ред. А. А. Леманского,М.: Радио и связь,1990.

SYNTHESIS OF CONCENTRIC RING ANTENNA ARRAYS

Voskresensky D. I., Ovchinnikova E. V.

Moscow State Aviation Institute (technical university) MAI, 4,Volokolamskoe shosse, Moscow 125871,Russia phone: (095) 1584740 e-mail: voskr&.mai.ru

Abstract -Two algorithms for synthesis the scanning concentric ring antenna-array (CRAA) using Fourier-Bessel and Shlemilkh transforms are considered.

I.  Introduction

Phased antenna-arrays (PAA) with all-around looking are necessary in ground-based radar and communication systems. One possible form of realization these PAA are the CRAA with wide-angle undistorted beam steering within 360°-azimuth sector which do not require commutation of radiating aperture when scanning. Application of CRAA gives a possibility to decrease number of antenna elements. However, CRAA using minimal number of controlled elements possess high side lobe level (SLL). Two algorithms for synthesis of CRAA with a given SLL are presented.

II.  Main part

Synthesizing the CRAA, it is necessary to find radii of rings, angular array spacing along rings, angular displacements of radiators on every ring and also amplitude and phase of each element. This problem can be simplified if the phase distribution is given by function, providing maximum far field pattern along the direction ф=0,9=90°. Presented algorithms for synthesis allow keeping the central symmetry of antenna element arrangement. Central symmetry of CRAA provides distortion-free, wide-angle scanning. But the solution is possible for a limited class of functions. Given pattern can be presented as a series of first kind 0th order Bessel functions. The patterns of CRAA with amplitude distribution Ap(x) providing the required SLL are described in the paper. Numerical calculations show that the SLL decrease leads to beam width and element number increase. The dependence of beam width on SLL is given in Table 1. The dependence of element number on SLL is given in Table 2.

III.  Conclusion

In conclusion, two algorithms of CRAA synthesis using Fourier-Bessel and Shlemilkh transforms are presented. The possibility of decrease SLL by means of increase the number of antenna elements is shown. Characteristics of CRAA with a given SLL are presented.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты