[go: up one dir, main page]

RU2691672C1 - Receiving multiplicative paa - Google Patents

Receiving multiplicative paa Download PDF

Info

Publication number
RU2691672C1
RU2691672C1 RU2018122678A RU2018122678A RU2691672C1 RU 2691672 C1 RU2691672 C1 RU 2691672C1 RU 2018122678 A RU2018122678 A RU 2018122678A RU 2018122678 A RU2018122678 A RU 2018122678A RU 2691672 C1 RU2691672 C1 RU 2691672C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
paa
arrays
multiplicative
elements
antenna
Prior art date
Application number
RU2018122678A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владимирович Васильев
Владимир Степанович Верба
Николай Васильевич Воробьев
Владимир Аркадьевич Грязнов
Вячеслав Алексеевич Михеев
Евгений Валентинович Попов
Сергей Васильевич Ягольников
Original Assignee
Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега"
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 "Концерн радиостроения "Вега" filed Critical Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега"
Priority to RU2018122678A priority Critical patent/RU2691672C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2691672C1 publication Critical patent/RU2691672C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: antenna equipment.
SUBSTANCE: invention relates to antenna engineering and can be used in communication and radar systems. Receiving multiplicative phased antenna array (PAA) consisting of antenna arrays, from the outputs of which signals are transmitted to the inputs of the multiplication system, is characterized by the fact that the PAA elements by random sampling are divided into equal parts by the number of arrays, wherein each array is sparse with random distribution of elements along the PAA aperture. All the arrays form a two-dimensional PAA of a given shape (rectangular, round, elliptical, etc.). Elements of the arrays fill the area of the aperture of the phased antenna array completely (without passing the grid nodes). As a result, the maximum level of side lobes of the multiplicative directivity pattern will be approximately equal to (-13.26 dB)L, where L is the number of sub-arrays forming a multiplicative PAA.
EFFECT: high gain of the antenna array at low level of side lobes (LSL) of the directional pattern (DP).
1 cl, 6 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates.

Изобретение фазированная антенная решетка (ФАР) относится к антенной технике и может быть использовано в радиолокации и системах связи.The invention of a phased array antenna (PAR) refers to antenna technology and can be used in radar and communication systems.

Уровень техникиThe level of technology

Известные устройства - корреляционная решетка Дрейна и антенны с многократными операциями коррелирования [1].The known devices are the Drain's correlation lattice and antennas with multiple correlation operations [1].

В качестве прототипа выбрана антенна, предназначенная, для достижения максимальной разрешающей способности при малом числе элементов [1,2]. Прототип представляет собой две взаимно перпендикулярные поперечно излучающие линейные антенные решетки с равномерным распределением элементов. Количество элементов одной решетки - N, второй решетки - М. Сигналы, получаемые при приеме каждой линейной антенной, перемножаются (антенны с перемножением сигналов так же называют мультипликативными антеннами [3]). В результате, если диаграммы направленности (ДН) обеих решеток F1(Θ, ϕ) и F2(Θ, ϕ), где Θ - меридиональный угол (угол места), ϕ - азимутальный угол, то после перемножения сигнал на выходе пропорционален F1(Θ, ϕ)×F2(Θ, ϕ), что соответствует сигналу от плоской двумерной решетки, состоящей из N × М элементов, длины сторон которой, равны длинам линейных равномерных взаимно перпендикулярных решеток.As a prototype, an antenna was chosen, designed to achieve maximum resolution with a small number of elements [1, 2]. The prototype consists of two mutually perpendicular transversely radiating linear antenna arrays with a uniform distribution of elements. The number of elements of one array is N, the second array is M. The signals received when each linear antenna is received are multiplied (antennas with signal multiplication are also called multiplicative antennas [3]). As a result, if the radiation patterns of both gratings F 1 (Θ, ϕ) and F 2 (Θ, ϕ), where Θ is the meridional angle (elevation angle), ϕ is the azimuth angle, then after multiplication the output signal is proportional to F 1 (Θ, ϕ) × F 2 (Θ, ϕ), which corresponds to a signal from a flat two-dimensional lattice consisting of N × M elements, the sides of which are equal to the lengths of linear uniform mutually perpendicular lattices.

