К.С. Зайцев1, О.В. Терехин2, А.А. Васин3

1–3 Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (Москва, Россия)

1 waz-raketa@yandex.ru

Постановка проблемы. Фазированные антенные решетки (ФАР) нашли широкое применение благодаря быстрой электронной перестройке диаграммы направленности. Однако классические плоские ФАР ограничены сектором сканирования, обычно не превышающим ±60° от нормали к поверхности, и имеют существенно худшие характеристики при бо́льших углах отклонения луча. Все это приводит к тому, что ищутся новые пути для создания антенн со сверхширокоугольным сканированием. С этой точки зрения особый интерес представляет исследование выпуклых (конформных) ФАР.

Цель. Провести анализ принципов функционирования выпуклых ФАР с широкоугольным сканированием, исследовать различные формы выпуклых ФАР с точки зрения возможности обеспечения нужных характеристик направленности, рассмотреть подходы к динамическому формированию активной области и проанализировать различные методы размещения излучателей ФАР на различных выпуклых поверхностях.

Результаты. Представлены аналитические выражения для оценки коэффициента направленного действия выпуклой ФАР с учетом диаграммы направленности одиночного элемента. Выполнено сравнение различных видов выпуклых ФАР критерию максимума коэффициента направленного действия. Формализовано условие формирования динамической активной области ФАР. Проведен анализ способов размещения излучателей: от дуговых и кольцевых конфигураций до геодезических структур и методов проекционного размещения. Показано, что размещение элементов ФАР по спирали Фибоначчи является одним из наиболее универсальных подходов для выпуклых ФАР произвольной формы, позволяющим также обеспечить расширение
рабочей полосы частот и минимизировать число излучателей ФАР.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании широкоугольных ФАР/АФАР радиолокационных систем, спутниковых терминалов и бортовых антенных систем летательных аппаратов и других подвижных объектов.

Зайцев К.С., Терехин О.В., Васин А.А. Синтез выпуклых ФАР для сверхширокоугольного сканирования // Успехи современной радиоэлектроники. 2025. T. 79. № 11. С. 81–100. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202511-09

1. Li M., Chen S.-L., Liu Y., Guo Y.J. Wide-Angle Beam Scanning Phased Array Antennas: A Review // IEEE Open Journal of Antennas and Propagation, 2023. DOI: 10.1109/OJAP.2023.3296636.
2. БРЛС AN/APG-68. URL: https://www.deagel.com/Components/ANAPG-68/a001560.
3. Гошин Г.Г. Устройства СВЧ и антенны. Часть 2. Антенны. Учеб. пособие. Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. 2012.
4. Литун В.И., Митрохин В.Н. Особенности проектирования купольнолинзовых антенн  Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2012. № 2. С. 87–100.
5. Lei J., Yang J., Chen X., Zhang Z., Fu G., Hao Y. Experimental demonstration of conformal phased array antenna via transformation optics // Scientific Reports. 2018. V. 8. Art. 3807. DOI: 10.1038/s41598-018-22165-4.
6. Воскресенский Д.И., Пономарев Л.И., Филиппов В.С. Выпуклые сканирующие антенны (основы теории и методы расчета). М.: Сов. радио. 1978.
7. Josefsson L., Persson P. Conformal array antenna theory and design. Piscataway (NJ), Hoboken (N.J.): IEEE press, Wiley-Interscience, cop. 2006. XIV. (IEEE press series on electromagnetic wave theory).
8. Бусел М.О., Калинин А.А., Романович А.Г. Синтез конформной антенной решетки с произвольным расположением излучателей // Вестник Военной академии Республики Беларусь. 2016. № 2. С. 87–94.
9. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Д.И. Воскресенского. Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Радиотехника. 2012.
10. Завадский С.А., Юрцев О.А. Влияние взаимодействия между излучателями на параметры выпуклой антенной решетки с двойной кривизной // Доклады БГУИР. 2019. № 6 (124). С. 5–11.
11. Hansen R.C. Phased Array Antennas : Second Edition. Hoboken, NJ : John Wiley & Sons. 2009. 
12. Tomasic B., Turtle J., Liu Sh. The geodesic sphere phased array antenna for satellite communication and air/space surveillance – Part 1 // Defense Technical Information Center (DTIC). 2004.
13. Pelham T. Analysis of Conformal Antenna Array Design using Beamforming methods and on-platform aperture modelling / University of Bristol, Department of Electrical and Electronic Engineering. Bristol. 2018.
14. Jiang H., Rao N., Chen X., Zhou J., Qiu C., Zhai W., Hao Z. Study on Clutter Model and Characteristics of Airborne Radar with Parabolic Conformal Phased Array // Journal of Electronic Science and Technology. 2016. V. 14. № 1. P. 49–53.
15. Инденбом М.В. Исследование характеристик сферических осесимметричных фазированных антенных решеток с учетом взаимодействия щелевых излучателей // Журнал радиоэлектроники. 2020. №  9. DOI: 10.30898/1684–1719.2020.9.2.
16. Chan A.K., Ishimaru A., Sigelmann R.A. Equally Spaced Spherical Arrays // Radio Science. 1968. V. 3. № 5. P. 401–403.
17. Franek O., Pedersen G.F. Spherical horn array for wideband propagation measurements // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2011. V. 59. № 7. P. 2654–2660.
18. Hu Z., Tang X., Lu C., Zhang J. Design and Simulation of a Conformal Phased Array Antenna // Advances in Computer Science Research (3rd International Conference on Mechatronics Engineering and Information Technology). 2019. V. 87. P. 849–853.
19. Sun D., Shen R., Yan X. A Broadband Conformal Phased Array Antenna on Spherical Surface // International Journal of Antennas and Propagation. 2014. V. 2014. P. 5. DOI: https://doi.org/10.1155/2014/206736.
20. Pfeiffer C., Massman J. An UWB Hemispherical Vivaldi Array // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2022. V. 70. № 10. DOI 10.1109/TAP.2022.3177482.
21. Hoffman M. Conventions for the Analysis of Spherical Arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1963. V. AP-11. № 4. P. 390–393.
22. Elliot P.G. Conformal Array Beam Synthesis and Taper Efficiency Comparisons // Proceedings of the Antennas, Radar, and Wave Propagation (ARP) Conference. 2005.
23. Vogel H. A better way to construct the sunflower head // Mathematical Biosciences. 1979. Т. 44. № 3–4. С. 179–189.
24. Стрижков В.А. Особенности поведения фазированных антенных решеток при широкоугольном и сверхширокоугольном сканировании // Антенны. 2006. № 6. С. 3–16.