CC BY
22УДК 623.746:621.396.677.3
ГРНТИ 78.25.13:47.45.29
ПРИНЦИПЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА АНТЕННЫХ РЕШЕТОК МОБИЛЬНЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
А.В. БОГОСЛОВСКИЙ, кандидат технических наук, доцент
ВУНЦВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)
Представлены принципы синтеза антенных решеток, предназначенных для применения в составе мобильных радиотехнических комплексов. Синтез выполняется при заданной топологии приемоизлучающей структуры с установленными связями между параметрами ее конструкции и показателями эффективности излучения (приема) сигналов, заданными на основе требований к радиотехническим комплексам. Его суть заключается в рациональном выборе параметров для реализации компромиссных технических решений с целью достижения требуемых характеристик при ограничениях, устанавливаемых из конструктивного исполнения и типовых условий применения комплексов. Выполнено развитие методических основ синтеза антенных решеток. Показано, что при синтезе диаграмм направленности приемоизлучающих структур с контролируемыми в заданных направлениях уровнями для сокращения потерь усиления излучаемых (принимаемых) сигналов наиболее целесообразно использовать методы на основе минимизации диаграммных функционалов. Эффективные процедуры поиска экстремальных значений функционалов реализуются с применением пакетов (программ) электродинамического моделирования типа CST MWS - Computer Simulation Technology Microwave Studio и Altair FEKO - FEldberechnung bei Korpern mit beliebiger Oberflache.
Ключевые слова: мобильный радиотехнический объект, антенная решетка, принципы и методы синтеза антенн, диаграммные функционалы, амплитудно-фазовое распределение токов.
Введение. Совершенствование тактико-технических характеристик радиотехнических комплексов в условиях постоянно возрастающих требований по мобильности и эффективности выполнения целевых функций включает в себя развитие принципов и методов синтеза их антенных систем. Антенны, являющиеся неотъемлемыми компонентами аппаратуры, в соответствии со своим конструктивным исполнением, как правило, выступают за пределы контура носителя. Поэтому их размещение на борту обусловливает изменение эксплуатационных свойств и способствует расширению перечня демаскирующих признаков комплекса. Кроме того, при компактном расположении на несущей поверхности приемоизлучающие структуры, являющиеся источниками интенсивного вторичного электромагнитного излучения, способны нарушать электромагнитную совместимость и устойчивость работы аппаратуры, определяя необходимость регламентации передачи-приема сигналов по времени и занимаемым полосам частот [1].
С одной стороны, антенные системы, применяемые в составе радиотехнических комплексов, должны обеспечивать пространственно-частотную избирательность передачи-приема волновых процессов [2] и энергетическую доступность объектов информационного взаимодействия при ограничениях на мощность излучения и минимально допустимое для приема и обработки сигналов превышение их уровней относительно спектральной плотности мощности шумов приемных устройств. С другой стороны, массогабаритные показатели приемоизлучающих структур и питающих (распределительных) линий и фидерных трактов должны обеспечивать рациональное расходование ресурса целевых нагрузок носителей, а формы и отражательные свойства конструкций - способствовать защите комплексов
от обнаружения и распознавания системами дистанционного мониторинга, функционирующими в радиодиапазоне [3, 4].
Наилучшим образом указанные требования, в общем случае носящие противоречивый характер, могут быть выполнены для антенных систем с дискретными приемоизлучающими структурами - антенных решеток. За счет задания управляющих воздействий, корректирующих амплитудно-фазовое распределение токов антенных элементов, возможно усиление сигналов, излучаемых или принимаемых в установленных секторах углов, и формирование локальных экстремумов диаграмм направленности в интересах пространственной режекции помех [2, 5]. При этом в качестве поверхности для размещения решетки, в отличие от апертурных антенн, может выступать корпус носителя, что исключает потребности использования вспомогательных элементов крепления. За счет совмещения распределительных линий и согласующих элементов в единые диаграммообразующие устройства обеспечиваются возможности миниатюризации и снижения энергетических потерь в фидерных трактах [6, 7].
Актуальность. Параметры конструкции антенных решеток находятся при заданной исходя из архитектуры радиотехнического комплекса топологии и предварительно определенных видах антенных элементов [1, 8]. Данная задача решается в соответствии с методологией синтеза, суть которой заключается в композиции взаимосвязей характеристик и параметров конструкций решеток при характеристиках радиотехнического комплекса, заданных в качестве внешних (системных) ограничений, для нахождения значений параметров, реализующих характеристики решеток для обеспечения требуемых функциональных свойств комплексов [2, 9]. Взаимосвязи характеристик антенных решеток с параметрами конструкций устанавливаются по результатам анализа, базирующегося на декомпозиции и установлении закономерностей определенных для исследования процессов излучения (приема) сигналов [6, 9] в соответствии с функциональным предназначением и условиями применения радиотехнических комплексов [10]. Эффективным способом анализа антенных систем, размещаемых на мобильных носителях, является решение краевых задач электродинамики [6, 11, 12] при граничных условиях для суперпозиции полей приемоизлучающих структур и несущих поверхностей, фрагменты которых представляются в виде проводящих или диэлектрических (металлодиэлектрических) тел простой формы [13].
Таким образом, обоснование принципов и развитие методов синтеза антенных решеток в интересах формирования рационального облика радиотехнических комплексов носят актуальный характер.
Цель работы - обоснование принципов и развитие методических основ синтеза антенных решеток в интересах формирования рационального облика радиотехнических комплексов.
Принципы синтеза антенных решеток радиотехнических комплексов. Синтез антенных решеток, предназначенных для использования в составе радиотехнических комплексов, следует выполнять в соответствии со следующими базовыми принципами синтеза сложных технических систем.
1. Принцип системности. Исследуемая антенная решетка (приемоизлучающая структура) представляется в виде совокупности элементов с электромагнитными связями через поля вторичного излучения [14] и токи распределительных линий [9]. Расчет токов и полей элементов осуществляется с использованием результатов решения краевых задач при граничных условиях, применяемых для структуры в целом.
2. Принцип множественности моделей. При формализованном математическом описании взаимосвязей между распределением полей и токов антенных элементов отражаются наиболее существенные факторы электромагнитного взаимодействия, определяющие закономерности изменения характеристик решеток при размещении на носителе. Выбор представительного числа факторов достигается за счет рационального построения модели структуры с определенной степенью детализации описания ее характеристик на каждом этапе синтеза.
3. Принцип параметризации. Формализованное математическое описание структуры представляется в виде функциональных взаимосвязей между ее характеристиками, наиболее существенными для применения в составе радиотехнического комплекса, и параметрами
конструкции при наличии варьируемых компонентов распределения токов. За счет вариаций токов по амплитудам и фазам устанавливаются параметры конструкции, реализующие требуемые характеристики антенных решеток.
4. Принцип информационной достаточности. Синтез осуществляется с использованием уравнений, устанавливающих полные взаимосвязи между характеристиками и параметрами конструкции антенных решеток. Эти взаимосвязи устанавливаются на основе корректных физических моделей (при возможной математической некорректности их постановки [12, 13]), отображающих представительное число факторов, влияющих на показатели эффективности излучения (приема) сигналов.
5. Принцип реализуемости. По результатам синтеза из множества альтернатив выбирается конструкция антенной решетки, позволяющая наиболее простым в техническом плане способом обеспечить требуемые характеристики радиотехнического комплекса при установленных ограничениях на массогабаритные, эксплуатационные и другие показатели.
Методические основы синтеза антенных решеток радиотехнических комплексов. Постановка задачи синтеза антенной решетки осуществляется при заданной топологии и, как правило, сводится к поиску параметров приемоизлучающей структуры на основании критерия, устанавливающего требования к характеристикам пространственно-частотной избирательности излучения (приема) и распределению сигналов в антенных нагрузках.
В большинстве практически важных случаев комплексные амплитуды токов на элементах решеток подчиняются нормальному закону распределения; их фазовые набеги распределены по равномерному закону на интервале возможных значений, а абсолютные величины - по закону Рэлея [6]. Синтез решеток проводится при допущении, что диаграммы направленности всех антенных элементов являются идентичными; амплитуды и фазы токов принимаются равными первым моментам их распределений.
При указанных допущениях диаграмма направленности линейной антенной решетки может быть описана выражением [8, 15]
Р(и, Ф) = Х А°пе
(1)
где Л° - амплитуда; (рП - фаза тока п-го антенного элемента; хп - его положение на оси решетки; к - волновое число; и - угловая координата, связанная с направлением излучения (приема) сигналов в соотношением и = этв.
