АЛГОРИТМ ФОРМИРОВАНИЯ РАСШИРЕННОЙ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
Аннотация
Проведен анализ существующих методов синтеза антенн по заданной диаграмме на-
правленности, в которых формируемая диаграмма направленности представляет собой
сумму парциальных лучей. Установлено, что в данных методах организован итерационный
процесс, на каждом шаге которого к уже сформированному лучу добавляется новый до-
полнительный луч. При этом для определения параметров дополнительного луча использу-
ют алгоритмы поисковой оптимизации. Существование данных методов позволяет от-
дельно рассматривать алгоритмы определения параметров дополнительных лучей на каждом шаге итерационного процесса, как процессы решения самостоятельных задач. Раз-
новидность такой задачи –поиск параметров дополнительных лучей для формирования
одномерно расширенной диаграммы направленности. Предложен и обоснован аналитиче-
ский алгоритм формирования одномерно расширенного луча линейной антенны, представ-
ляемый в виде суммы трех более узких парциальных лучей после определения двух неизвест-
ных параметров: угла разведения дополнительных лучей и комплексной амплитуды этих
лучей. Получены соотношения, позволяющие свести задачу формирования расширенного
луча линейной антенны к задаче оптимизации выражения по одному параметру – углу раз-
ведения дополнительных лучей относительно центрального. Показано, что второй иско-
мый параметр – комплексная амплитуда дополнительного луча определяется аналитиче-
ски. При этом установлено, что выбор искомых параметров задачи оптимизации должен
осуществляться исходя из требований к максимизации коэффициента направленного дей-
ствия. После решения оптимизационной задачи амплитудно-фазовое распределение в рас-
крыве линейной антенны представляется в виде суперпозиции трех амплитудно-фазовых
распределений для формирования соответствующих парциальных лучей. При этом показа-
но, что алгоритм имеет ограничения, связанные с расширением лучей, поскольку реализуе-
мость требований связана с шириной используемых парциальных лучей. В связи с этим
указано, что предложенный алгоритм следует рассматривать как составную часть ите-
рационного процесса, на каждом шаге которого происходит дополнительное расширение
луча. Представлены результаты реализации предложенного алгоритма при формировании
нескольких расширенных лучей, которые подтверждают работоспособность предложен-
ного алгоритма.
Литература
devices and antennas. Design of phased array antennas], ed. by D.I. Voskresenskogo. Moscow:
Radiotekhnika. 2003, 632 p.
2. Dvorkovich V.P., Dvorkovich A.V. Okonnye funktsii dlya garmonicheskogo analiza signalov
[Window functions for harmonic signal analysis]. Moscow: Tekhnosfera. 2014, 112 p.
3. Ayzenberg G.Z., Tereshin O.M., Yampol'skiy V.G. Antenny UKV [Antennas VHF]. T. 2. Moscow:
Svyaz', 1997, 288 p.
4. Markov G.T., Sazonov D.M. Antenny [Antennas]. Moscow: Energiya. 1975, 528 p.
5. Kautz G.M. Phase-only shaped beam synthesis via technique of approximated beam addition,
IEEE Trans. on Antennas and Prop., 1999, Vol. 47, May 5, pp. 887-894.
6. Gribanov A.N. Effektivnyy metod fazovogo sinteza odnomerno rasshirennykh luchey v
fazirovannoy antennoy reshetke [An effective method for phase synthesis of onedimensionally
expanded beams in a phased antenna array], Antenny [Antennas], 2007, No. 6
(121), pp. 26-29.
7. Gribanov A.N., Moseychuk G.F., Titov A.N. Fazovyy sintez rasshirennykh luchey FAR
metodom veernykh partsial'nykh diagramm [Phase synthesis of extended phased array beams
using the partial fan diagram method], Antenny [Antennas], 2008, No. 9 (136), pp. 15-20.
8. Bakhrakh L.D., Kremenetskiy S.D. Sintez izluchayushchikh sistem (teoriya i metody rascheta)
[Synthesis of radiating systems (theory and calculation methods)]. Moscow: Sov. radio, 1974,
232 p.
9. Zelkin E.G., Sokolov V.G. Metody sinteza antenn: Fazirovannye antennye reshetki i antenny s
nepreryvnym raskryvom [Antenna synthesis methods: Phased array antennas and continuous
aperture antennas]. Moscow: Sov. Radio. 1980, 296 p.
10. Minkovich B.M., Yakovlev V.P. Teoriya sinteza antenn [Antenna synthesis theory]. Moscow:
Sovetskoe radio. 1969, 296 p.
11. Zelkin E.G., Kravchenko V.F. Zadachi sinteza antenn i novye metody ikh resheniya [Antenna
synthesis problems and new methods for solving them]. Book 1. Moscow: IPRZhR. 2002, 72 p.
12. Zelkin E.G. Postroenie izluchayushchey sistemy po zadannoy diagramme napravlennosti
[Construction of a radiating system according to a given radiation pattern]. Moscow:
Gosenergoizdat. 1963, 272 p.
13. Litvinov A.V., Mishchenko S.E., Shatskiy V.V. Metod amplitudno-fazovogo sinteza antennoy
reshetki na osnove upravleniya veerom neidentichnykh partsial'nykh luchey [Method of amplitude-
phase synthesis of an antenna array based on control of a fan of non-identical partial
beams], Radiotekhnika i elektronika [Radiotehnika i elektronika], 2017, Vol. 62, No. 10, pp
955-963. DOI: 10.30898/1684-1719.2018.8.8.
14. Litvinov A.V., Mishchenko S.E., Shatsky V.V., Shelkoplyasov S.A. Method of amplitude-phase
synthesis the planar antenna arrays on the principle of the partial beams with adjustable beamwidth,
2017 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW), Divnomorskoe,
Russia, 2017, pp. 331-333. DOI: 10.1109/RSEMW.2017.8103665.
15. Litvinov A.V., Mishchenko S.E., Shatskiy V.V. Metod fazovogo sinteza antennoy reshetki po
printsipu upravleniya prostranstvennymi polozheniyami partsial'nykh luchey [Method of phase
synthesis of an antenna array based on the principle of controlling the spatial positions of partial
beams], Antenny [Antennas], 2014, No. 7, pp. 23-29.
16. Bezuglov A.A., Litvinov A.V., Mishchenko S.E., Shatskiy V.V. Metod mnogokriterial'nogo
sinteza antennykh reshetok na osnove funktsionala energeticheskoy optimizatsii i upravleniya
veerom partsial'nykh luchey [Method of multicriteria synthesis of antenna arrays based on the
functional of energy optimization and control of a fan of partial rays], Radiotekhnika i
elektronika [Radiotehnika I elektronika], 2018, Vol. 63, No.. 7, pp. 711-719. DOI: 10.
17. Karpenko A.P. Sovremennye algoritmy poiskovoy optimizatsii. Algoritmy, vdokhnovlennye
prirodoy [Modern search engine optimization algorithms. Algorithms inspired by nature].
Moscow: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2014, 272 p.
18. Nazarov A.N., Loskutov A.I. Neyrosetevye algoritmy prognozirovaniya i optimizatsii system
[Neural network algorithms for forecasting and optimization of systems]. Saint Petersburg:
Nauka i tekhnika. 2003, 384 p.
19. Cen L., Yu Z.L., Ser W., and Cen W. Linear Aperiodic Array Synthesis Using an Improved Genetic
Algorithm, IEEE Trans. On Antennas and Propagation, 2012, Vol. 60, No. 2, pp. 895-902.
20. Rutkovskaya D., Pilin'skiy M., Rutkovskiy L. Neyronnye seti, geneticheskie algoritmy i
nechetkie sistemy [Neural networks, genetic algorithms and fuzzy systems]. Moscow:
Goryachaya liniya – Telekom. 2006, 452 p.
21. Litvinov A.V., Mishchenko S.E., Pomysov A.S., Shatskiy V.V., Shelkoplyasov S.A. Sposob
formirovaniya rasshirennoy diagrammy napravlennosti fazirovannoy antennoy reshetki [Method
for forming an extended radiation pattern of a phased array antenna]. Patent RF
No. 2644456, MPK H01Q 3/26, prior. 30.12.2016 g., published 12.02.2018. Bull. No. 5.
