СПОСОБ ПОДАВЛЕНИЯ БОКОВЫХ ЛЕПЕСТКОВ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ЛИНЕЙНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
METHOD OF SUPPRESSING SIDE LOBES OF LINEAR PHASED ANTENNA ARRAY DIRECTIONAL PATTERN

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для решения задачи подавления бокового излучения диаграмм направленности (ДН) линейных фазированных антенных решеток путем изменения лишь фаз возбуждений элементов ФАР.
Известен способ [El-Azhary, M.S.Afifi, and P.S.Excell, A simple algorithm for sidelobe cancellation in a partially adaptive linear array, / IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. Ap-36, No.10, October 1988, pp.1484-1486.], в котором используются крайние элементы решетки для формирования достаточно широких областей подавления боковых лепестков ДН линейной ФАР. Суть этого способа заключается в добавлении на крайние элементы решетки противоположных по знаку, но равных по значению фазовых сдвигов. Косинусоидальная ДН, образуемая крайними элементами, может быть перемещена так, чтобы ее максимум совпал с направлением максимума подавляемого бокового лепестка. Амплитудная составляющая дополнительной ДН умножается на константу С, такую чтобы дополнительная ДН имела одинаковую амплитуду и противоположную по знаку фазу по отношению к подавляемому боковому лепестку ДН всей решетки.
Недостатками этого способа являются необходимость управления амплитудными коэффициентами при подавлении боковых лепестков, что неприемлемо для ФАР, содержащих фазовращатели, а также недостаточный уровень подавления боковых лепестков для фильтрации мощных помех.
n
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является «Способ формирования нуля диаграммы направленности фазированной антенной решетки» [RU 2123743 С1, опубл. 20.12.1998 г.], основанный на оценке уровня ненормированной исходной диаграммы направленности N-элементной ФАР в направлении помехи, выделении двух адаптивных М-элементных подрешеток, расположенных на краях исходной, с учетом условия 2M≥f(θ), и введении фазовых поправок в элементы адаптивных подрешеток, причем фазовые поправки для m-ой от края пары излучателей (m=1, 2, …М) выбираются в соответствии с соотношением
где
0
λ, x - длина волны и шаг решетки;
θ - угол, отсчитываемый от нормали к раскрыву;
0
п
θ, θ - направление главного максимума и помехи соответственно.
Знак минус в соотношении соответствует элементам левой адаптивной подрешетки, а знак плюс - правой.
Недостатком известного способа является то, что подавление бокового излучения гарантируется лишь в узком угловом секторе.
Техническим результатом предлагаемого способа подавления боковых лепестков ДН линейной фазированной антенной решетки является подавление боковых лепестков диаграммы направленности ФАР в широком угловом секторе.
Сущность предлагаемого способа подавления боковых лепестков диаграммы направленности линейной фазированной антенной решетки состоит в оценке уровня исходной диаграммы направленности ФАР и выделении в раскрыве двух М-элементных подрешеток, расположенных на краях исходной. Введение в них фазовых поправок ±Δφ осуществляют со знаком минус для излучателей подрешетки, расположенной с одного края раскрыва и со знаком плюс с другого края раскрыва.
Новым в заявляемом изобретении является то, что величины фазовых поправок ±Δφ для всех элементов подрешеток выбирают равными по абсолютному значению и из условия заданной величины подавления и ширины углового сектора подавления боковых лепестков.
На фиг.1 приведены примеры пар фазовых распределений на излучателях линейной фазированной антенной решетки, формирующих провалы в диаграмме направленности. Знаком "+" обозначены излучатели с дополнительной фазой +Δφ, знаком "-" излучатели с дополнительной фазой -Δφ, а символом "0" излучатели, фаза которых не изменяется. Одно из пары фазовых распределений формирует провалы с одной стороны относительно луча, другое - с противоположной стороны.
а) - соответствует случаю М=1;
б) - соответствует случаю М=2;
в) - соответствует случаю М=3;
На фиг.2 - диаграммы направленности линейной фазированной антенной решетки с провалами при равномерном амплитудном распределении. Штриховой линией обозначены исходные ДН заданной ФАР при синфазном распределении, а сплошной - ДН с подавленным боковым излучением той же ФАР, но с измененным фазовым распределением.
а) - соответствует случаю М=1, Δφ=±60°;
б) - соответствует случаю М=2, Δφ=±60°;
в) - соответствует случаю М=3, Δφ=±60°;
На фиг.3 показаны диаграммы направленности линейной фазированной антенной решетки с провалами при спадающем амплитудном распределении. Штриховой линией обозначены исходные ДН заданной ФАР при синфазном распределении, а сплошной - ДН с подавленным боковым излучением той же ФАР, но с измененным фазовым распределением.
а) - соответствует случаю М=1, Δφ=±55°;
б) - соответствует случаю М=2, Δφ=±37°;
в) - соответствует случаю М=3, Δφ=±30°;
Для понижения уровня боковых лепестков ДН фазированной антенной решетки изменим фазы у М=1, 2 и 3 крайних излучателей с левого края решетки и стольких же излучателей справа. В случае равномерного амплитудного распределения фазовые поправки могут, например, иметь значения +60° с одной и -60° с другой стороны раскрыва. Выбор знака "+" или "-" определяет правое или левое расположение области подавления боковых лепестков относительно направления луча.
1
Диаграммы направленности исходные и с областями подавленного бокового излучения, рассчитанные для случаев М=1, 2, 3 для линейной ФАР, состоящей из 30 изотропных излучателей, расположенных с шагом d=0.64λ с равномерным амплитудным распределением, показаны на фиг.2. Фазовое распределение на крайних излучателях решетки сформировано в соответствии с фиг.1. Как видно из диаграмм, представленных на фиг.2а, уровень излучения понижается более чем на 5 дБ у боковых лепестков с номерами со 2-го по 7-ой включительно. Максимальное подавление происходит в направлении θ=15.1°, отсчитываемом от нормали к раскрыву.
2
При использовании двух крайних излучателях (М=2), область подавления включает в себя боковые лепестки с 1-го по 3-ий включительно, а центр области пониженного излучения образуется на угле θ=7.5° (фиг.2б).
3
Изменение фаз трех крайних излучателях (М=3) приводит к подавлению 1-го и 2-го боковых лепестков. Центр области подавления расположен на угле θ=5° (фиг.2в).
Рассмотрим пример подавления боковых лепестков в линейной ФАР с амплитудным распределением, спадающим к краям раскрыва. В качестве примера, используем амплитудное распределение I(z), определяемое выражением [Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. - М.: Энергия, 1975 г.]:
где
z - координата расположения излучателей, отсчитываемая от центра раскрыва;
Δ - параметр, определяющий величину относительного уменьшения возбуждения на краю антенны по отношению к середине, в нашем случае Δ=0.7;
L - длина раскрыва.
Диаграммы направленности исходные и с подавленными боковыми лепестками, рассчитанные для случаев М=1-3 для ФАР с заданным амплитудным распределением, показаны на фиг.3. При этом в случае М=1 использовалась фазовая поправка Δφ=±55°, при М=2 использовалась фазовая поправка Δφ=±37°, при М=3 использовалась фазовая поправка Δφ=±30°. В каждом из рассмотренных случаев в ДН были сформированы протяженные угловые сектора с подавленными боковыми лепестками.
Предлагаемый способ свободен от недостатков, присущих прототипу, поскольку подавление бокового излучения осуществляется не в узком, а в широком угловом секторе, включающем расположение нескольких боковых лепестков. Кроме того, фазы крайних излучателей необходимо изменять на постоянную величину, что позволяет упростить и ускорить процесс подавления боковых лепестков.