Свойства контурных диаграмм направленности фазированных антенных решеток

А.В. Шишлов; Ю.В. Кривошеев; В.И. Мельничук

Свойства контурных диаграмм направленности фазированных антенных решеток

А.В. Шишлов¹, Ю.В. Кривошеев², В.И. Мельничук³

научная статья Страницы: 44-58

¹ к.т.н., зам. зав. кафедрой радиофизики и технической кибернетики, Московский физико-технический институт (государственный университет); начальник отдела, ПАО «Радиофизика» (Москва)
² к.т.н., преподаватель, Московский физико-технический институт (государственный университет); ст. науч. сотрудник, ПАО «Радиофизика» (Москва)
³ науч. сотрудник, ПАО «Радиофизика» (Москва)

Ключевые слова: контурная диаграмма направленности контурный луч зона обслуживания коэффициент эффективности покрытия зоны обслуживания фазированная антенная решетка фазовый синтез амплитудно-фазовый синтез сканирование луча

Аннотация

Рассмотрены свойства контурных диаграмм направленности (лучей) фазированных антенных решеток. Приведены основные характеристики решеток с контурными лучами. Изложена постановка задач фазового и амплитудно-фазового синтеза контурных лучей и приведено сравнение свойств решений этих задач. Получены инженерные формулы для оценки эффективности рассматриваемых антенн. Дано описание особенностей контурных лучей фазированных решеток при сканировании.

Для цитирования

Шишлов А.В., Кривошеев Ю.В., Мельничук В.И. Свойства контурных диаграмм направленности фазированных антенных решеток // Антенны. 2016. № 8. С. 44–58.

Список источников

Egorov E.N., Epshtein A.L., Guskov G.Ya., Levitan B.A., Sbitnev G.V., Shishlov A.V. New Technologies in Multibeam and Scanning Beam Antennas for Communication Systems // Proceedings of the APSCC\'94 Workshop. 1994. Seoul. Korea. P. 211−221.
Егоров Е.Н., Сбитнев Г.В., Чистюхин В.В. Очерки развития техники твердотельных активных фазированных решеток в зеленоградской школе СВЧ-микроэлектроники // Радиотехника. 2010. № 4. С. 6−13.
Bornemann W., Balling P., English W.J. Synthesis of Spacecraft Array Antennas for Intelsat Frequency Reuse Multiple Contoured Beams // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1985. V. AP-33. № 11. P. 1186−1193.
Zaghloul A.I., Assal F.T., Sorbello R.M. Multibeam Active Phased Array System Configurations for Communications Satellites // Military Communications Conference - Crisis Communications: The Promise and Reality. MILCOM 1987. V. 1. P. 289−293.
Jacomb-Hood A., Lier E. Multibeam active phased arrays for communications satellites // IEEE Microwave Magazine. 2000. V. 1. № 4. P. 40−47.
Kerce J.C., Brown G.C., Mitchell M.A. Phase-only transmit beam broadening for improved radar search performance // IEEE Radar Conference. 2007. P. 451−456.
Пистолькорс А.А. Построение антенн по заданной направленной характеристике // Известия электр. пром. и слабого тока. 1939. № 1. С. 9−19.
Woodward P.M. A method of calculating the field over a plane aperture required to produce a given polar diagram // Journal I.E.E. London. 1947. Part IIIA. V. 93. P. 1554−1558.
Зелкин Е.Г. Построение излучающей системы по заданной диаграмме направленности. М.-Л.: Госэнергоиздат. 1963. 280 с.
Минкович Б.М., Яковлев В.П. Теория синтеза антенн. М.: Сов. Радио. 1969. 296 с.
Бахрах Л.Д., Кременецкий С.Д. Синтез излучающих систем. М.: Сов. Радио. 1974. 232 с.
Зелкин Е.Г., Кравченко В.Ф., Гусевский В.И. Конструктивные методы аппроксимации в теории антенн. М.: САЙНС-ПРЕСС. 2005.
Schell A.C. and Ishimaru A. Antenna pattern synthesis. In «Antenna Theory». Part 1. / Ed. R. Collin and F. Zucker. New York: McGraw-Hill. 1969.
Steyskal H. On antenna power pattern synthesis // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1970. V. AP-18. № 1. P. 123−124.
Stutzman W.L. Synthesis of shaped-beam radiation patterns using the iterative sampling method // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1971. V. AP-19. P. 36−41.
Galindo-Israel V., Lee S.-W., and Mittra R. Synthesis of a Laterally Displaced Cluster Feed for a Reflector Antenna with Application to Multiple Beams and Contoured Patterns // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1978. V. AP-26. № 2. P. 220−228.
Jorgensen R. Coverage shaping of contoured-beam antennas by aperture field synthesis // Proceedings of IEE. 1980. V. 127. № 4. P. 201−208.
Chakraborty A., Das B.N., and Sanyal G.S. Beam Shaping Using Nonlinear Phase Distribution in a Uniformly Spaced Array // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1982. V. AP-30. № 5. P. 1031−1034.
Eliott R.S., Stern G.J. A New Technique for Shaped Beam Synthesis of Equispaced Arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1984. V. AP-32. № 10. P. 1129−1133.
Klein C.A. Design of Shaped-Beam Antennas through Minimax Gain Optimization // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1984. V. AP-32. № 9. P. 963−968.
Poulton G.T. Power Pattern Synthesis Using the Method of Successive Projections // IEEE AP-S. Dig. 1986. V. 24. P. 667−670.
Bucci O.M., D-Elia G., Mazzaarella G., and Panariello G. Antenna Pattern Synthesis: A New General Approach // Proceedings IEEE. 1994. V. 82. № 3. P. 358−371.
Sazonov D.M., Frolov N.Ja. Methods of Synthesis of Shaped Contour Beam Reflector Antennas with Single and Multielement Feeds // Proceedings of the 28th Moscow International Conference on Antenna Theory and Technology. Moscow. Russia. 1998. P. 399−402.
Khzmalyan A. and Kondratiev A. The phase-only shaping and adaptive nulling of an amplitude pattern // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2003. V. 51. № 2. P. 264−272.
Bhattacharyya A.K. Shaped-Beam Array Design: Optimization Algorithms. Chapter 11 in «Phased Array Antennas». John Wiley & Sons. 2006. P. 347−377.
Scholnik D.P. A Parameterized Pattern-Error Objective for Large-Scale Phase-Only Array Pattern Design // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2016. V. 64. № 1. P. 89−98.
Lier E., Melcher R. A Modular and Lightweight Multibeam Active Phased Receiving Array for Satellite Applications: Design and Ground Testing // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2009. V. 51. № 1. P. 80−90.
Roederer A.G. Antennas for Space: Some Recent European Developments and Trends // 18th International Conference on Applied Electromagnetics and Communications. 2005. P. 1−8.
Stirland S., Scouarnec D., Wolf H. Current Status and Future Trends in Satellite Telecommunications Antennas // Loughborough Antennas & Propagation Conference. UK. 2013. P. 14−17.
Guskov G.Yu., Egorov E.N., Likhtenvald V.V., Sbitnev G.V. Airborne transponder complex with multibeam active phased antenna arrays for fixed and mobile communications satellite systems in 30/20 and 14/11 GHz range // Proceedings of the 2nd International Conference on Satellite Communications (ICSC \'96). 1996. V. 4. P. 96−97.
Yegorov E.N., Likhtenvald V.V., Sbitnev G.V. The system of active phased array antennas for satellite relay «Kupon» // Proceedings of the XVIII Moscow International Conference on Antenna Theory and Technology. Moscow. 1998. P. 55−61.
Анпилогов В.Р. Cовременные спутники связи и вещания. Какой спутник нужен России - // Приложение 1: Антенны с контурной диаграммой направленности. Технологии и средства связи. 2005. № 6−2. Специальный выпуск «Спутниковая связь и вещание 2006». С. 75−76.
Шубов А.Г., Шишлов А.В. Эффективность антенных устройств с контурными диаграммами направленности // Электромагнитные волны и электронные системы. 1997. Т. 2. № 1. С. 54−57.
Шишлов А.В. Зеркальные антенны с контурными диаграммами направленности - эффективность и предельные возможности // Радиотехника. 2006. № 2. С. 45−50.
Шишлов А.В. Теория и проектирование зеркальных антенн для радиосистем с контурными зонами обслуживания // Радиотехника. 2007. № 4. С. 39−49.
Shishlov A.V., Vilenko I.L., Krivosheev Yu.V. Active Array Fed Reflector Antennas. Practical Relations and Efficiency // Proceedings of the 6th European Conference on Antennas and Propagation. Prague. 2012. P. 2362−2366.
Shishlov A.V., Vilenko I.L., Krivosheev Y.V. Asymptotic theory, design and efficiency of array-fed reflector antennas // Phased Array Systems and Technology. IEEE International Symposium. Boston-Waltham. 2013. P. 320−327.
Виленко И.Л., Кривошеев Ю.В., Шишлов А.В., Ём И.В., Ом М.С., Юн С.Х. Двухлучевая многозеркальная бортовая антенна спутниковой связи диапазона 20/30 ГГц с перенацеливаемым лучом изменяемой формы // Радиотехника. 2016. № 4. С. 56−62.
Ersoy L. Gain area product of an aperture // Antennas & Propagation Society Int. Symposium Digest. 1984. P. 185−188.
Thompson J.D. Flat-topped antenna beams with maximum gain-area product // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. 2007. P. 5773−5776.
Скобелев С.П. Фазированные антенные решетки с секторными парциальными диаграммами направленности // М.: Физматлит. 2010.
Shor N.Z. Minimization methods for non-differentiable functions // New York: Springer-Verlag. 1985.
Ben-Tal A. and Teboulle M. A smooth technique for nondifferentiable optimization problems / Ed. Dolecki S. // Optimization, Proc. of the Fifth French-German Conference (held in Castel-Novel 1988), Lecture Notes in Mathematics. Berlin: Springer-Verlag. 1988. № 1405. P. 1−11.
Борн М., Вольф Э. Основы оптики. Изд. 2-е. М.: Наука. 1973.
Кинбер Б.Е. Обратные задачи теории зеркальных антенн ? приближение геометрической оптики. М.: ИРЭ АН СССР. 1984. Препринт № 38(410).
Кинбер Б.Е., Капцов С.Н., Шишлов А.В. Обратные задачи в оптике и теории антенн // Материалы IX Всесоюзной школы по дифракции и распространению волн. Изд. КАИ. 1988. 118 с.
Боровиков В.А., Кинбер Б.Е. Геометрическая теория дифракции. М.: Связь. 1978. 248 с.
Mehler M.J., Westcott B.S. Applications of generalized GO reflector synthesis to highly shaped beam antennas // IEE International Conference on Antennas and Propagation (ICAP 85). 1985. P. 266−270.
Katagi T., Takeichi Y. Shaped-Beam Horn-Reflector Antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1975. V. 23. № 6. P. 757−763.
Мельничук В.И., Шишлов А.В. Эффективность антенн с контурными диаграммами направленности. Двумерная задача // Радиотехника. 2014. № 1. С. 79−87.

