tuzsutТруды учебных заведений связиProceedings of Telecommunication Universities1813-324X2712-8830СПбГУТ10.31854/1813-324X-2022-8-2-15-28tuzsut-366Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬELECTRONICS, PHOTONICS, INSTRUMENTATION AND COMMUNICATIONSМетодика синтеза диаграмм направленности антенных решеток с произвольным расположением излучающих элементовRadiation Pattern Synthesis Method of Antenna Arrays with an Arbitrary Arrangement of Radiating Elementshttps://orcid.org/0000-0003-1469-7913АндроповА. В.AndropovA.

Андропов Алексей Викторович – научный  сотрудник ООО «Специальный Технологический Центр»

Санкт-Петербург, 195220

St. Petersburg, 195220

mixphixion@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5496-2702КузьминС. В.KuzminS.

Кузьмин Сергей Викторович – кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры конструирования и производства радиоэлектронных средств 

Санкт-Петербург, 193232

St. Petersburg, 193232

sergey-v-kuzmin@yandex.ruООО «Специальный Технологический Центр»РоссияSpecial Technology Center, LLCRussian FederationСанкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-БруевичаРоссияThe Bonch-Bruevich Saint Petersburg State University of TelecommunicationsRussian Federation202230062022821528Copyright © Андропов А.В., Кузьмин С.В., 20222022Андропов А.В., Кузьмин С.В.Andropov A., Kuzmin S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tuzs.sut.ru/jour/article/view/366

Проведен анализ методов синтеза диаграмм направленности антенных решеток с различным расположением излучающих элементов. В результате предложена методика синтеза амплитудно-фазового распределения на основе метода парциальных диаграмм направленности с использованием алгоритмов эволюционной оптимизации. Представлены результаты реализации методики для низкопрофильной совмещенной кольцевой концентрической антенной решетки, пятиэлементной решетки на основе несимметричных антенн «волновой канал» и конформной решетки, состоящей из произвольно расположенных антенн PIFA. Приведены рассчитанные амплитудно-фазовые распределения и диаграммы направленности. Методика позволяет оценить потенциальные возможности антенн с учетом взаимных связей и влияния элементов конструкции носителя.

As a result of the analysis of methods for synthesizing radiation patterns, in order to find the required amplitude-phase distribution in antenna arrays with an arbitrary arrangement of radiating elements, a technique based on the method of partial radiation patterns is proposed. The results of implementing the technique for a lowprofile combined ring concentric antenna array, a five-element antenna array based on asymmetric wave channel antennas, and a conformal antenna array consisting of arbitrarily located PIFA antennas are presented. The calculated amplitude-phase distributions and radiation patterns are given. The technique makes it possible to evaluate the potential capabilities of antennas, with adaptation taking into account the mutual coupling.

