ФАЗОВЫЙ СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОВАЛА В ДИАГРАММЕ НАПРАВЛЕННОСТИ ПЛОСКОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
PHASE METHOD OF NULLING BEAM PATTERN OF PLANAR PHASED ANTENNA ARRAY

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для решения задачи формирования провала в диаграммах направленности (ДН) плоских фазированных антенных решеток (ФАР) путем изменения лишь фаз возбуждений ее элементов.
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 протяженной области подавления боковых лепестков ДН линейной ФАР. Суть этого способа заключается в том, что сигналы, проходящие через крайние излучатели, получают фазовые сдвиги, равные по величине, но противоположные по знаку. Максимум ДН, образуемой крайними элементами, смещается так, чтобы он совпал с направлением максимума подавляемого бокового лепестка, угловой диапазон которого охватывает направление прихода сигнала помехи. При этом амплитудная составляющая дополнительной ДН умножается на константу C, такую чтобы дополнительная ДН имела одинаковую амплитуду с подавляемым боковым лепестком ДН всей решетки. Фазовая составляющая дополнительной ДН в области подавляемого бокового лепестка должна отличаться на 180° от фазовой составляющей подавляемого бокового лепестка ДН всей решетки.
n
n
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является «Способ формирования нуля диаграммы направленности фазированной антенной решетки» [RU 2123743 C1, опубл. 20.12.1998 г.], основанный на оценке уровня ненормированной исходной диаграммы направленности N-элементной ФАР в направлении помехи f(θ), выделении двух адаптивных M-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 обоих известных способов является то, что формирование нуля гарантируется только для линейных антенных решеток. Кроме того, во втором способе фазовые поправки на крайних излучателях не одинаковы и требуют сложных вычислений.
n
n
Техническим результатом предлагаемого способа является формирование провала в ДН плоской ФАР в направлении помехи, имеющей угловые координаты (θ, φ) в сферической системе координат, причем фазы сигналов, проходящих через крайние элементы эквивалентного линейного раскрыва этой ФАР, изменяют на постоянную величину, что позволяет упростить и ускорить процесс формирования провала.
Сущность предлагаемого фазового способа формирования провала в ДН плоской ФАР состоит в оценке уровня исходной диаграммы направленности N-элементной ФАР в направлении помехи, выделении в раскрыве двух M-элементных подрешеток, расположенных на краях исходной, и введении фазовых поправок, со знаком минус для элементов одной подрешетки и со знаком плюс для элементов другой подрешетки.
n
n
n
n
n
n
Новым в заявляемом изобретении является то, что для определения направления помехи задаются две угловые координаты θ, и φ, после оценки уровня исходной диаграммы направленности N-элементной ФАР вычисляют возбуждение ее эквивалентного линейного раскрыва в сечении, угол наклона которого равен значению координаты помехи φ, после выделения в эквивалентном линейном раскрыве двух M-элементных подрешеток, расположенных на его краях, величины фазовых поправок этих подрешеток выбирают равными по абсолютному значению из условия заданной глубины провала и координаты помехи θ, фазы излучателей плоской ФАР, образующих M-элементные подрешетки эквивалентного линейного раскрыва, изменяют на величину фазовых поправок, где θ, φ - координаты направления помехи в сферической системе координат.
0
1
N-1
N
n
На фиг.1 показаны варианты формирования эквивалентного линейного раскрыва, где A, A…A, A - амплитуды элементов эквивалентного линейного раскрыва, φ - угол наклона эквивалентного линейного раскрыва.