Наиболее простое решение задачи синтеза заключается в нахождении для фиксированного расположения элементов хп и амплитудного распределения АП соответствующих фаз токов (0, при которых формируемая диаграмма направленности максимально приблизится к эталонной
диаграмме
Р (и )
на интервале угловых координат и е
[и и ].
Аналитическое представление диаграммы направленности плоской антенной решетки имеет вид [8, 15]
Ро (и,У,Ф) = ^ А°те
гк (хпи + УтУ)+'РШ,
(2)
где А°т - амплитуды и р(т - фазы; хп и ут - координаты антенных элементов, а ДН зависит от двух углов и = этвсоэр, у = этвэтр; в и р - углы сферической системы координат и двумерного массива фаз Ф = р°т |.
Этапы синтеза плоской решетки аналогичны процедуре поиска параметров конструкции линейной приемоизлучающей структуры с тем качественным отличием, что эталонная
ы и
п
п,т
диаграмма Г (и, у) зависит от углов и , V и задается на двумерной области синтеза (и,у)е О. Формирование диаграммы направленности со специальной формой лепестков в одном угловом измерении уменьшает сложность этапов синтеза плоских решеток до уровня линейных [15].
Согласно предложенной в [6, 15] классификации, методы синтеза антенных решеток можно объединить в две основные группы.
Первую группу составляют методы, основанные на численной минимизации диаграммных функционалов при нахождении амплитудно-фазовых распределений токов. При циклических вычислениях неизвестные параметры распределения находятся параллельно для всех элементов решетки с постоянным итерационным уточнением [6, 15].
Методы синтеза второй группы базируются на нахождении аналитических выражений для фазовых распределений и алгоритмов поэлементного определения фаз, не требующих их параллельного расчета для всех остальных элементов [8, 15-18].
Мера близости эталонной Г (и) и синтезируемой Г0 (и,ф) диаграмм направленности
антенной решетки устанавливается функционалом р(Ф), представимым одним из следующих выражений [4, 11]:
р(Ф) = тах || Г (и )|-| Г0 (и, Ф) \ю(и ),
(3)
р(Ф) =
Г (и) |-| Г0 (и, ф) \о(и) ёи
при 5 > 1,
(4)
р (Ф) = | |Г (и) - Г0 (и, Ф)| о (и) ёи,
(5)
р(ф)= |(Г (и)2 - Го(и,ф)2)2о (и) ёи.
(6)
Точность восстановления диаграммы направленности решетки на интервале синтеза \их и ] регулируется за счет выбора весовой функции о (и).
Выражение (1) устанавливает экспоненциальную зависимость диаграммы направленности решетки от фазовых набегов токов на элементах р(. Поэтому возможен переход от целевой функции, минимизируемой в пространстве фаз Ф {р ], к минимизации параметров Р\рп} б { чп } при нелинейных ограничениях на области их изменений [15]
и
Рп = Р( , Чп = Р(, Рр + чП =1
(7)
Выполняя соответствующие замены в функционалах (5)-(6), с учетом (7), находим:
«2
р (Р, б) = \ |Г (и) - Го (и, Р, б) | о (и) ёи ,
и.2
р(Р,б) = | ( Г (и) | 2-1 Го (и,Р,б) | 2 ) ( (и) ёи.
(8) (9)
А
и
М I
Решение задачи синтеза на основе диаграммных функционалов сводится к нахождению числовыми (градиентными) методами значений Ф рр0 J, которые определяют один из локальных минимумов полученного многоэкстремального результата и зависят от выбора начальных значений фаз рр0 J, относительно которых осуществляется итерационное приближение к
локальному минимуму [6, 15].
При использовании функционала (8) с нелинейными ограничениями (7), формирование расширенного луча диаграммы направленности решетки сопровождается резким уменьшением коэффициента направленного действия (КНД) пропорционально коэффициенту расширения во второй степени. Если применять функционалы (6) и (9), то достигается линейная зависимость снижения КНД по мере расширения диаграммы направленности решетки [15]. Данный эффект обусловлен тем, что использование (8) приводит к требованию приближения синтезируемой диаграммы к эталонной не только по амплитуде, но и по фазе, в то время как применение (9) накладывает ограничения только на абсолютную величину формируемой диаграммы.
