Способ подавления боковых лепестков диаграммы направленности линейной фазированной антенной решетки
Владельцы патента RU 2431222:
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" (RU)
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для решения задачи подавления бокового излучения диаграмм направленности (ДН) линейных фазированных антенных решеток путем изменения лишь фаз возбуждений элементов ФАР. Техническим результатом предлагаемого способа подавления боковых лепестков ДН линейной фазированной антенной решетки является подавление боковых лепестков диаграммы направленности ФАР в широком угловом секторе. Сущность предлагаемого способа подавления боковых лепестков диаграммы направленности линейной фазированной антенной решетки состоит в оценке уровня исходной диаграммы направленности ФАР и выделении в раскрыве двух М-элементных подрешеток, расположенных на краях исходной. Введение в них фазовых поправок ±Δφ осуществляют со знаком минус для излучателей подрешетки, расположенной с одного края раскрыва и со знаком плюс с другого края раскрыва. Величины фазовых поправок ±Δφ для всех элементов подрешеток выбирают равными по абсолютному значению и из условия заданной величины подавления и ширины углового сектора подавления боковых лепестков. 3 ил.
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для решения задачи подавления бокового излучения диаграмм направленности (ДН) линейных фазированных антенных решеток путем изменения лишь фаз возбуждений элементов ФАР.
Известен способ [El-Azhary, M.S.Afifi, and P.S.Excell, A simple algorithm for sidelobe cancellation in a partially adaptive linear array, / IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. Ap-36, No.10, October 1988, pp.1484-1486.], в котором используются крайние элементы решетки для формирования достаточно широких областей подавления боковых лепестков ДН линейной ФАР. Суть этого способа заключается в добавлении на крайние элементы решетки противоположных по знаку, но равных по значению фазовых сдвигов. Косинусоидальная ДН, образуемая крайними элементами, может быть перемещена так, чтобы ее максимум совпал с направлением максимума подавляемого бокового лепестка. Амплитудная составляющая дополнительной ДН умножается на константу С, такую чтобы дополнительная ДН имела одинаковую амплитуду и противоположную по знаку фазу по отношению к подавляемому боковому лепестку ДН всей решетки.
Недостатками этого способа являются необходимость управления амплитудными коэффициентами при подавлении боковых лепестков, что неприемлемо для ФАР, содержащих фазовращатели, а также недостаточный уровень подавления боковых лепестков для фильтрации мощных помех.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является «Способ формирования нуля диаграммы направленности фазированной антенной решетки» [RU 2123743 С1, опубл. 20.12.1998 г.], основанный на оценке уровня ненормированной исходной диаграммы направленности N-элементной ФАР в направлении помехи, выделении двух адаптивных М-элементных подрешеток, расположенных на краях исходной, с учетом условия 2M≥f(θn), и введении фазовых поправок в элементы адаптивных подрешеток, причем фазовые поправки для m-ой от края пары излучателей (m=1, 2, …М) выбираются в соответствии с соотношением
где
λ, x0 - длина волны и шаг решетки;
θ - угол, отсчитываемый от нормали к раскрыву;
θ0, θп - направление главного максимума и помехи соответственно.
Знак минус в соотношении соответствует элементам левой адаптивной подрешетки, а знак плюс - правой.
Недостатком известного способа является то, что подавление бокового излучения гарантируется лишь в узком угловом секторе.
Техническим результатом предлагаемого способа подавления боковых лепестков ДН линейной фазированной антенной решетки является подавление боковых лепестков диаграммы направленности ФАР в широком угловом секторе.
Сущность предлагаемого способа подавления боковых лепестков диаграммы направленности линейной фазированной антенной решетки состоит в оценке уровня исходной диаграммы направленности ФАР и выделении в раскрыве двух М-элементных подрешеток, расположенных на краях исходной. Введение в них фазовых поправок ±Δφ осуществляют со знаком минус для излучателей подрешетки, расположенной с одного края раскрыва и со знаком плюс с другого края раскрыва.
Новым в заявляемом изобретении является то, что величины фазовых поправок ±Δφ для всех элементов подрешеток выбирают равными по абсолютному значению и из условия заданной величины подавления и ширины углового сектора подавления боковых лепестков.
На фиг.1 приведены примеры пар фазовых распределений на излучателях линейной фазированной антенной решетки, формирующих провалы в диаграмме направленности. Знаком "+" обозначены излучатели с дополнительной фазой +Δφ, знаком "-" излучатели с дополнительной фазой -Δφ, а символом "0" излучатели, фаза которых не изменяется. Одно из пары фазовых распределений формирует провалы с одной стороны относительно луча, другое - с противоположной стороны.
а) - соответствует случаю М=1;
б) - соответствует случаю М=2;
в) - соответствует случаю М=3;
На фиг.2 - диаграммы направленности линейной фазированной антенной решетки с провалами при равномерном амплитудном распределении. Штриховой линией обозначены исходные ДН заданной ФАР при синфазном распределении, а сплошной - ДН с подавленным боковым излучением той же ФАР, но с измененным фазовым распределением.
а) - соответствует случаю М=1, Δφ=±60°;
б) - соответствует случаю М=2, Δφ=±60°;
в) - соответствует случаю М=3, Δφ=±60°;
На фиг.3 показаны диаграммы направленности линейной фазированной антенной решетки с провалами при спадающем амплитудном распределении. Штриховой линией обозначены исходные ДН заданной ФАР при синфазном распределении, а сплошной - ДН с подавленным боковым излучением той же ФАР, но с измененным фазовым распределением.
а) - соответствует случаю М=1, Δφ=±55°;
б) - соответствует случаю М=2, Δφ=±37°;
в) - соответствует случаю М=3, Δφ=±30°;
Для понижения уровня боковых лепестков ДН фазированной антенной решетки изменим фазы у М=1, 2 и 3 крайних излучателей с левого края решетки и стольких же излучателей справа. В случае равномерного амплитудного распределения фазовые поправки могут, например, иметь значения +60° с одной и -60° с другой стороны раскрыва. Выбор знака "+" или "-" определяет правое или левое расположение области подавления боковых лепестков относительно направления луча.
Диаграммы направленности исходные и с областями подавленного бокового излучения, рассчитанные для случаев М=1, 2, 3 для линейной ФАР, состоящей из 30 изотропных излучателей, расположенных с шагом d=0.64λ с равномерным амплитудным распределением, показаны на фиг.2. Фазовое распределение на крайних излучателях решетки сформировано в соответствии с фиг.1. Как видно из диаграмм, представленных на фиг.2а, уровень излучения понижается более чем на 5 дБ у боковых лепестков с номерами со 2-го по 7-ой включительно. Максимальное подавление происходит в направлении θ1=15.1°, отсчитываемом от нормали к раскрыву.
При использовании двух крайних излучателях (М=2), область подавления включает в себя боковые лепестки с 1-го по 3-ий включительно, а центр области пониженного излучения образуется на угле θ2=7.5° (фиг.2б).
Изменение фаз трех крайних излучателях (М=3) приводит к подавлению 1-го и 2-го боковых лепестков. Центр области подавления расположен на угле θ3=5° (фиг.2в).
Рассмотрим пример подавления боковых лепестков в линейной ФАР с амплитудным распределением, спадающим к краям раскрыва. В качестве примера, используем амплитудное распределение I(z), определяемое выражением [Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. - М.: Энергия, 1975 г.]:
где
z - координата расположения излучателей, отсчитываемая от центра раскрыва;
Δ - параметр, определяющий величину относительного уменьшения возбуждения на краю антенны по отношению к середине, в нашем случае Δ=0.7;
L - длина раскрыва.
Диаграммы направленности исходные и с подавленными боковыми лепестками, рассчитанные для случаев М=1-3 для ФАР с заданным амплитудным распределением, показаны на фиг.3. При этом в случае М=1 использовалась фазовая поправка Δφ=±55°, при М=2 использовалась фазовая поправка Δφ=±37°, при М=3 использовалась фазовая поправка Δφ=±30°. В каждом из рассмотренных случаев в ДН были сформированы протяженные угловые сектора с подавленными боковыми лепестками.
Предлагаемый способ свободен от недостатков, присущих прототипу, поскольку подавление бокового излучения осуществляется не в узком, а в широком угловом секторе, включающем расположение нескольких боковых лепестков. Кроме того, фазы крайних излучателей необходимо изменять на постоянную величину, что позволяет упростить и ускорить процесс подавления боковых лепестков.
Способ подавления боковых лепестков диаграммы направленности линейной фазированной антенной решетки, основанный на оценке уровня исходной диаграммы направленности ФАР, выделении в раскрыве двух М-элементных подрешеток, расположенных на краях исходной, и введении фазовых поправок со знаком минус для элементов одной подрешетки и со знаком плюс для элементов другой подрешетки, отличающийся тем, что величины фазовых поправок для всех элементов подрешеток выбирают равными по абсолютному значению из условия заданной величины подавления и ширины углового сектора подавления боковых лепестков.