Недостатками рассматриваемого устройства являются:The disadvantages of this device are:

- малый по сравнению с плоской двумерной решеткой коэффициент усиления, так как коэффициент направленного действия решетки пропорционален количеству элементов;- small compared to a flat two-dimensional lattice gain, since the directional coefficient of the lattice is proportional to the number of elements;

- высокий уровень боковых лепестков ДН, который при одинаковом усилении всех элементов решетки не может быть ниже -13,26 дБ, что не позволяет использовать эти антенны в радиолокационных системах. Снижение боковых лепестков ДН за счет создания спадающего к краям амплитудного распределения еще больше снижает коэффициент направленного действия (КНД) антенной системы.- a high level of side lobes of the DN, which with the same gain of all the elements of the lattice can not be below -13.26 dB, which does not allow the use of these antennas in radar systems. The reduction of the side lobes of the DN due to the creation of the amplitude distribution falling to the edges further reduces the directional coefficient (KND) of the antenna system.

Раскрытие изобретенияDISCLOSURE OF INVENTION

Техническим результатом изобретения является получение высокого коэффициента усиления антенной решетки при низком уровне боковых лепестков (УБЛ) диаграммы направленности (ДН).The technical result of the invention is to obtain a high gain antenna array with a low level of side lobes (UBL) radiation pattern (NAM).

Технический результат достигается тем, что в отличии от прототипа в котором, элементы антенных решеток равномерно распределены, и сигналы с выходов решеток, поступают на входы системы перемножения, в предлагаемом изобретении элементы ФАР по случайной выборки делятся на равные части по числу решеток, при этом каждая решетка является разреженной со случайным распределением элементов по апертуре ФАРThe technical result is achieved by the fact that, unlike the prototype in which, the elements of antenna arrays are evenly distributed, and the signals from the outputs of the arrays are fed to the inputs of the multiplication system, in the present invention, the PAR elements are randomly divided into equal parts by the number of arrays, the lattice is sparse with a random distribution of elements around the aperture of the PAR

Элементы каждой из решеток располагаются на плоской поверхности в узлах регулярной сетки (квадратной, прямоугольной или треугольной) случайным образом. Решетки образуют двумерную ФАР заданной формы (прямоугольную, круглую, эллиптическую и др.), а элементы решеток заполняют площадь апертуры ФАР полностью (без пропуска узлов сетки). Количество решеток выбирается с учетом требуемого уровня боковых лепестков и минимально допустимого отношения «сигнал/шум» на выходе решетки.The elements of each of the grids are arranged on a flat surface in the nodes of a regular grid (square, rectangular or triangular) in a random way. The gratings form a two-dimensional HEADLIGHT of a given shape (rectangular, circular, elliptical, etc.), and the grating elements fill the area of the HEADING aperture completely (without missing grid nodes). The number of grids is selected taking into account the required level of side lobes and the minimum allowable signal-to-noise ratio at the grid output.

На фиг. 1 показано положение центров элементов прямоугольной ФАР состоящей из 30×20 элементов, разбитой на 3 решетки, сигналы с выхода которых перемножаются. Положение центров элементов каждой решетки обозначено символами:

Figure 00000001
соответственно. Все расчеты производились для рабочей частоты 3000 МГц для изотропных приемных элементов.FIG. 1 shows the position of the centers of the elements of a rectangular HEADLIGHT consisting of 30 × 20 elements divided into 3 lattices, the signals from the output of which are multiplied. The position of the centers of the elements of each lattice is indicated by the symbols:
Figure 00000001
respectively. All calculations were made for an operating frequency of 3000 MHz for isotropic receiving elements.