Для выполнения синтеза решеток по критерию (9) наиболее эффективно применяется метод проектируемого градиента [15].
Градиентный метод и являющийся его развитием метод наискорейшего спуска оперируют частными производными целевой функции, которые вычисляются аналитически для дифференцируемых функций либо методом конечных разностей в противном случае. Методы отличаются выбором шага процедуры по мере приближения к экстремальной области [16-18].
При большом числе антенных элементов и сложности нахождения диаграмм направленности решеток, расположенных на малогабаритных носителях [10, 11], поиск экстремальных значений функционалов в задачах синтеза целесообразно осуществлять с применением программ электродинамического моделирования типа CST MWS - Computer Simulation Technology Microwave Studio и Altair FEKO - FEldberechnung bei Korpern mit beliebiger Oberflache. Указанные универсальные платформы с помощью внутренних средств позволяют проводить корректировку амплитуды и фазы на каждом антенном элементе из состава решетки [19, 20].
Для сокращения числа неизвестных величин и уменьшения объема вычислений, производимого для минимизации диаграммных функционалов в процессе численного решения задачи синтеза, необходимо учесть параметрические связи между неизвестными фазами и числом параметров, существенно меньшим числа фаз, и осуществлять минимизацию диаграммных функционалов в пространстве введенных параметров [15].
С применением диаграммного функционала (8) и представления [21]
е-гкхпи (1)+^ д^ е'Гч ~'kxnu(l )
в'Р" =
l=2
l=2
(l)
(10)
при фиксации уровней эталонной диаграммы направленности в Ь — 1 направлениях и (1 ), I = 2, 3,...,Ь — 1, выполняется синтез многолучевых антенных решеток с заданными КНД в
направлениях и (1), и (2),..., и (ь ). Варьируемыми параметрами являются величины
(и 2 ^ и ^ ^Л^..^ Л/ ^ КЬ_1,У1,...,У1 ,...,гЬ-1).
При контроле эквивалентности эталонного амплитудно-фазового распределения токов и распределения с синтезированными фазами токов эталонная диаграмма Р (и) задается
комплексными амплитудами Апе1Гр". Амплитудное распределение Ап имеет более сложный для
реализации вид, чем распределение токов Ао синтезируемой решетки. Условие приближения эталонной и синтезируемой решеток отождествляется с условием минимизации разностей Апв1<Рп — А°е1Рп для всех элементов решетки. В приближении малых периодов изменения фаз токов усреднение производится по парам соседних антенных элементов [6, 15]
А0в1рп ={А0в1ро + А0+1еР )/2.
(11)
Необходимо учитывать, что ввиду быстрых колебаний фаз для токов характерно медленное изменение амплитудных функций, удовлетворяющее требованиям [15]:
\Ап — Ап—МАп «1,
А — аМ/ а° << 1,
п п—1 / п 5
\Рп — Рп—1 << 1, Ап/А„0 < 1.
(12)
Приближенное решение задачи синтеза антенной решетки определяется соотношениями [15]:
Ро =Рп + ¥п,
¥п = (— 1)п arccos {ап/А1 ).
(13)
Для уменьшения уровня боковых лепестков диаграммы направленности целесообразно применять статистические методы синтеза с дискретной регулировкой фаз токов антенной решетки и минимальным скачком Д при обеспечении равенства нулю разностей токов для всех элементов. При синфазном начальном токовом распределении с учетом условий (12) для
распределения амплитуд решением задачи синтеза является фазовое распределение р° = г)пуп,
где г1п и уп - случайные величины; цп с равной вероятностью принимает значения ± 1, а уп
определяется следующим образом [15, 22]:
=
\ДК(^п/Д) [ДЕ{щп1 Д)+ Д
с вер оятностью Рп, с вер оятностью 1 — Рп,
(14)
где
Р. =
¥п = arccos (Ап/4), ете ( Д (1 + Е (¥п/ Д))) — Ап/А1 cos ( Д (1 + Е (\уп/Д))) — ос8 (ДЕ (¥п/Д ))
где Е(2) - функция, обозначающая целую часть 2 .
