ВОССТАНОВЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК НАПРАВЛЕННОСТИ АКТИВНЫХ ФАР ПРИ ОТКАЗАХ АКТИВНЫХ МОДУЛЕЙ И НЕМОНОХРОМАТИЧЕСКОМ СИГНАЛЕ

July 9, 2012 by admin Комментировать »

Гостюхин А. В. Московский авиационный институт Волоколамское ш., 4, Москва 125993, Россия тел: 095-1584740; e-mail:antenna@mai.ru

Аннотация На основе компенсационного метода рассмотрено восстановление характеристик направленности активных ФАР при случайных отказах активных модулей и линейно-частотном модулированном сигнале. Проведено сравнение полученных результатов со случаем прохождения через антенную решетку монохроматического сигнала.

I.    Введение

В радиосистемах с активными ФАР (АФАР) случайный выход из строя активных модулей (AM) приводит к ухудшению их потенциальных возможностей. Учитывая взаимосвязь между параметрами АФАР и сигнала, при восстановлении характеристик направленности АФАР [1] необходимо учитывать особенности прохождения через антенную решетку (АР) сложных видов сигналов.

II.   Основная часть

Fig.1. Antenna array and coordinate system chosen

Из-за наличия в каждом канале АФАР активных модулей при больших размерах АР вероятность их выхода из строя (отказа) при эксплуатации повышается. Эффект таких отказов выражается в искажении диаграммы направленности (ДН), снижении потенциала, ухудшении отношения сигнал/шум. В [1] приведены результаты исследования характеристик АФАР при отказах AM (излучателей) и их восстановления в реальном масштабе времени на основе коррекции амплитуд и фаз токов (полей) соседних работоспособных излучателей для случая монохроматического сигнала.

Рассмотрим влияние на характеристики направленности АФАР отказов AM при линейно-частотно модулированных (ЛЧМ) импульсных сигналах. Активную ФАР с ЛЧМ сигналом можно рассматривать в качестве характерного примера АР с сигналами общего, более широкого класса.

Puc. 2. ДН АФАР в угломестной плоскости Fig. 2. APAA far field pattern in elevation plane

Пусть полная девиация частоты 2ffl = 100 МГц, база сигнала 2ffli = 100 (т длительность импульса) и центральная частота заполнения импульса 2fo = 109 Гц. В связи со сложностью аналитического решения, оценку влияния отказов AM АФАР с ЛЧМ сигналами на характеристики антенной решетки проведем численным методом на частотах п составляющих спектра.

Результирующие ДН АР определим усреднением характеристик направленности от каждой n-ой составляющей спектра с использованием общих соотношений [1] путем численного моделирования с использованием системы MathCAD. Полученные результаты, для подтверждения достоверности, сравним с результатами определения ДН антенной решетки с ЛЧМ импульсными сигналами на основе принципа "пространственно-частотной эквивалентности " [2].

Примем форму раскрыва АФАР прямоугольной с числом излучателей (Nx+1)x(Ny+1)=21-21=441, рис.1. Расчетные ДН АФАР по мощности при отказе 4% AM, шаге решетки dx=0,6X, dy=0,3X, уровне боковых лепестков (УБЛ) ^=-40 дБ и ЛЧМ импульсном сигнале приведены на рис.2. На рисунке приняты обозначения: С90, С90о, СЭОокф ДН в угломестной плоскости (ф=90°) до отказов AM, при отказах и амплитуднофазовой компенсации, применяя половинную амплитудную и 30-ти градусную фазовую (v=30°) коррекцию отказавших излучателей соседними излучателями в столбце каждого отказа АР. Расчеты показывают, что ширина ДН при отказах AM меняется незначительно, однако УБЛ возрастает примерно на 10 дБ. Амплитудно-фазовая коррекция приводит фактически к полному восстановлению ДН в области бокового излучения в нижней ("предпочтительной") полусфере (9=0…-90°) при возрастании УБЛ в другой полусфере. Следует указать, что в диаграмме направленности АФАР без отказов AM (кривая С90) уровень боковых лепестков уменьшается, направления нулевых излучений "заплывают", что характерно для АР с широкополосными сигнала-ми [2] по сравнению со случаем монохроматического возбуждения. В азимутальной плоскости ДН восстанавливается при этом полностью [1].

