350 rub
Journal Antennas №9 for 2011 г.
Article in number:
Analytical Comparison of the Methods for the Phase-Only Synthesis of Pattern Nulls in the Radiation Pattern of a Phased Array Antenna
Authors:
A.O. Manichev, A.S. Kondratiev
Abstract:
Formation of pattern nulls is an efficient method for reducing the influence of artificial and natural interferences. Here, phase-only synthesis methods are most attractive, because allow simple implementation without an additional hardware. At present, there are a large number of phase-only synthesis methods. However, in selection of the most appropriate method, the designer often has an insufficient amount of information: the authors test the proposed methods on antenna arrays having different configurations and by solutions of different problems (for example, the problem of formation of flat-top patterns with prescribed nulls rather than only the null synthesis problem). Data on the operation speed of the proposed methods are also difficult to compare, because these data (if present) are obtained under different operating conditions. In the first part of this paper, most popular phase-only synthesis methods are classified and their principles of operation are briefly described. In the second part, model data for solution of several important synthesis problems (formation of one null in the maximum of the first sidelobe and in a set of spatial directions, simultaneous formation of two local nulls situated symmetrically or in randomly generated directions, and formation of a group of five closely spaced nulls placed near the maximum of the first sidelobe and for a set of different spatial directions) are presented. Analysis of these data shows that, at present, the univariate phase-only synthesis method is optimal for most practical problems, because it ensures fast and reliable formation of deep nulls for arrays with quantized phase shifters. The performance data of the univariate synthesis methods can be improved if the use of this method is preceded by several iterations of the linearization method proposed by Hans Steyskal. In order to obtain deeper nulls, bi-coordinate synthesis methods can be used. However, extension of the space of variables to two substantially decreases the operation speed. Therefore, at present, combinations involving such methods are basically of theoretical rather than practical interest.
Pages: 3-25
References
  1. Chu L.J. Microwave Beam-Shaping Antennas // Massachusetts Institute of Technology, Research Laboratory of Electronics. June 1947. Technical report. №40. Р. 11.
  2. Минкович Б.М., ЯковлевВ.П. Теориясинтезаантенн. М.: Советскоерадио. 1969.
  3. Steyskal H. Synthesis of Antenna Patterns with Prescribed Nulls // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. March 1982. V. AP-30. №2. Р. 273-279.
  4. Baird C.A., Rassweiler G.G. Adaptive Sidelobe Nulling Using Digitally Controlled Phase-Shifters // IEEE Transactions on Antennas and Propagation, September 1976. V. AP-24. № 5.
    Р. 638-649.
  5. Железняк М.М., Калачев В.Н., Кашин В.А. Фазовый синтез антенных решеток, использующий статистическое формирование парциальных диаграмм направленности дискретного раскрыва // Радиотехника и электроника. 1974. Т. 19. №4. С. 671-678.
  6. Бакут П.А., Большаков И.А., Герасимов Б.М., Курикша А.А., Репин В.Г., Тартаковский Г.П., Широков В.В. Вопросы статистической теории радиолокации / под ред. Г.П. Тар­таковского. В 2-х томах. М: Советское радио. 1964. Т. 2.
  7. Айзин Ф.Л. Фазовый синтез антенны с оптимальным разделением сигналов по направлению прихода // Радиотехника и электроника. 1971. Т. 16. №7. С. 1266-1268.
  8. Giusto R., Vincenti P. Phase-Only Optimization for the Generation of Wide Deterministic Nulls in the Radiation Pattern of Phased Arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. September 1983. V. AP-31. №5. Р. 814-817.
  9. Shore R.A. The Use of a Beam Space Representation and Nonlinear Programming in Phase-Only Nulling // Rome Air Development Center. May 1983. In-house Report RADC-TR-83-124. Р. 39.
  10. Baird C.A., Wilson S.S. Antenna Pattern Null Placement for Phased Arrays // Antennas and Propagation International Symposium. October 1976. Р. 549-552.
  11. Steyskal H. Simple Method for Pattern Nulling by Phase Only // Antennas and Propagation Society International Symposium. May 1982. Р. 707-710.
  12. Steyskal H. Simple Method for Pattern Nulling by Phase Perturbation // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. January 1983. V. AP-31. №1. Р. 163-166.
  13. Shore R.A., Steyskal H. Nulling in Linear Array Patterns with Minimization of Weight Perturbations // Rome Air Development Center. Feb. 1982. In-house Report RADC-TR-82-32. Р. 72.
  14. Shore R.A. A Unified Treatment of Nulling in Linear Array Patterns with Minimized Weight Perturbations // Antennas and Propagation Society International Symposium. May 1982. Р. 703-706.
  15. Михайленко С.Б. Метод формирования провалов в диаграмме направленности сканирующей фазированной антенной решетки // Радиотехника. 1985. №10. С. 57-59.
  16. Clutter Suppression for Thinned Array with Phase Only Nulling: US Patent 5,515,060; Filed on May 11. 1995; Date of Patent is May 7. 1996. Р. 14.
  17. Ultrasound Image Enhancement Using Beam Nulling: US Patent 5,548,561; Filed on February 27. 1995; Date of Patent is August 20. 1996. Р. 12.
  18. William H.P., Teukolsky S.A., Vetterling W.T., Flannery B.P. Numerical Recipes in C: the Art of Scientific Computing // Second Edition. Cambridge University Press. 1992. Р. 994.
  19. Shore R.A. An iterative Phase-Only Nulling Method // Rome Air Development Center. February 1982. In-house Report RADC-TR-82-49. Р. 22.
  20. Null Steering Antenna: US patent 4,225,870; Filed on May 10. 1978; Date of Patent is September 30. 1980. Р. 12.
  21. Fletcher R., Reeves C.M. Function Minimization by Conjugate Gradients // The Computer Journal. 1964. V. 7. №2. Р. 149-154.
  22. Hestens M.R., Steifel E. Method of Conjugate Gradients for Solving Linear Systems // Journal of Research of the National Bureau of Standards. December 1952. V. 49. №6. Р. 409-436.
  23. Fong T.S., Birgenheier R.A. Method of Conjugate Gradients for Antenna Pattern Synthesis // Radio Science. December 1971. V. 6. №2. Р. 1123-1130.
  24. Peters T.J. Application of a Conjugate Gradient Method to the Synthesis of Planar Arrays // Antennas and Propagation Society International Symposium. San Jose, CA. 26-30 June. 1989. V. 1. Р. 304-307.
  25. Smith S.T.Optimum Phase-Only Adaptive Nulling // IEEE Transactions on Signal Processing. 1999. V. 47. № 7. Р. 1835-1843.
  26. Корси Л.В., Соколов В.Г. Решение задачи синтеза системы изотропных излучателей методом квадратического программирования // Радиотехника и электроника. 1972. Т. 17. № 3. С. 463-470.
  27. Корси Л.В., Соколов В.Г. О расширении луча фазируемой антенной решётки // Радиотехника и электроника. 1975. Т. 20. № 3. С. 501-509.
  28. Павлюк В.А., Рыбалко А.М. Об одном методе фазового синтеза антенных решёток // Радиотехника и электроника. 1983. Т. 28. №9. С. 1704-1707.
  29. Smith S.T. Performance of Phase-Only Adaptive Nulling Algorithms // IEEE International Symposium on Phased Array Systems and Technology. Boston. 15-18 October 1996. Р. 353-358.
  30. Voges R.C., Butler J.K. Phase Optimization of Antenna Array Gain with Constrained Amplitude Excitation // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. July 1972. V. AP-20. №4. Р. 432-436.
  31. Phase Only Adaptive Nulling in a Monopulse Antenna: US Patent 4,599,622; Filed on July 11. 1984; Date of Patent is July 8. 1986. Р. 18.
  32. СамойленкоВ.И., РыжовВ.П., ЗарощинскийО.И., Коростышевский Е.Н. Фазовый синтез ДН специальной формы антенных решёток // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника. 1990. № 2. С. 80-81.
  33. Haupt R.L., Shore R. Experimental Partially Adaptive Nullinig in a Low Sidelobe Phased Array // Antennas and Propagation Society International Symposium. June 1984. V.22.
    Р. 823-826.
  34. Hirasawa K. Phase-Only Optimization of Phased Array Excitation by Biquadratic Programming // Phased Arrays 1985 Symposium Proceedings. Bedford, MA. October 1985. Р. 147-156.
  35. Hirasawa K. The Application of a Biquadratic Programming Method to Phase-Only Optimization of Antenna Arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. November 1988. V. 36. № 11. Р. 1545-1550.
  36. Кондратьев А.С., Хзмалян А.Д. Стабилизация максимума диаграммы направленности антенной решетки при фазовом синтезе нулей // Радиотехника и электроника. 1997. Т. 42. № 7. С. 793-800.
  37. Кондратьев А.С. Итерационный метод фазового синтеза антенных решеток // рукопись депонирована в ВИНИТИ 28.09.87. № 6811-В87.
  38. Кондратьев А.С. Метод фазового синтеза антенных решеток с учетом дополнительных требований к форме ДН // Радиотехника и электроника. 1990. Т. 35. №12. С. 2530-2540.
  39. Khzmalyan A.D., Kondrat'yev A.S. Fast Iterative Methods for Phase-Only Synthesis of Antenna Array Pattern Nulls // Electronics Letters. 1995. April 13. V. 31. № 8. Р. 601-602.
  40. Хзмалян А.Д., Кондратьев А.С. Быстродействующие алгоритмы фазового синтеза нулей в диаграмме направленности антенной решетки // Радиотехника. 1996. № 2. С. 65-71.
  41. Маничев А.О., Кондратьев А.С., Балагуровский В.А. Оптимизация порядка выбора элементов в покоординатном методе фазового синтеза нулей в диаграмме направленности фазированной антенной решётки // Антенны. 2008. №12(139). С. 19-29.
  42. Bucci O.M., Franceschetti G., Mazzarella G., Panariello G. A General Projection Approach to Array Synthesis // Antennas and Propagation Society International Symposium. San Jose, CA. 26-30 June 1989. V. 1. Р. 146-149.
  43. Vescovo R. Phase-Only Null Control for Circular Arrays // Antennas and Propagation Society International Symposium. 21-26 July 1996. V. 2. Р. 818-821.
  44. Vescovo R. Null Synthesis by Phase Control for Antenna Arrays // Electronics Letters. February 2003. V. 36. №3. Р. 198-199.
  45. Vescovo R. Null Control for Linear Arrays by Phase-Only or Amplitude-Only Modification of the Excitations // Antennas and Propagation Society International Symposium. 11-16 July 1999. V. 3. Р. 2044-2047.
  46. Von Neuman J. Functional Operators: V. 2. Princeton: Princeton University Press. 1950. V. II.: The Geometry of Orthogonal Spaces.
  47. Goto N., Cheng D.K. Sidelobe-Reduction Techniques for Phased Arrays Using Digital Phase Shifters // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. November 1970. V. AP-18. № 6.
    Р. 769-773.
  48. Абрамов А.А., Черняков М.С. Оценка эффективности округления фазы в ФАР с дискретным фазированием // Электронная техника. Сер. 10. Микроэлектронныеустройства. 1991. Вып. 6(90). С. 36-37.
  49. Miller C.J.Minimizing the Effects of Phase Quantization Errors in an Electronically Scanned Array // RADC Symposium Electronically Scanned Array Techniques and Applications. April 1964. RADC-TDR-64-225. V. 1. P. 17-38.
  50. Зимин Д.Б., Лосев В.С., Седенков Е.Г., Унуков Л.В. О точностных характеристиках антенных решеток с дискретными фазовращателями // Радиотехника. 1975. Т. 30. № 6. С. 53-56.
  51. Аронов Ф.А. Новый метод фазирования для фазированных решеток, использующих цифровые фазовращатели // Радиотехника и электроника. 1966. Т. 11. №7. С. 1181-1188.
  52. Smith M.S., Guo Y.C. A Comparison of Methods for Randomizing Phase Quantization Errors in Phased Arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. November 1983. V. AP-31. № 6. P. 821-828.
  53. Айзин Ф.Л. Рандомизация фазового распределения в коммутационных антеннах // Радиотехника и электроника. 1971. Т. 16. № 9. С. 1634-1640.
  54. Самойленко В.И., Шишов Ю.А. Управление фазированными антенными решетками. М.: Радио и связь. 1983.
  55. Абрамов А.А., Черняков М.С. Эффективный алгоритм квантования фазового распределения ФАР // Электронная техника. Сер. 10. Микроэлектронные устройства. 1991. Вып. 6(90). С. 37-40.
  56. Габзалилов Г.Ф., Крупицкий Э.И. Дискретный фазовый синтез антенной решётки методом динамического программирования // Радиотехника и электроника. 1974. Т. 19. №5. С. 946-954.
  57. Абрамович Ю.И., Данилов Б.Г. Динамическое программирование в задачах синтеза антенных решеток с дискретными фазовращателями // Радиотехника и электроника. 1976. Т. 21. № 1. С. 83-89.
  58. Джиган В.И., Незлин Д.В. Градиентные алгоритмы в задачах дискретной фазовой адаптации антенных решеток // Рукопись депонирована в ВИНИТИ 23.01.89. № 531-В89.