При Д = п распределение фазовых набегов токов антенных элементов имеет вид [15]:
0 _ \ж с вер оятностью 0,5 (1 — Ап1 Аа° ), п [ 0 с вер оятностью 0,5 (1 + Ап/ А° ).
ы Э1
и
Синтез антенной решетки методом парциальных диаграмм [15, 22] позволяет исключить предварительный этап определения токов эталонной диаграммы. Сущность метода заключается в разбиении полотна антенной решетки на вложенные локальные структуры (подрешетки). Для каждой из подрешеток фазы согласуются в определенном направлении, что позволяет сформировать диаграмму направленности из парциальных лучей. Синтез осуществляется путем выбора уровней лучей подрешеток в соответствии с желаемой угловой зависимостью модуля эталонной диаграммы.
Разбиение на Q подрешеток и формирование их парциальных диаграмм происходит с применением закона фазирования
(р0т = к {хпих + уту1) с вероятностью Ьъ
<р1ш = к(хпи2 + УтУ2 ) с вероятностью ¿2,
<й1т = к(Хпив + УтУв ) с вероятностью 1в,
где Ьд - относительные максимумы главных лепестков парциальных диаграмм, а
(и1 ,у1),...,(ид,уд) - координаты их направлений.
При этом также должно выполняться условие Ь1 + Ь2 +... + Ьд = 1. Для каждого из лучей
синтезируемой антенной решетки КНД падает пропорционально квадрату числа лучей.
При синтезе многолучевой диаграммы направленности решетки с минимизацией потерь КНД представление (10) примет вид [15]
е~'к1гпт
+Т л1 -1
'71-1 —к1 Гпт
-,1Фпт -
I=2
+ £ Л, -1е'71-1гпт
I=2
(15)
где
е^'-1 = Р{кг ^ ^(к Щк,), р(к1) |2 =А-1№) I2, ' = 2, 3,.,Ь,
(16) (17)
к1 - волновые векторы, задающие направления максимумов лучей; рг_ 1 - уровни этих лучей, нормированные на максимум первого луча; гпт - вектор положения антенного элемента с номером пт ; Е(к1)- значение диаграммы в направлении 1-го луча; Л,_ 1 и у,_ 1 - неизвестные,
определяемые из (15)-(17).
Распределение фазовых набегов токов антенной решетки при синтезе диаграммы направленности конического типа с максимумом КНД в направлении © = ©0 относительно нормали к раскрыву находится в классе функций
¥р
(г1Я) = ру + ж/2 (1-(»0г/Я))),
(18)
где у иг - соответственно азимутальная и радиальная координаты точки наблюдения на
раскрыве; R - радиус раскрыва; W0 = k R sin ©0 ; p - целочисленный индекс функции Бесселя J p(Z), при котором КНД максимально.
Синтез расширенной диаграммы направленности антенной решетки с круглым раскрывом, обеспечивающей отсутствие нуля в направлении ©0 = 0 при минимальных потерях КНД, проводится с использованием выражения (18), которое при p = 0 принимает вид [6, 15]
¥о
( r/R) = я/2 (1 - sign ( J0 0 r/R))).
(19)
Фазовое распределение у/0 (г/К) на круглой апертуре радиуса К с распределением амплитуд токов, характеризуемым осевой симметрией [15]
¥(r/R) = ^2 (1 - sign (1/b + J0 Wr/R) )).
(20)
Выражение (20) отличается от (19) наличием слагаемого 1/Ь, где Ь — константа, определяемая из уравнения [15]
j A(p) sign (l/Ъ + J0 (W,p)) J0 (W,p) pdp
j A(p) sign (1/Ъ + J0 (W0p)) pdp
= a,
где Л(р)— амплитудное распределение антенны; р = г/К; а — требуемый уровень лепестка в направлении ®0.
Распределение амплитуд токов антенных элементов в (20) может быть найдено методом неопределенных множителей Лагранжа [6, 8]. Синтезируемые распределения 1//(г/Я) имеют вид противофазных колец [15].