диаграмма направленностикольцевая антенная решеткаконформная антенная решеткасинтез диаграмм направленностиметод роя частицгенетический алгоритмчисленные методы электродинамикиradiation patternring antenna arrayconformal antenna arrayradiation pattern synthesisparticle swarm methodgenetic algorithmnumerical methods of electrodynamicsReferencesВоскресенский Д.И. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток. М: Радиотехника. 2012. 744 с.Voskresensky D.I. Microwave Devices and Antennas. Design of Phased Antenna Arrays. Moscow: Radiotekhnika Publ.; 2012. 744 p. (in Russ.)ГОСТ 23282-91. Решетки антенные. Термины и определения. Часть 3: Сб. стандартов. М.: Стандартинформ, 2005.GOST 23282-91. Antenna arrays. Terms and Definitions. Part 3. Moscow: Standartinform Publ.; 2005. (in Russ.)Хансен Р.С. Фазированные антенные решетки. М.: Техносфера, 2012.Hansen R.S. Phased antenna arrays. Moscow: Technosfera Publ.; 2012. (in Russ.)Красюк В.Н. Антенны с малой радиозаметностью: монография. СПб.: Наука, 2011. 671 с.Krasyuk V.N. Antennas with Low Radio Visibility. St. Petersburg: Nauka Publ.; 2011. 671 p. (in Russ.)Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика. М.: Радио и связь, 2000. 536 с.Pimenov Y.V., Volman V.I., Muravtsov A.D. Technical Electrodynamics. Moscow: Radio i sviaz Publ.; 2000. 536 p. (in Russ.)Козлов Д.С. Влияние взаимной связи излучателей на характеристики диаграммы направленности фазированной антенной решетки в области подавления излучения // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2016. № 2. С. 69‒74.Kozlov D.S. The Influence of Mutual Coupling Effect on the Radiation Pattern Characteristics of the Nulling Phased Antenna Array. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics (Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii Rossii. Radioelektronika). 2016;(2):69‒74. (in Russ.)Коротецкий Е.В., Шитиков А.М., Денисенко В.В. Методы калибровки фазированных антенных решеток // Радиотехника. 2013. № 5. С. 95‒104.Korotetsky E.V., Shitikov A.M., Denisenko V.V. Methods of Phased Array Antenna Calibration. Radio engineering. 2013;5: 95‒104. (in Russ.)Скобелев С.П. Фазированные антенные решетки с секторными парциальными диаграммами направленности. М.: Физматлит, 2010. 318 с.Skobelev S.P. Phased Antenna Arrays with Sectoral Partial Radiation Patterns. Moscow: Fizmatlit Publ.; 2010. 318 p. (in Russ.)Французов А.Д. Метод неортогональных парциальных диаграмм синтеза линейных антенных решеток // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2014. № 5. С. 3‒9.Frantsuzov A.D. The Method of Partial Diagram for the Synthesis of Linear Antenna Arrays. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics (Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii Rossii. Radioelektronika). 2014;5:3‒9. (in Russ.)Drabowitch S., Papiernik A., Griffiths H.D., Encinas J., Smith B.L. Modern Antennas. Springer: Dordrecht, 2005. 710 p.Drabowitch S., Papiernik A., Griffiths H.D., Encinas J., Smith B.L. Modern Antennas. Springer: Dordrecht; 2005. 710 p.Van Trees H.L. Optimum Array Processing: Part IV of Detection, Estimation, and Modulation Theory. John Wiley & Sons: NewYork, 2002. 1472 p.Van Trees H.L. Optimum Array Processing: Part IV of Detection, Estimation, and Modulation Theory. John Wiley & Sons: NewYork; 2002. 1472 p.Зелкин Е.Г., Кравченко В.Ф. Задачи синтеза антенн и новые методы их решения. М.: ИПРЖР, 2002. 72 с.Zelkin E.G, Kravchenko V.F. Problems of Antenna Synthesis and New Methods for their Solution. Moscow: IPRZhR Publ.; 2002. 72 p. (in Russ.)Вендик И.Б., Козлов Д.С., Вендик О.Г., Диаграммообразование в антенных решетках. М.: Физматлит, 2020. 112 с.Vendik I.B., Kozlov D.S. Vendik O.G. Diagram Formation in Antenna Arrays. Moscow: Fizmatlit Publ.; 2020. 110 p. (in Russ.)Кузьмин С.В., Коровин К.О., Раимжанов Т.