[1] Egorov E.N., Epshtein A.L., Guskov G.Ya., Levitan B.A., Sbitnev G.V., Shishlov A.V. New Technologies in Multibeam and Scanning Beam Antennas for Communication Systems // Proceedings of the APSCC\'94 Workshop. 1994. Seoul. Korea. P. 211−221.

[2] Егоров Е.Н., Сбитнев Г.В., Чистюхин В.В. Очерки развития техники твердотельных активных фазированных решеток в зеленоградской школе СВЧ-микроэлектроники // Радиотехника. 2010. № 4. С. 6−13.

[3] Bornemann W., Balling P., English W.J. Synthesis of Spacecraft Array Antennas for Intelsat Frequency Reuse Multiple Contoured Beams // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1985. V. AP-33. № 11. P. 1186−1193.

[4] Zaghloul A.I., Assal F.T., Sorbello R.M. Multibeam Active Phased Array System Configurations for Communications Satellites // Military Communications Conference - Crisis Communications: The Promise and Reality. MILCOM 1987. V. 1. P. 289−293.

[5] Jacomb-Hood A., Lier E. Multibeam active phased arrays for communications satellites // IEEE Microwave Magazine. 2000. V. 1. № 4. P. 40−47.

[6] Kerce J.C., Brown G.C., Mitchell M.A. Phase-only transmit beam broadening for improved radar search performance // IEEE Radar Conference. 2007. P. 451−456.

[7] Пистолькорс А.А. Построение антенн по заданной направленной характеристике // Известия электр. пром. и слабого тока. 1939. № 1. С. 9−19.