Выводы. По результатам обобщения передовых достижений в теории антенн изложены базовые принципы синтеза антенных решеток для мобильных радиотехнических комплексов. Синтез выполняется при заданной топологии приемоизлучающей структуры при установленных связях между параметрами ее конструкции и показателями эффективности излучения (приема) сигналов, заданными на основе требований к комплексам. Особенность решения данной задачи заключается в сложных зависимостях показателей направленности от параметров конструкции решетки и характеристик вторичного излучения несущей поверхности, а также необходимости учета большого числа противоречивых факторов, определяющих нормальные условия работы радиотехнических комплексов. Поэтому суть синтеза решетки заключается в рациональном выборе параметров конструкции, позволяющих обеспечить требуемые свойства с учетом возможностей конструктивного исполнения приемоизлучающей структуры и условий излучения (приема) сигналов при применении комплекса.
Синтез антенных решеток, являющихся компонентами сложных технических систем, следует осуществлять в соответствии с принципами системности, множественности моделей, параметризации, информационной достаточности и реализуемости.
Методы синтеза антенных решеток можно объединить в две основные группы. К первой группе относятся методы, основанные на численной минимизации диаграммных функционалов для нахождения параметров амплитудно-фазовых распределений токов при итерационном уточнении для всех элементов решетки. Вторую группу составляют методы, базирующиеся на
нахождении аналитических выражений для фазовых распределений и процедур поэлементного определения фазовых набегов токов.
При формировании диаграмм направленности антенных решеток с контролируемыми в заданных направлениях уровнями для достижения наибольшего усиления излучаемых (принимаемых) сигналов целесообразно использовать методы минимизации диаграммных функционалов. Качество воспроизведения эталонной диаграммы направленности для линейных и плоских решеток в статистических методах улучшается с ростом числа элементов. Для решеток с небольшим числом элементов следует использовать методы численной минимизации диаграммных функционалов, позволяющих получить существенно меньшие потери КНД. Статистический синтез целесообразно применять для ограниченной корректировки начальных диаграмм или при синтезе диаграмм специальной формы, когда при работе радиотехнического комплекса допускается снижение КНД решетки. Процедуры поиска экстремальных значений функционалов реализуются в пакетах (программах) электродинамического моделирования типа CST MWS - Computer Simulation Technology Microwave Studio и Altair FEKO - FEldberechnung bei Korpern mit beliebiger Oberflache.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тимошенко А.В., Разиньков С.Н., Разинькова О.Э., Громов Р.В. Современное состояние и задачи совершенствования методических основ построения антенных решеток беспилотных радиотехнических комплексов // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2020. № 14. С. 63-83. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.vva.mil.ru/ Izdaniay/VKS-teoriya-i-praktika (дата обращения 03.03.2023).
2. Антенны. Современное состояние и проблемы / под ред. Л.Д. Бахраха и Д.И. Воскресенского. М.: Советское радио, 1989. 124 с.
3. Михайлов Г.Д., Воронов В.А. Перспективы и направления работ по созданию малозаметных антенн бортовых радиоэлектронных комплексов // Оборонная техника. 1995. № 12. С. 35-37.
4. Разинькова О.Э. Основные направления развития базовых технологий радиолокационной разведки и снижения заметности объектов // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2021. № 19. С. 96-108. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.vva.mil.ru/ Izdaniay/VKS-teoriya-i-praktika (дата обращения 03.03.2023).
5. Неганов В.А., Табаков Д.П., Яровой Г.П. Современная теория и практические применения антенн. М.: Радиотехника, 2009. 720 c.
6. Неганов В.А., Клюев Д.С., Табаков Д.П. Устройства СВЧ и антенны. Часть I. Проектирование, конструктивная реализация, примеры применения устройств СВЧ / под ред.
B.А. Неганова. М.: Книжный дом «Либроком», 2013. 608 с.
7. Неганов В.А., Клюев Д.С., Табаков Д.П. Устройства СВЧ и антенны. Часть II. Теория и техника антенн / под ред. В.А. Неганова. М.: Ленард, 2014. 728 с.
8. Бахрах Л.Д., Кременецкий С.Д. Синтез излучающих систем (теория и методы расчета). М.: Радио и связь, 1974. 232 с.
9. Разинькова О.Э. Двухэтапный синтез антенной решетки с заданной диаграммой направленности и минимальной эффективной площадью рассеяния // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2021. № 18. С. 108-119. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.vva.mil.ru/ Izdaniay/VKS-teoriya-i-praktika (дата обращения 03.03.2023).