На фиг. 2 (а, б, в) пунктиром показаны ДН каждой решетки в азимутальной плоскости, на фиг. 4 (а, б, в) - в угломестной плоскости. За направление с нулевым углом принято направление перпендикуляра к центру ФАР. Для сравнения на всех рисунках сплошной линией показана ДН всей ФАР при сложении сигналов с решеток (ДН аддитивной ФАР). Известно, что для разреженной ФАР ширина главного лепестка ДН зависит от полного размера апертуры [4], в результате она практически совпадает с шириной главного лепестка ДН каждой решетки. Средний УБЛ для разреженной решетки возрастает, при этом максимальный УБЛ может быть как больше, так и меньше максимального УБЛ для аддитивной ФАР и зависит от положения элементов в разреженной решетке. Результаты расчетов ДН, приведены на графиках (фиг. 2, фиг. 4). Расчетами ДН подтверждено, что для мультипликативной прямоугольной ФАР с равноамплитудным распределением, состоящей из L решеток, сигналы которых перемножаются, максимальный УБЛ, приближается к уровню (-13,26 дБ)⋅L. На фиг. 3 и фиг. 5, приведены расчетные ДН мультипликативной ФАР в азимутальной и угломестной плоскости, соответственно, а на фиг. 6 двухкоординатная ДН этой мультипликативной ФАР.FIG. 2 (a, b, c) the dashed lines show the bottoms of each lattice in the azimuthal plane; in FIG. 4 (a, b, c) - in the elevation plane. For a direction with a zero angle, the direction of the perpendicular to the center of the HEADLIGHTS is taken. For comparison, in all figures the solid line shows the DN of the entire HEADLAMP when adding signals from the arrays (DN additive HEADLAMP). It is known that for a rarefied HEADLIGHT the width of the main lobe of the DN depends on the total size of the aperture [4], as a result it almost coincides with the width of the main lobe of the DN of each lattice. The average UBL for a rarefied lattice increases, while the maximum UBL can be either larger or smaller than the maximum UBL for the additive HEADLAMP and depends on the position of the elements in the rarefied lattice. The results of the NAM calculations are shown in graphs (Fig. 2, Fig. 4). Calculations of DNs confirmed that for a multiplicative rectangular headlight with equal amplitude distribution consisting of L arrays whose signals are multiplied, the maximum LLL approaches the level (-13.26 dB) L. FIG. 3 and FIG. 5, the calculated DN of the multiplicative PAR in the azimuthal and elevation planes, respectively, are presented, respectively, and FIG. 6 biaxial DN of this multiplicative PAR.

Описание чертежейDescription of the drawings

На фиг. 1 показано положение центров элементов прямоугольной ФАР состоящей из 30×20 элементов, разбитой на три решетки, сигналы с выходов которых перемножаются. Каждая решетка состоит из 200 элементов расставленных случайным образом по узлам регулярной прямоугольной сетки.FIG. 1 shows the position of the centers of elements of a rectangular HEADLIGHT consisting of 30 × 20 elements divided into three grids, the signals from the outputs of which are multiplied. Each lattice consists of 200 elements arranged randomly along the nodes of a regular rectangular grid.

На фиг. 2 (а, б, в) пунктирной линией показаны нормированные ДН трех решеток из которых состоит мультипликативная ФАР в азимутальной плоскости, сплошной линией - ДН обычной (аддитивной ФАР) с той же геометрией. Расчеты произведены для частоты сигнала 3000 МГц.FIG. 2 (a, b, c), the dotted line shows the normalized DNs of three lattices of which the multiplicative PAR in the azimuthal plane consists, the solid line is the DN of the ordinary (additive PAR) with the same geometry. Calculations are made for a frequency of 3000 MHz.

На фиг. 3 приведены ДН рассматриваемой мультипликативной ФАР (пунктирной линией) и, для сравнения, ДН аддитивной ФАР с той же геометрией (сплошной линией) в азимутальной плоскости.FIG. 3 shows the DN of the considered multiplicative PAR (dotted line) and, for comparison, the DN of additive PAR with the same geometry (solid line) in the azimuth plane.

На фиг. 4 (а, б, в) пунктирной линией показаны нормированные ДН трех решеток из которых состоит мультипликативная ФАР в азимутальной плоскости, сплошной линией - ДН обычной (аддитивной ФАР) с той же геометрией.FIG. 4 (a, b, c) the dotted line shows the normalized DNs of three lattices of which the multiplicative PAR in the azimuthal plane consists, the solid line is the DN of the ordinary (additive PAR) with the same geometry.

На фиг. 5 приведены ДН рассматриваемой мультипликативной ФАР (пунктирной линией) и, для сравнения, ДН аддитивной ФАР с той же геометрией (сплошной линией) в угломестной плоскости.FIG. 5 shows the DNs of the considered multiplicative PAR (dashed line) and, for comparison, the DN additive PAR, with the same geometry (solid line) in the elevation plane.

На фиг. 6. Показана двухкоординатная ДН мультипликативной ФАР, изображенной на фиг. 1.FIG. 6. The two-coordinate DN of the multiplicative HEADLIGHT shown in FIG. one.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Сигналы, принимаются и усиливаются решетками, элементы которых распределены по апертуре ФАР по случайному закону. В зависимости от рабочей частоты, требований к широкополосности сигнала, коэффициенту усиления и массогабаритным характеристикам в качестве элементов решеток могут использоваться различные типы антенн (диполи, логопериодические антенны, открытые концы волноводов, волноводные рупорные антенны и т.д.). Сигналы с выходов решеток поступают на входы системы перемножения. Перемножение сигналов может производиться как в цифровом виде, после предварительного аналого-цифрового преобразования, так и аналоговом виде, например, суммированием сигналов с выходов логарифмических усилителей.Signals are received and amplified by arrays, the elements of which are randomly distributed around the aperture of the HEADLIGHT. Depending on the operating frequency, signal bandwidth requirements, gain and mass-dimensional characteristics, various types of antennas can be used as grating elements (dipoles, log-periodic antennas, open waveguide ends, waveguide horn antennas, etc.). The signals from the outputs of the gratings are fed to the inputs of the multiplication system. Multiplication of signals can be done both in digital form, after preliminary analog-digital conversion, and in analog form, for example, by summing signals from the outputs of logarithmic amplifiers.

Библиографические данныеBibliographic data

1. Бененсон Л.С. Антенные решетки. М.: Советское радио, 1966. С. 307-309.1. Benenson L.S. Antenna arrays. M .: Soviet Radio, 1966. p. 307-309.

2. Сканирующие антенные системы СВЧ. Пер. с англ. Под ред. Г.Т. Маркова и А.Ф. Чаплина. М. Том 1. М.: Советское радио, 1966. С. 373-376.2. Scanning microwave antenna systems. Per. from English Ed. G.T. Markov and A.F. Chaplin. M. Volume 1. M .: Soviet Radio, 1966. p. 373-376.

3. Реутов А.П., Михайлов Б.А., Кондратенков Г.С., Бойко Б.В. Радиолокационные станции бокового обзора. М.: Советское радио, 1970. С. 65.3. Reutov A.P., Mikhailov B.A., Kondratenkov G.S., Boyko B.V. Side-looking radar stations. M .: Soviet Radio, 1970. p. 65.

4. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Нью-Йорк, 1970. Пер. с англ. К.Н. Трофимова. Том 2. Радиолокационные антенные устройства. Под ред. П.И. Дудника. М.: Советское радио, 1977. С. 157.4. Handbook of radar. Ed. M. Skolnik. New York, 1970. Trans. from English K.N. Trofimova. Volume 2. Radar antenna devices. Ed. P.I. Angelica M .: Soviet Radio, 1977. S. 157.

Claims (1)

Приемная мультипликативная фазированная антенная решетка (ФАР), состоящая из антенных решеток, с выходов которых сигналы поступают на входы системы перемножения, отличающаяся тем, что элементы ФАР по случайной выборке делятся на равные части по числу решеток, при этом каждая решетка является разреженной со случайным распределением элементов по апертуре ФАР.Receiving multiplicative phased antenna array (PAA) consisting of antenna arrays, from the outputs of which the signals arrive at the inputs of the multiplication system, characterized in that the PAR elements are randomly divided into equal parts according to the number of arrays, each lattice being sparse with a random distribution elements on the aperture PAR.
RU2018122678A 2018-06-21 2018-06-21 Receiving multiplicative paa RU2691672C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122678A RU2691672C1 (en) 2018-06-21 2018-06-21 Receiving multiplicative paa

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122678A RU2691672C1 (en) 2018-06-21 2018-06-21 Receiving multiplicative paa

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2691672C1 true RU2691672C1 (en) 2019-06-17

Family

ID=66947862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018122678A RU2691672C1 (en) 2018-06-21 2018-06-21 Receiving multiplicative paa

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2691672C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110620293A (en) * 2019-09-20 2019-12-27 上海无线电设备研究所 Sparse array antenna based on six-arm spiral array structure
CN116632561A (en) * 2023-07-19 2023-08-22 南京纳特通信电子有限公司 Design method of thin-fabric high-gain antenna array and storage medium