Р. Вариант реализации интерактивного приложения для синтеза систем связи с антенными решетками // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2020. Т. 23. № 2. С. 46‒54. DOI:10.32603/1993-8985-2020-23-2-46-54Kuzmin S.V., Korovin K.O., Raimzhanov T.R. An Implementation of Interactive Application for the Synthesis of Communication Systems with Antenna Arrays. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics (Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii Rossii. Radioelektronika). 2020;23(2):46–54. (in Russ.) DOI:10.32603/1993-8985-2020-23-2-46-54.Саломатов Ю.П., Панько В.С., Сугак М.И. Кольцевые излучатели и антенные решетки. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ ЛЭТИ, 2014. 120 с.Salomatov Yu.P., Panko V.S., Sugak M.I. Ring Emitters and Antenna Arrays. St. Petersburg: LETI Publ.; 2014. 119 p. (in Russ.)Brown A.D. Electronically Scanned Arrays MATLAB® Modeling and Simulation. CRC Press: Boca Raton, 2012. 229 p. DOI:10.1201/b12044Arik D.B. Electronically Scanned Arrays MATLAB® Modeling and Simulation. CRC Press: Boca Raton; 2012. 229 p. DOI:10.1201/b12044Архипов Н.С., Полянский И.С., Сомов А.М. Анализ и структурно-параметрический синтез зеркальных антенн. М.: Горячая линия ‒ Телеком, 2017. 225 с.Arkhipov N.S., Polyansky I.S., Somov A.M. Analysis and Structural-Parametric Synthesis of Mirror Antennas. Moscow: Goriachaia liniia Telekom Publ.; 2017. 225 p. (in Russ.)Сосунов Б.В., Бородулин Р.Ю. Конструкционный синтез элементов фазированных антенных решеток // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2013;2(169):47‒54.Sosunov B.V., Borodulin R.Yu. Constructural Synthesis of Element of a Fased Array of Antennas. Computing, Telecommunication and Control. 2013;2(169):47‒54. (in Russ.)Andropov A.V., Kuzmin S.V., Korovin K.O. Design of Airborne Dual-Band Low-Profile Antenna Array // International Youth Conference on Electronics, Telecommunications and Information Technologies (Proceedings of the YETI 2020, Russia, St. Petersburg, 10–11 July 2020). Springer Proceedings in Physics. Vol. 255. Cham: Springer, 2021. PP. 675‒681. DOI:10.1007/978-3-030-58868-7_74Andropov A.V., Kuzmin S.V., Korovin K.O. Design of Airborne Dual-Band Low-Profile Antenna Array. International Youth Conference on Electronics, Telecommunications and Information Technologies, Proceedings of the YETI 2020, 10–11 July 2020, Russia, St. Petersburg. Springer Proceedings in Physics. Cham: Springer; 2021. vol.255. p.675‒681. DOI:10.1007/978-3-030-58868-7_74Андропов А.В., Кузьмин С.В. Алгоритм определения конструкции несимметричной антенны «волновой канал» с заданным направлением максимума излучения // Успехи современной радиоэлектроники. 2021. T. 75. № 4. С. 87– 92. DOI:10.18127/j20700784-202104-12Andropov A.V., Kuzmin S.V. Algorithm for Determining the Design of an Unbalanced Wave Channel Antenna with a Given Direction of Maximum Radiation in the Vertical Plane. Achievements of Modern Radioelectronics. 2021;75(4):87–92. (in Russ.) DOI:10.18127/j20700784-202104-12Андропов А.В., Канаев К.А., Колмаков И.А., Попов О.В., Смирнов П.Л. Бортовая антенна для беспилотного летательного аппарата. Патент на изобретение RU 2715353 C1 от 25.07.19. Опубл. 26.02.20.Andropov A.V., Kanaev K.A., Kolmakov I.A., Popov O.V., Smirnov P.L. Airborne Antenna for an Unmanned Aerial Vehicle. Patent RF, no. 2715353 C1, 25.07.19. (in Russ.)Григорьев В.А., Щесняк С.С., Гулюшин В.Л., Распаев Ю.А., Лагутенко О.И., Щесняк А.С. Адаптивные антенные решетки: учебное пособие в 2-ух частях. Ч. 1. СПб: Университет ИТМО, 2016. 179 с.Grigoriev V.A., Schesnyak S.S., Gulyushin V.L., Raspaev Yu.A., Lagutenko O.I., Shchesnyak A.S. Adaptive Antenna Arrays. Part 1. St. Petersburg: ITMO University Publ.; 2016. 179 p. (in Russ.)Саймон Д. Алгоритмы эволюционной оптимизации. Пер. с англ. М.: ДМК Пресс, 2020. 1002 с.Simon D. Evolutionary Optimization Algorithms. John Wiley & Sons, Inc.; 2013. 784 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.