10. Резников Г.Б. Антенны летательных аппаратов. М.: Советское радио, 1967. 416 с.
11. Шатраков Ю.Г., Ривкин М.И., Цымбаев Б.Г. Самолетные антенные системы. М.: Машиностроение, 1979. 184 с.
12. Электродинамика и распространение радиоволн / под ред. В.А. Неганова и
C.Б. Раевского. М.: Радио и связь, 2005. 648 с.
ы и
13. Малушков Г.Д. Методы решения задач электромагнитного возбуждения тел вращения // Известия вузов. Радиофизика. 1975. Т. 18. № 11. С. 1563-1589.
14. Лавров Г.А. Взаимное влияние линейных вибраторных антенн. М.: Советское радио, 1975. 128 с.
15. Кашин В.А. Методы фазового синтеза антенных решеток // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. 1997. № 1. С. 47-60.
16. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов. М.: Радио и связь, 1989. 440 с.
17. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. М.: Радио и связь, 1986.
448 с.
18. Витязев В.В. Многоскоростная обработка сигналов: Монография. М.: Горячая линия -Телеком, 2018. 336 с.
19. Курушин А.А., Пластиков А.Н. Проектирование СВЧ устройств в среде CST Microwave Studio. М.: МЭИ, 2011. 155 с.
20. Банков С.Е., Грибанов А.Н., Курушин А.А. Электродинамическое моделирование антенных и СВЧ структур с использованием FEKO. М.: One-Book, 2013. 423 с.
21. Кюн Р. Микроволновые антенны (антенны сверхвысоких частот) / Пер. с немецкого // Под ред. М.П. Долуханова. М.: Судостроение, 1967. 517 с.
22. Минкович Б.М., Яковлев В.П. Теория синтеза антенн. М.: Советское радио, 1969. 467 с.
REFERENCES
1. Timoshenko A.V., Razin'kov S.N., Razin'kova O.E., Gromov R.V. Sovremennoe sostoyanie i zadachi sovershenstvovaniya metodicheskih osnov postroeniya antennyh reshetok bespilotnyh radiotehnicheskih kompleksov // Vozdushno-kosmicheskie sily. Teoriya i praktika. 2020. № 14. pp. 63-83. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://www.vva.mil.ru/ Izdaniay/VKS-teoriya-i-praktika (data obrascheniya 03.03.2023).
2. Antenny. Sovremennoe sostoyanie i problemy / pod red. L.D. Bahraha i D.I. Voskresenskogo. M.: Sovetskoe radio, 1989. 124 p.
3. Mihajlov G.D., Voronov V.A. Perspektivy i napravleniya rabot po sozdaniyu malozametnyh antenn bortovyh radioelektronnyh kompleksov // Oboronnaya tehnika. 1995. № 12. pp. 35-37.
4. Razin'kova O.E. Osnovnye napravleniya razvitiya bazovyh tehnologij radiolokacionnoj razvedki i snizheniya zametnosti ob'ektov // Vozdushno-kosmicheskie sily. Teoriya i praktika. 2021. № 19. pp. 96-108. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://www.vva.mil.ru/ Izdaniay/VKS-teoriya-i-praktika (data obrascheniya 03.03.2023).
5. Neganov V.A., Tabakov D.P., Yarovoj G.P. Sovremennaya teoriya i prakticheskie primeneniya antenn. M.: Radiotehnika, 2009. 720 p.
6. Neganov V.A., Klyuev D.S., Tabakov D.P. Ustrojstva SVCh i antenny. Chast' I. Proektirovanie, konstruktivnaya realizaciya, primery primeneniya ustrojstv SVCh / pod red. V.A. Neganova. M.: Knizhnyj dom «Librokom», 2013. 608 p.
7. Neganov V.A., Klyuev D.S., Tabakov D.P. Ustrojstva SVCh i antenny. Chast' II. Teoriya i tehnika antenn / pod red. V.A. Neganova. M.: Lenard, 2014. 728 p.
8. Bahrah L.D., Kremeneckij S.D. Sintez izluchayuschih sistem (teoriya i metody rascheta). M.: Radio i svyaz', 1974. 232 p.
9. Razin'kova O.E. Dvuhetapnyj sintez antennoj reshetki s zadannoj diagrammoj napravlennosti i minimal'noj 'effektivnoj ploschad'yu rasseyaniya // Vozdushno-kosmicheskie sily. Teoriya i praktika. 2021. № 18. pp. 108-119. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://www.vva.mil.ru/ Izdaniay/VKS-teoriya-i-praktika (data obrascheniya 03.03.2023).
10. Reznikov G.B. Antenny letatel'nyh apparatov. M.: Sovetskoe radio, 1967. 416 p.
11. Shatrakov Yu.G., Rivkin M.I., Cymbaev B.G. Samoletnye antennye sistemy. M.: Mashinostroenie, 1979. 184 p.
ы g'
и
12. 'Elektrodinamika i rasprostranenie radiovoln / pod red. V.A. Neganova i S.B. Raevskogo. M.: Radio i svyaz', 2005. 648 p.
13. Malushkov G.D. Metody resheniya zadach ' elektromagnitnogo vozbuzhdeniya tel vrascheniya // Izvestiya vuzov. Radiofizika. 1975. T. 18. № 11. pp. 1563-1589.
14. Lavrov G.A. Vzaimnoe vliyanie linejnyh vibratornyh antenn. M.: Sovetskoe radio, 1975.
128 p.
15. Kashin V.A. Metody fazovogo sinteza antennyh reshetok // Zarubezhnaya radio'elektronika. Uspehi sovremennoj radioelektroniki. 1997. № 1. pp. 47-60.
16. Uidrou B., Stirnz S. Adaptivnaya obrabotka signalov. M.: Radio i svyaz', 1989. 440 p.
17. Monzingo R.A., Miller T.U. Adaptivnye antennye reshetki. M.: Radio i svyaz', 1986. 448 p.
18. Vityazev V.V. Mnogoskorostnaya obrabotka signalov: Monografiya. M.: Goryachaya liniya -Telekom, 2018. 336 p.
19. Kurushin A.A., Plastikov A.N. Proektirovanie SVCh ustrojstv v srede CST Microwave Studio. M.: M'EI, 2011. 155 p.
20. Bankov S.E., Gribanov A.N., Kurushin A.A. Elektrodinamicheskoe modelirovanie antennyh i SVCh struktur s ispol'zovaniem FEKO. M.: One-Book, 2013. 423 p.
21. Kyun R. Mikrovolnovye antenny (antenny sverhvysokih chastot) / Per. s nemeckogo // Pod red. M P. Doluhanova. M.: Sudostroenie, 1967. 517 p.
22. Minkovich B.M., Yakovlev V.P. Teoriya sinteza antenn. M.: Sovetskoe radio, 1969. 467 p.
© Богословский А.В., 2023
Богословский Андрей Вячеславович, кандидат технических наук, доцент, заместитель начальника кафедры радиоэлектроники, Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж), Россия, 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54А, bogosandrej@yandex.ru.
g' и
UDK 623.746:621.396.677.3 GRNTI 78.25.13:47.45.29
principles and methodological foundations of the synthesis of antenna arrays of mobile radio engineering complexes
A.V. BOGOSLOVSKY, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor MESC AF «N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy» (Voronezh)
The principles of synthesis of antenna arrays intended for use as part of mobile radio engineering complexes are presented. Synthesis is carried out with a given topology of the receiving-emitting structure with established relations between the parameters of its design and the efficiency indicators of radiation (reception) of signals that are set according to the requirements to radio engineering complexes. Its main concept is in the rational choice of parameters of the implementation of compromise technical solutions in order to achieve the required characteristics under restrictions established based on the design and typical conditions of the application of complexes. The methodological foundations of antenna array synthesis have been developed. It is shown that when synthesizing radiation patterns of receiving-emitting structures with levels controlled in specified directions, it is most expedient to use methods based on the minimization of diagram functionals in order to reduce the gain losses of the emitted (received) signals. Effective procedures of search for extreme values of functionals are implemented using electrodynamic modeling packages (programs) such as CST MWS - Computer Simulation Technology Microwave Studio and Altair FEKO - FEldberechnung bei Korpern mit beliebiger Oberflache.
Keywords: mobile radio engineering object, antenna array, principles and methods of antenna synthesis, diagram functionals, amplitude-phase distribution of currents.