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020135513A1 (en) * 2001-03-22 2002-09-26 Paschen Dean Alan Distributed adaptive combining system for multiple aperture antennas including phased arrays
RU2366047C1 (en) * 2008-06-30 2009-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) Adaptive antenna array
RU2466482C1 (en) * 2011-03-16 2012-11-10 Дмитрий Давидович Габриэльян Adaptive antenna array
RU158426U1 (en) * 2015-05-26 2015-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" MULTI-BEAM SELF-FOCUSING ADAPTIVE ANTENNA ARRAY
US20170063156A1 (en) * 2015-08-25 2017-03-02 Ossia Inc. Systems and methods for improved phase determinations in wireless power delivery environments
EA026840B1 (en) * 2008-07-18 2017-05-31 Фазор Солюшнз Лимитед Phased array antenna and a method of operating a phased array antenna

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020135513A1 (en) * 2001-03-22 2002-09-26 Paschen Dean Alan Distributed adaptive combining system for multiple aperture antennas including phased arrays
RU2366047C1 (en) * 2008-06-30 2009-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) Adaptive antenna array
EA026840B1 (en) * 2008-07-18 2017-05-31 Фазор Солюшнз Лимитед Phased array antenna and a method of operating a phased array antenna
RU2466482C1 (en) * 2011-03-16 2012-11-10 Дмитрий Давидович Габриэльян Adaptive antenna array
RU158426U1 (en) * 2015-05-26 2015-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" MULTI-BEAM SELF-FOCUSING ADAPTIVE ANTENNA ARRAY
US20170063156A1 (en) * 2015-08-25 2017-03-02 Ossia Inc. Systems and methods for improved phase determinations in wireless power delivery environments

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110620293A (en) * 2019-09-20 2019-12-27 上海无线电设备研究所 Sparse array antenna based on six-arm spiral array structure
CN110620293B (en) * 2019-09-20 2021-06-11 上海无线电设备研究所 Sparse array antenna based on six-arm spiral array structure
CN116632561A (en) * 2023-07-19 2023-08-22 南京纳特通信电子有限公司 Design method of thin-fabric high-gain antenna array and storage medium
CN116632561B (en) * 2023-07-19 2023-09-19 南京纳特通信电子有限公司 Design method of thin-fabric high-gain antenna array and storage medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111710992B (en) A beam scanning method and device for arc-shaped array antenna based on equivalent linear array
CN1170972A (en) Spiral-Shaped Arrays for Broadband Imaging
RU2691672C1 (en) Receiving multiplicative paa
CN110095771A (en) Radar beam manufacturing process
FR2626980A1 (en) SECONDARY RADAR TRANSPONDER
US5900844A (en) Wide bandwidth antenna arrays
CN114128048B (en) Multi-beam receiving electronically steerable antenna
US9899745B2 (en) Low profile high efficiency multi-band reflector antennas
Rahardjo et al. Microstrip array antenna for X-band radar application
Dubovitskiy Practical design considerations for sparse antenna array using reflector antenna with continuously adjustable phase center displacement
Foster Antennas and UWB signals
US20240219552A1 (en) Mimo radar using a frequency scanning antenna
WO2020070735A1 (en) Two-dimensional phased array antenna
Iqbal et al. Grating lobe mitigation in wide and near horizon scanning linear arrays with one-wavelength element spacing
Mofrad et al. Comparison of antenna beam broadening methods for phased array radar applications
US20230057530A1 (en) Detection of weak signals of unknown parameters
RU2573715C1 (en) Method of forming beam pattern of double-ring digital phased antenna array
RU2682592C2 (en) Method of obtaining radiation pattern of uhf antenna array with frequency scanning
RU2701877C2 (en) Microwave array antenna design with frequency scanning
RU2713159C1 (en) Method of forming circular area of electronic scanning of cylindrical phased antenna array with increased rate of view
Gusevsky et al. A novel method for calculating radiation patters of phased array antennas with an icreased interelement spacing
RU142208U1 (en) ACTIVE PHASED ANTENNA ARRAY WITH SPATIAL PLACEMENT OF ELEMENTS
KR20110116834A (en) Linear tapered slot antenna with slot and array antenna
Bianchi et al. Design of linear arrays by employing randomly-overlapped subarrays
RU2526741C1 (en) Radar antenna with reduced scattering cross-section