На фиг.2 приведены примеры формирования провалов в ДН ФАР с эллиптической формой раскрыва, на которой расположены N=334 излучателя (элемента), где:
а) - соответствует ДН ФАР в угломестном сечении;
б) - соответствует пространственной ДН ФАР;
в) - соответствует ДН ФАР в азимутальном сечении;
г) - соответствует раскрыву ФАР с измененным фазовым распределением по эквивалентному линейному раскрыву в азимутальном сечении;
n
n
д) - соответствует пространственной ДН ФАР с измененным фазовым распределением по эквивалентному линейному раскрыву в азимутальном сечении, окружность показывает область, где формируется провал при θ≈11°, φ=0°;
n
е) - соответствует ДН в азимутальном сечении для ФАР с измененным фазовым распределением по эквивалентному линейному раскрыву в азимутальном сечении, стрелка указывает направление провала в данном сечении ДН при θ≈11°;
ж) - соответствует раскрыву ФАР с измененным фазовым распределением по эквивалентному линейному раскрыву в угломестном сечении;
n
n
з) - соответствует пространственной ДН ФАР с измененным фазовым распределением по эквивалентному линейному раскрыву в угломестном сечении, окружность показывает область, где формируется провал при θ≈11°, φ=90°;
n
и) - соответствует ДН в угломестном сечении для ФАР с измененным фазовым распределением по эквивалентному линейному раскрыву в угломестном сечении, стрелка указывает направление провала в данном сечении ДН при θ≈11°;
n
к) - соответствует раскрыву ФАР с измененным фазовым распределением по эквивалентному линейному раскрыву в сечении, угол наклона которого равен значению координаты помехи φ=37°;
n
n
n
л) - соответствует пространственной ДН ФАР с измененным фазовым распределением по эквивалентному линейному раскрыву в сечении, угол наклона которого равен значению координаты помехи φ=37°, окружность показывает область, где формируется провал при θ≈11°, φ=37°;
n
n
n
м) - соответствует ДН в сечении, угол наклона которого равен значению координаты помехи φ=37° для ФАР с измененным фазовым распределением по эквивалентному линейному раскрыву в сечении, угол наклона которого равен значению координаты помехи φ=37°; стрелка указывает направление провала в данном сечении ДН при θ≈11°.
Характерной чертой данного способа является неизменность возбуждения основной части излучателей, поскольку возбуждение меняется лишь у тех излучателей, которые образуют крайние элементы эквивалентного линейного раскрыва.
В ФАР, имеющей треугольную или прямоугольную структуру расположения излучателей, провалы наиболее просто формировать в главных угловых сечениях (Фиг.1а). Однако применить рассмотренный способ можно и для других сечений (Фиг.1б, в).
На Фиг.2 представлены примеры формирования провалов в ДН ФАР, имеющей раскрыв эллиптической формы. В раскрыве ФАР создано спадающее к краям амплитудное распределение с КИП≈0.94. На Фиг.2а, б, в приведены пространственная ДН ФАР и ДН в главных - угломестном (Фиг.2а) и азимутальном (Фиг.2в) - сечениях. Исходный уровень максимальных боковых лепестков составляет ≈-25 дБ.
n
n
n
n
Случай формирования провала в азимутальном сечении на угле, равном значению координаты помехи θ≈11°, представлен на Фиг.2 г, д, е. Фазовое распределение изменяют у M=4 крайних излучателей эквивалентного линейного раскрыва в сечении, угол наклона которого равен значению координаты помехи φ=0°. В пространственной ДН (Фиг.2д) хорошо видна угловая область провала. Снижение бокового излучения в области провала составило ≈18 дБ, уровень главного луча уменьшился на 0.1 дБ. С противоположной стороны относительно луча боковые лепестки возросли на ≈5 дБ. Приблизительно такие же характеристики провала можно получить и при формировании провала в угломестном сечении (φ=90°, θ≈11°, Фиг.2ж-и).
n
n
На Фиг.2к-м представлен случай формирования провала в косом сечении пространственной ДН, угол наклона которого равен значению координаты помехи φ=37°, а значение θ≈11°. В соответствующем эквивалентном линейном раскрыве возбуждение изменялось у M=2 крайних излучателей с каждой стороны (Фиг.2к). Представленные характеристики излучения показывают, что сформированный провал имеет приблизительно такие же параметры, что и рассмотренный выше.
n
n
Предлагаемый способ свободен от недостатков, присущих прототипу, поскольку формирование провала осуществляется в ДН плоской ФАР в направлении помехи, имеющей угловые координаты (θ, φ) в сферической системе координат, причем фазы сигналов, проходящих через крайние элементы эквивалентного линейного раскрыва этой ФАР, изменяют на постоянную величину, что позволяет упростить и ускорить процесс формирования провала.