  59. Джиган В.И., Незлин Д.В. Градиентные алгоритмы в задачах дискретной фазовой адаптации антенных решеток // Радиотехника. 1991. № 5. С. 84-86.
  60. Незлин Д.В., Джиган В.И. Достижимое подавление помех при дискретной фазовой адаптации антенной решетки с помощью покоординатного градиентного спуска // Радиотехника. 1991. №3. С. 55-57.
  61. Haupt R.L. Phase-Only Adaptive Nulling with a Genetic Algorithm // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. June 1997. V. 45. №6. P. 1009-1015.
  62. Shore R.A., Pierre D.A. Sidelobe Sector Nulling with Minimized Phase Perturbations // Antennas and Propagation Society International Symposium. June 1985. V. 23. P. 139-142.
  63. Кашин В.А. Синтез антенных решеток по методу быстроколеблющейся фазы // Радиотехника и электроника. 1970. Т. 15. № 1. С. 170-172.
  64. Железняк М.М., Кашин В.А. Использование бинарного квантования фазы для синтеза антенных решёток, расположенных перпендикулярно проводящему экрану // Радиотехника и электроника. 1971. Т. 16. №5. С. 735-742.
  65. Кашин В.А. Статистический синтез антенных решеток // Радиотехника и электроника. 1971. Т. 16. № 11. С. 2082-2090.
  66. Айзин Ф.Л. Статистический подход к фазовому синтезу антенн // Радиотехника и электроника. 1973. Т. 18. № 3. С. 538-546.
  67. Василькив Я.В., Ковальчук А.М., Савенко П.А. Синтез нулей в диаграмме направленности линейной решетки // Изв. вузов. Сер. Радиофизика. 1984. Т. 27. № 1. С. 96-103.
  68. Гусевский В.И. Применение метода апертурных ортогональных полиномов для формирования нулей в диаграмме направленности антенной решётки // Радиоэлектроника. 1990. №5. С. 3-7.
  69. Гусевский В.И. Формирование секторного провала в диаграмме направленности ФАР при подавлении широкополосной помехи // Радиоэлектроника. 1991. № 5. С. 23-28.
  70. Mendelovicz E., Oestreich E.T. Phase-Only Adaptive Nulling with Discrete Values // 9th European Microwave Conference // Brighton, UK. October 1979. P. 164-168.
  71. Mendelovicz E., Oestreich E.T. Phase-Only Adaptive Nulling with Discrete Values // Antennas and Propagation Society International Symposium. June 1979. V. 17. P. 193-198.
  72. Shore R.A. Phase-Only Nulling as a Nonlinear Programming Problem // Rome Air Development Center. February 1983. In-house Report RADC-TR-83-37. Р. 18.
  73. Хзмалян А.Д., Кондратьев А.С. Методы Фазового Синтеза Антенных Решеток // Труды XII Всероссийской школы-конференции по дифракции и распространению волн 19-23 декабря 2001. М.: Российский новый университет. Т. I. С. 250-259.
  74. Кондратьев А.С. Фазовый синтез антенных решеток с взаимодействующими элементами // Радиотехника и электроника. 1988. Т. 33. № 1. С. 43-53.
  75. Грибанов А.Н., Титов А.Н. Фазовый метод формирования нулей в диаграмме направленности линейной ФАР // Сб. трудов 55 Научно-техн. конф. МИРЭА (15-24 мая,
    2006 г.). Ч. 4.3. Технические науки. М.: МИРЭА. 2006. С. 21-26.
  76. El-Azhary I., Afifi M.S., Excell P.S. A Simple Algorithm for Sidelobe Cancellation in a Partially Adaptive Linear Array // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. October 1988. V. AP-36. № 10. P. 1484-1486.
  77. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. М.: Энергия. 1975.
  78. Steyskal H., Shore R.A., Haupt R.L. Methods for Null Control and Their Effects on the Radiation Pattern // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. March 1986. V. AP-34. № 3. P. 404-409.
  79. Балагуровский В.А., Вавилов В.А., Кондратьев А.С., Маничев А.О., Полищук Н.П. Метод формирования глубоких нулей в диаграмме направленности фазированной антенной решётки, устойчивый к случайным искажениям амплитудно-фазового распределения // Антенны. 2008. № 6 (133). С. 23-30.
  80. Маничев А.О., Кондратьев А.С., Балагуровский В.А. Методы фазового формирования расширенных глубоких нулей в диаграмме направленности фазированной антенной решётки со случайными искажениями амплитудно-фазового распределения // Антенны. 2009. № 9(148). С. 17-28.