[8] Woodward P.M. A method of calculating the field over a plane aperture required to produce a given polar diagram // Journal I.E.E. London. 1947. Part IIIA. V. 93. P. 1554−1558.

[9] Зелкин Е.Г. Построение излучающей системы по заданной диаграмме направленности. М.-Л.: Госэнергоиздат. 1963. 280 с.

[10] Минкович Б.М., Яковлев В.П. Теория синтеза антенн. М.: Сов. Радио. 1969. 296 с.

[11] Бахрах Л.Д., Кременецкий С.Д. Синтез излучающих систем. М.: Сов. Радио. 1974. 232 с.

[12] Зелкин Е.Г., Кравченко В.Ф., Гусевский В.И. Конструктивные методы аппроксимации в теории антенн. М.: САЙНС-ПРЕСС. 2005.

[13] Schell A.C. and Ishimaru A. Antenna pattern synthesis. In «Antenna Theory». Part 1. / Ed. R. Collin and F. Zucker. New York: McGraw-Hill. 1969.

[14] Steyskal H. On antenna power pattern synthesis // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1970. V. AP-18. № 1. P. 123−124.

[15] Stutzman W.L. Synthesis of shaped-beam radiation patterns using the iterative sampling method // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1971. V. AP-19. P. 36−41.

[16] Galindo-Israel V., Lee S.-W., and Mittra R. Synthesis of a Laterally Displaced Cluster Feed for a Reflector Antenna with Application to Multiple Beams and Contoured Patterns // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1978. V. AP-26. № 2. P. 220−228.

[17] Jorgensen R. Coverage shaping of contoured-beam antennas by aperture field synthesis // Proceedings of IEE. 1980. V. 127. № 4. P. 201−208.

[18] Chakraborty A., Das B.N., and Sanyal G.S. Beam Shaping Using Nonlinear Phase Distribution in a Uniformly Spaced Array // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1982. V. AP-30. № 5. P. 1031−1034.

[19] Eliott R.S., Stern G.J. A New Technique for Shaped Beam Synthesis of Equispaced Arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1984. V. AP-32. № 10. P. 1129−1133.

[20] Klein C.A. Design of Shaped-Beam Antennas through Minimax Gain Optimization // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1984. V. AP-32. № 9. P. 963−968.

[21] Poulton G.T. Power Pattern Synthesis Using the Method of Successive Projections // IEEE AP-S. Dig. 1986. V. 24. P. 667−670.

[22] Bucci O.M., D-Elia G., Mazzaarella G., and Panariello G. Antenna Pattern Synthesis: A New General Approach // Proceedings IEEE. 1994. V. 82. № 3. P. 358−371.

[23] Sazonov D.M., Frolov N.Ja. Methods of Synthesis of Shaped Contour Beam Reflector Antennas with Single and Multielement Feeds // Proceedings of the 28th Moscow International Conference on Antenna Theory and Technology. Moscow. Russia. 1998. P. 399−402.

[24] Khzmalyan A. and Kondratiev A. The phase-only shaping and adaptive nulling of an amplitude pattern // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2003. V. 51. № 2. P. 264−272.

[25] Bhattacharyya A.K. Shaped-Beam Array Design: Optimization Algorithms. Chapter 11 in «Phased Array Antennas». John Wiley & Sons. 2006. P. 347−377.

[26] Scholnik D.P. A Parameterized Pattern-Error Objective for Large-Scale Phase-Only Array Pattern Design // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2016. V. 64. № 1. P. 89−98.

[27] Lier E., Melcher R. A Modular and Lightweight Multibeam Active Phased Receiving Array for Satellite Applications: Design and Ground Testing // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2009. V. 51. № 1. P. 80−90.

[28] Roederer A.G. Antennas for Space: Some Recent European Developments and Trends // 18th International Conference on Applied Electromagnetics and Communications. 2005. P. 1−8.

[29] Stirland S., Scouarnec D., Wolf H. Current Status and Future Trends in Satellite Telecommunications Antennas // Loughborough Antennas & Propagation Conference. UK. 2013. P. 14−17.

