А. И. Гиголо1, Г. Ю. Кузнецов2, В. С. Темченко3
1, 3 Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (Москва, Россия)
2 АО «НИИ точных приборов» (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Создание современных радиотехнических комплексов систем радиосвязи, радиолокации и опознавания требует от разработчика решения ряда сложных научно-технических задач, ключевой из которых является задача калибровки фазированных антенных решеток (ФАР). На начальном этапе для решения задачи калибровки используют численное моделирование различных структур ФАР, поскольку экспериментальные исследования ФАР являются длительными во времени, требуют разработки и создания измерительно-вычислительных комплексов (ИВК), что существенно повышает стоимость исследований.

Цель. Разработать новый метод калибровки ФАР, связывающий комплексные амплитуды (КА) излучателей многоэлементных тестируемой ФАР (ТФАР) и калиброванной ФАР (КФАР), позволяющий существенно сократить число излучателей при решении задачи калибровки ТФАР и повысить точность калибровки за счет полного исключения влияния характеристик зонда-регистратора (ЗР) при определении поля излучения в выбранных точках поверхности сканирования в ближней зоне (БЗ) ФАР.

Результаты. Разработан новый метод калибровки многоэлементной ФАР, основанный на функциональной связи известных значений КА тока (или напряжения) возбуждения излучателей КФАР и КА, определяемых при решении задачи калибровки ТФАР, конструкция которой полностью совпадает с КФАР, включая геометрию размещения и тип излучателей на их полотне, с тем же ЗР при одинаковой геометрии определения поля в точках поверхности сканирования в БЗ. На основе предложенного метода калибровки, использующего совместную обработку данных полей излучения указанных ФАР, проведен выбор дополнительных изменений фазы КФАР и ТФАР. Показано, что при решении задачи калибровки предложенным методом ТФАР в отличие от традиционных методов позволяет сократить число излучателей и повысить точность калибровки ТФАР за счет полного исключения влияния характеристик ЗР при определении поля излучения в плоскости сканирования. На основе численного моделирования реконструкции характеристик излучателей линейной эквидистантной ТФАР с N = 100 элементами выполнено сравнение относительной разности амплитуд КФАР и ТФАР, полученных с помощью предложенного метода и традиционного метода, где компенсация характеристик ЗР проведена без учета ошибок для выбранных значений дополнительной фазы.

Практическая значимость. Предложенный метод может быть использован для диагностики активных ФАР, что позволяет существенно сохранить ресурс элементной базы таких ФАР. Кроме того, отличие реальной величины фазы ТФАР и полученной на ИВК позволит оценить вклад уровня отраженных сигналов в рабочей зоне безэховой камеры и ошибок измерений при проведении тестирования ФАР.

Гиголо А.И., Кузнецов Г.Ю., Темченко В.С. Новый метод калибровки фазированной антенной решетки на основе данных измерения поля в ближней зоне // Антенны. 2022. № 4. С. 33–45. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202204-04

1. Bucci O.M., Migliore M.D., Panariello G. Accurate diagnosis of conformal arrays from near-field data using the matrix method // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2005. V. 53. № 3. P. 1114–1120.
2. Newell A.C. Error analysis techniques for planar near-field measurements // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1988. V. 36. № 6. P. 754–768.
3. Sarkar T.K., Taaghol А. Near-field to near/far-field transformation for arbitrary near-field geometry utilizing an equivalent electric current and MoM // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1999. V. 47. № 3. P. 566–573.
4. Long R., Ouyang J., Yang F., Li Y., Zhang K. Calibration method of phased array based on near-field measurement system // Progress In Electromagnetics Research C. 2017. V. 71. P. 25–31.
5. Takahashi Т., Konishi Y., Makino S., Ohmine H., Nakaguro H. Fast measurement technique for phased array calibration // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2008. V. 56. № 7. P. 1888–1899.
6. Migliore M.D. A compressed sensing approach for array diagnosis from a small set of near-field measurements // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2011. V. 59. № 6. P. 2127–2133.
7. Wei L., Weibo D., Qiang Y., Ying S. A hybrid diagnosis method for defective array elements based on compressive sensing and iterative shrinkage thresholding algorithm // 2017 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP). Phuket, Thailand. 2017. P. 1–2.
8. Kuznetsov G., Temchenko V., Miloserdov M., Voskresenskiy D. Modifications of active phased antenna arrays near-field diagnosis method based on compressive sensing // International Journal of Microwave and Wireless Technologies. 2019. V. 11. P. 568–576.
9. Massa A., Rocca P., Olivieri G. Compressive sensing in electromagnetics – A review // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2015. V. 57. № 1. P. 224–238.
10. Calvetti D., Morigi S., Reichel L., Sgallari F. Tikhonov regularization and the L-curve for large discrete ill-posed problems // Journal of Computational and Applied Mathematics. 2000. № 123. P. 423–446.
11. Schmidt C., Leibfritz M., Eibert T. Fully probe-corrected near-field far-field transformation employing plane wave expansion and diagonal translation operators // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2008. V. 56. № 3. P. 737–746.
12. Yinusa K.A., Eibert T.F. Multi-probe measurement technique for echo suppression in near-field measurements // 7th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP). 2013. P. 3889–3893.
13. Кузнецов Г.Ю., Темченко В.С. Реконструктивная диагностика фазированных антенных решеток с использованием метода «опознание со сжатием» // Антенны. 2017. № 1. С. 14–21.