Среднеквадратичный уровень (СКУ) боковых лепестков в различных плоскостях АР, соответствующий расчетным ДН с ЛЧМ сигналом (рис.2), показан на рис.З,а, где S, S0, S10k4>, Э20кф СКУ боковых лепестков при отсутствии отказов AM, при отказах и амплитудно-фазовой компенсации соответственно в нижней и верхней (9=0…90°) полусферах, ср угол наклона рассматриваемой плоскости относительно азимутальной (см. рис.1). Сравнение с расчетными данными той же АР с монохроматическим сигналом, рис.3,6, показывает стремление УБЛ в нижней полусфере к доотказному значению, что полностью проявляется при приближении рассматриваемой плоскости к угломестной (ср>75°) и связано с формой ДН АФАР при прохождении через нее сигнала с ограниченным спектром.

Рис. 3. СКУ боковых лепестков: (а) ЛЧМ сигнал; (б) монохроматический сигнал

Fig. 3. RMS side lobe level: (a) LFM signal;

(b) monochromatic signal

III. Заключение

Учет реальной формы сигнала в АФАР при восстановлении характеристик направленности показал их улучшение по одну сторону от главного максимума ДН.

IV. Список литературы

1.    Гостюхин А. В., Трусов В. Н. Коррекция характеристик направленности АФАР при отказах AM. Сб. Антенны,

2003,               вып. 3-4 (70-71), с. 15-23.

2.    Проблемы антенной техники / Под ред. Л. Д. Бахраха,

Д. И. Воскресенского М.: Радио и связь, 1989. 368 с.

RECONSTRUCTION THE DIRECTIONAL CHARACTERISTICS OF ACTIVE PHASE ANTENNA ARRAYS WITH FAILURED ACTIVE MODULES FOR UNMONOCHROMATIC SIGNAL

Gostuykhin A. V.

Moscow aviation institute Volokolamskoe 4, Moscow -125993, Russia

tel.: 095-1584740

Abstract Based on compensation method, the reconstruction of directional characteristics of active phase antenna arrays with random failures of active modules and operating with linear

–   frequency modulated signal are considered. Comparison is made of the results obtained with the case of monochromatic signal passing through an antenna array.

I.     Introduction

In radio engineering systems with active phase antenna arrays (APAA) the random failures of active modules result in a deterioration of their potential opportunities. So taking into account the relations between APAA and signal parameters, when reconstructing directional characteristics of APAA [1] it is necessary to take into consideration the features of the compound signal transmission through the APAA.

II.    Main part

The effect of failures is expressed in distortion of the far antenna pattern, decrease of potential, a deterioration of the signal-to-noise ration (SNR). In [1] the results of APAA characteristic analysis and their reconstruction in real time domain are listed for failures of active modules (AM). Analysis is made on the basis of correction the amplitude and phase of currents (fields) of the adjacent still operating radiators in the column for a case of a monochromatic signal.

Let’s consider the effect of AM failures on APAA directional characteristics for linear-frequency modulated (LFM) pulse signals. APAA with a LFM signal is considered to be the typical example of antenna array with the generalized signal of wider class. Due to complexity of analytical solution, the estimation of AM failure effects on APAA performance for LFM signals is performed by numerical calculation at n components of a spectrum.

Consider the rectangular APAA aperture with (Nx+1) x (Ny+1) = =21-21=441 radiators, as shown in fig.1. The APAA power far field patterns calculated for 4% AM failure, array spacing dx=0,6)v, dy=0,3)v and side lobe level (SLL) £=-40 dB for LFM pulsed signal with 2fflx = 100 and 2f0= 109 Hz are shown in fig.2. The notations C90 and C90o, depicted in fig.2 stand for APAA far field pattern in elevation plane without and with the failures, correspondingly. Whereas С90окф represents the latter case with amplitude-phase compensation on the basis of half amplitude and 30 degrees (v=30°) phase corrections in failure AM-s, made in the columns of every failured AM.

Root-mean-square (RMS) side lobe level (SLL) in the various APAA planes, corresponding to calculated far field patterns of fig.2 for LFM signal is shown in fig. 3,a. Here S and S0, S10K[t,

–    RMS SLL-s without and with AM failures, whereas S20K[t, is that with amplitude-phase compensation in upper and lower (9=0…90°) hemispheres, cpan inclination angle of an observed plane about azimuth plane (see fig. 1).

Calculated results for the same APAA but with a monochromatic signal are depicted in fig. 3,b. Comparison with previous case of LFM signal shows that RMS SLL in the lower hemisphere approaches to a no-failure level. It completely becomes apparent when the plane considered approaches the elevation plane (ф>75°) and is connected with far field shape of APAA operating with the signal having the bounded spectrum.

III.   Conclusion

The regard of the real signal form in active phased antenna array during the reconstruction of far field patterns showed their improvement on one side of a far field pattern main lobe.

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