[30] Guskov G.Yu., Egorov E.N., Likhtenvald V.V., Sbitnev G.V. Airborne transponder complex with multibeam active phased antenna arrays for fixed and mobile communications satellite systems in 30/20 and 14/11 GHz range // Proceedings of the 2nd International Conference on Satellite Communications (ICSC \'96). 1996. V. 4. P. 96−97.

[31] Yegorov E.N., Likhtenvald V.V., Sbitnev G.V. The system of active phased array antennas for satellite relay «Kupon» // Proceedings of the XVIII Moscow International Conference on Antenna Theory and Technology. Moscow. 1998. P. 55−61.

[32] Анпилогов В.Р. Cовременные спутники связи и вещания. Какой спутник нужен России - // Приложение 1: Антенны с контурной диаграммой направленности. Технологии и средства связи. 2005. № 6−2. Специальный выпуск «Спутниковая связь и вещание 2006». С. 75−76.

[33] Шубов А.Г., Шишлов А.В. Эффективность антенных устройств с контурными диаграммами направленности // Электромагнитные волны и электронные системы. 1997. Т. 2. № 1. С. 54−57.

[34] Шишлов А.В. Зеркальные антенны с контурными диаграммами направленности - эффективность и предельные возможности // Радиотехника. 2006. № 2. С. 45−50.

[35] Шишлов А.В. Теория и проектирование зеркальных антенн для радиосистем с контурными зонами обслуживания // Радиотехника. 2007. № 4. С. 39−49.

[36] Shishlov A.V., Vilenko I.L., Krivosheev Yu.V. Active Array Fed Reflector Antennas. Practical Relations and Efficiency // Proceedings of the 6th European Conference on Antennas and Propagation. Prague. 2012. P. 2362−2366.

[37] Shishlov A.V., Vilenko I.L., Krivosheev Y.V. Asymptotic theory, design and efficiency of array-fed reflector antennas // Phased Array Systems and Technology. IEEE International Symposium. Boston-Waltham. 2013. P. 320−327.

[38] Виленко И.Л., Кривошеев Ю.В., Шишлов А.В., Ём И.В., Ом М.С., Юн С.Х. Двухлучевая многозеркальная бортовая антенна спутниковой связи диапазона 20/30 ГГц с перенацеливаемым лучом изменяемой формы // Радиотехника. 2016. № 4. С. 56−62.

[39] Ersoy L. Gain area product of an aperture // Antennas & Propagation Society Int. Symposium Digest. 1984. P. 185−188.

[40] Thompson J.D. Flat-topped antenna beams with maximum gain-area product // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. 2007. P. 5773−5776.

[41] Скобелев С.П. Фазированные антенные решетки с секторными парциальными диаграммами направленности // М.: Физматлит. 2010.

[42] Shor N.Z. Minimization methods for non-differentiable functions // New York: Springer-Verlag. 1985.

[43] Ben-Tal A. and Teboulle M. A smooth technique for nondifferentiable optimization problems / Ed. Dolecki S. // Optimization, Proc. of the Fifth French-German Conference (held in Castel-Novel 1988), Lecture Notes in Mathematics. Berlin: Springer-Verlag. 1988. № 1405. P. 1−11.

[44] Борн М., Вольф Э. Основы оптики. Изд. 2-е. М.: Наука. 1973.

[45] Кинбер Б.Е. Обратные задачи теории зеркальных антенн ? приближение геометрической оптики. М.: ИРЭ АН СССР. 1984. Препринт № 38(410).

[46] Кинбер Б.Е., Капцов С.Н., Шишлов А.В. Обратные задачи в оптике и теории антенн // Материалы IX Всесоюзной школы по дифракции и распространению волн. Изд. КАИ. 1988. 118 с.

[47] Боровиков В.А., Кинбер Б.Е. Геометрическая теория дифракции. М.: Связь. 1978. 248 с.

[48] Mehler M.J., Westcott B.S. Applications of generalized GO reflector synthesis to highly shaped beam antennas // IEE International Conference on Antennas and Propagation (ICAP 85). 1985. P. 266−270.

[49] Katagi T., Takeichi Y. Shaped-Beam Horn-Reflector Antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1975. V. 23. № 6. P. 757−763.

[50] Мельничук В.И., Шишлов А.В. Эффективность антенн с контурными диаграммами направленности. Двумерная задача // Радиотехника. 2014. № 1. С. 79−87.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи