Исследование влияния антенных элементов миллиметрового диапазона на ошибки пеленгации фазовым методом

Введение. Ошибки пеленгации ухудшают качество работы любой пеленгационной системы. При работе фазового пеленгатора причиной ошибок в том числе является неидентичность приемных каналов. Исследования влияния антенн на ошибки пеленгации, а также поиск способа уменьшения этих ошибок являются актуальными задачами, поскольку позволяют улучшить качество работы всей пеленгационной системы.
Цель работы. Исследование влияния антенн миллиметрового диапазона на ошибки фазового пеленгатора.
Материалы и методы. Для серии из четырех антенн миллиметрового диапазона были получены пространственные отсчеты коэффициентов усиления, отсчеты фазовых диаграмм и значения комплексного коэффициента отражения. На основе полученных характеристик для нескольких пространственных направлений были сформированы матрицы характеристик. Для каждой матрицы была найдена L-норма. По различиям полученных L-норм делались выводы о степени различия матриц характеристик антенн. По степени схожести матриц характеристик антенны были попарно сгруппированы. L-нормы матриц антенн из одной пары различались несущественно по сравнению с различиями L-норм матриц антенн из второй пары. Для каждой пары антенн определялись пеленг и ошибки пеленгации в диапазоне углов ϕ: −15…15° с шагом в 1°.
Результаты. Полученные значения ошибок пеленгации для двух поочередно использованных пар антенн различаются во всем рассмотренном диапазоне углов. Причем пара антенн с меньшей разницей L-норм характеризуется меньшим уровнем ошибок пеленгации. В большинстве точек углового диапазона разница ошибок пеленгации для двух пар антенн попадает в промежуток значений от 0.5 до 0.1°. На границах углового диапазона ошибки пеленгации возрастают, наибольшая разница в 0.5° наблюдается при угле ϕ = 15°.
Заключение. В результате исследования определено, что различия характеристик антенн, установленных в одну фазометрическую базу, приводят к увеличению ошибок пеленгации. Предложен способ количественной оценки неидентичности антенн. Применяя предложенный способ, можно группировать антенны в фазометрических базах, что позволит снизить ошибки пеленгации фазовым методом.

1. Multiple Array Spacings for an Interferometer Direction Finder with High Direction-Finding Accuracy in a wide Range of Frequencies / J. H. Lee, J. K. Kim, H. K. Ryu, Y. J. Park // IEEE Antennas and Wireless Propagation Let. 2018. Vol. 17, № 4. P. 563–566. doi:10.1109/LAWP.2018.2803107

2. Ergezer N., Nayir H. A Low Cost HF Direction Finding Antenna Array Simulator for Verification of HF-DF Receivers // Proc. of the Intern. Automatic Testing Conf. St Louis, USA, 15–18 Sept. 2014. Piscataway: IEEE, 2014. P. 14700766. doi:10.1109/AUTEST.2014.6935159

3. Шарыгин Г. С., Дубинин Д. В. Круговая антенная решетка для моноимпульсного фазового пеленгатора // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии: материалы 24-й Междунар. конф., Севастополь, Россия, 7–13 нояб. 2014 г. IEEE, 2014. С. 471–472. doi:10.1109/CRMICO.2014.6959484

4. Порубов Г. Г. Методика выбора оптимальных структур антенных решеток фазовых пеленгаторов и оценка вероятностных характеристик // Докл. ТУСУР. 2017. Т. 20, № 1. С. 5–9. doi:10.21293/1818-0442-2017-20-1-05-09

5. Исследование работы фазового пеленгатора с квазиоптимальным устранением неоднозначности на наземных трассах / В. П. Денисов, Д. В. Дубинин, М. В. Крутиков, А. А. Мещеряков // Докл. ТУСУР. 2011. № 2 (24). С. 7–15.

6. Algorithm for Obtaining Accurate Phase Interferometer / S. V. Doan, J. Vesely, P. Janu, P. Hubacek, X. L. Tran // Proc. of the 26th Intern. Conf. Radioelektronika, Kosice, Slovakia, 19–20 Apr. 2016. IEEE, 2016. P. 16036088. doi:10.1109/RADIOELEK.2016.7477374

7. Optimized Algorithm for Solving Phase Interferometer Ambiguity / S. V. Doan, J. Vesely, P. Janu, P. Hubacek, X. L. Tran // Proc. of the 17th Intern. Radar Symp., Krakow, Poland, 10–12 May 2016. IEEE, 2016. P. 16104516. doi:10.1109/IRS.2016.7497353

8. Виноградов А. Д., Востров А. Ю., Дмитриев И. С. Обобщенная структура радиопеленгатора и основные термины, используемые в теории радиопеленгования // Антенны. 2018. № 5. С. 5–20.

9. Павлов И. Д. Электродинамическое моделирование и расчет широкополосной малогабаритной спиральной антенны миллиметрового диапазона // Омский науч. вестн. 2017. № 5. С. 152–158.

10. Пат. RU 2673319 МПК Н 01 Q 1/00. Спиральная антенна / Д. Д. Кохнюк, И. А. Боровик, Я. В. Федоров, И. Д. Павлов, И. Н. Звягинцев, В. В. Волчонков. Опубл. 23.11.2018. Бюл. № 33.

11. Уфаев В. А. Методика расчета вероятности аномальных ошибок пеленгования с применением кольцевых антенных решеток // Антенны. 2017. № 6. С. 17–22.

12. Методика расчета вероятности аномальных ошибок моноимпульсного многоканального радиопеленгатора с антенной системой произвольной конфигурации / М. Л. Артемов, И. С. Дмитриев, М. Ю. Ильин, М. П. Сличенко // Антенны. 2020. № 3. С. 58–87. doi:10.18127/j03209601-202003-05

13. Уфаев В. А. Предельные параметры пеленгаторных антенных решеток // Антенны. 2017. № 6. С. 5–9.

14. Виноградов А. Д. Методические ошибки векторных радиопеленгаторов // Антенны. 2020. № 5 (267). С. 13–23. doi:10.18127/j03209601-202005-02

15. Методические ошибки скалярных радиопеленгаторов с антенными решетками из ненаправленных антенн / А. Д. Виноградов, А. Ю. Михин, Е. П. Никитенко, Г. В. Подшивалова, Т. И. Шипилова // Антенны. 2020. № 3 (265). С. 6–31. doi:10.18127/j03209601-202003-01

16. Способ и характеристики угломестного радиопеленгования с использованием трехэлементной антенной решетки из соосных вертикальных вибраторных антенн / А. Д. Виноградов, В. В. Грибанов, А. Ю. Михин, Е. П. Никитенко, Г. В. Подшивалова // Антенны. 2017. № 5. С. 13–18.

17. Li M., Ma R., Behdad N. A Compact Low-Cost Ultrawideband Direction Finding System: Techniques Suitable for Small-Aperture Designs // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2018. Vol. 60, № 6. P. 32–44. doi:10.1109/MAP.2018.2870641

18. Amakawa Sh. Scattered Reflections on Scattering Parameters Demystifying Complex-Referenced S Parameters // IEICE Transactions on Electronics. 2016. Vol. E99, № 10. P. 1100–1112. doi:10.1587/transele.E99.C.1100

19. Paulis F., Zhang Y. J., Fan J. Signal/Power Integrity Analysis for Multilayer Printed circuit Boards Using Cascaded S-Parameters // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2010. Vol. 52, № 4. P. 1008–1018. doi:10.1109/TEMC.2010.2072784

20. Антохина Ю. А., Крячко А. Ф., Ковалев А. С. Синтез характеристик антенн по измерениям в ближней зоне / под ред. Ю. Г. Шатракова; ГУАП. СПб., 2016. 309 с.

21. Неганов В. А., Табаков Д. П., Яровой Г. П. Современная теория и практические применения антенн. М.: Радиотехника, 2009. 720 с.

22. Мануилов Б. Д., Кузнецов А. А. Характеристики рассеяния плоских вибраторных решеток при формировании многолучевых диаграмм направленности // Антенны. 2012. № 1. С. 34–42.

23. Пономарев Л. И., Попов В. В. Рассеивающие свойства антенн и фазированных антенных решеток. М.: РУДН, 2003. 144 с.

24. Матричные методы расчета и проектирования сложных систем автоматического управления для инженеров / К. А. Пупков, Н. Д. Егупов, Ю. Л. Лукашенко, Д. В. Мельников, В. М. Рыбин, А. И. Трофимов. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. 664 с.

25. Павлов И. Д. Исследование влияния антенной платформы фазового пеленгатора на ошибки пеленгации // Антенны и распространение радиоволн: сб. докл. Всерос. науч.-техн. конф., Санкт-Петербург, Россия, 24–26 нояб. 2021 г. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2021. С. 75–76.