Синтез алгоритма оценки характеристик волноводно-щелевой антенной решетки при изменении фазировки антенных элементов

Введение. При эксплуатации антенн для различных радиоэлектронных систем актуальным является учет влияния отказов фазовращателей (ФВ) на характеристики фазированных антенных решеток, в частности волноводно-щелевой фазированной антенной решетки (ВЩФАР). Анализ публикаций показывает, что ситуации выхода из строя указанных элементов рассмотрены не в полной мере и исследования в этом направлении носят весьма ограниченный характер. В статье предложен алгоритм статистического моделирования влияния отказов на характеристики ВЩФАР. Приведено соотношение, связывающее диаграмму направленности с объемом статистической выборки и количеством ФВ, вышедших из строя.

Цель работы. Исследование характеристик ВЩФАР при отказах ФВ, когда их фаза принимает значение с дискретом 22.5° вместо требуемого значения.

Материалы и методы. При исследовании влияния отказов на характеристики ВЩФАР использовались методы статистического моделирования. Расчеты проводились на ЭВМ с помощью пакета прикладной математики Mathcad 15.

Результаты. В ходе исследований предложен алгоритм статистического моделирования влияния отказов на характеристики ВЩФАР. Приведено соотношение, связывающее диаграмму направленности с объемом статистической выборки и количеством ФВ, вышедших из строя. Исследовались неисправности излучателей от 5 до 35 из 50 элементов. Получено изменение следующих характеристик: среднеквадратическое отклонение - от 0.047 до 0.13; относительные значения: ширина диаграммы направленности - от 9 до 32 %; уровень боковых лепестков - от 13 до 72 %; мощность излучения - от 0.9 до 0.31.

Заключение. Полученные результаты исследований могут быть обобщены и использованы в радиоэлектронных системах с антенными решетками на этапе их разработки. Следующим направлением работы авторы считают исследование влияния отказов ФВ, при котором мощность не проходит в излучатель. Другим важным направлением является компенсация искажений в результате отказов антенных элементов.

1. Мануилов М. Б., Лерер В. А., Синявский Г. П. Методы расчета и новые применения волноводно-щелевых антенных решеток // Успехи современной радиоэлектроники. 2007. № 5. С. 3-28.

2. Данильчук В. И. Модельная задача расчета щелевой антенны под покрытием // Радиотехника. 2000. № 9. С. 12-15.

3. Радциг Ю. Ю., Хаванова М. А., Мойсеенко Н. П. Математическое моделирование задачи синтеза слабонаправленных щелевых антенн для летательных аппаратов // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2001. Т. 4, № 3. С. 27-29.

4. Математические методы прикладной электродинамики / С. Б. Раевский, Ю. Г. Белов, А. А. Денисенко, А. И. Ермолаев, В. В. Ермошин, Т. Н. Заборонкова. М.: Радиотехника, 2007. 88 с.

5. Войтович Н. И., Клыгач Д. С., Хашимов А. Б. Поле излучения двусторонней щелевой антенны // Вестн. ЮУрГУ. Сер. Компьютерные технологии, управление и радиоэлектроника. 2012. Вып. 16, № 6 (282). С. 135-141.

6. Кошкидько В. Г., Мигалин М. М. Разработка линейной эквивалентной волноводно-щелевой антенной решетки и анализ ее направленных свойств // Антенны. 2018. № 2. С. 15-20.

7. Milligan T. A. Modern Antenna design. N. J.: John Wiley & Sons, 2005. 630 p.

8. Balanis C. A. Modern antenna handbook. N. J.: John Wiley & Sons, 2008. 1704 p.

9. Levin B. Antenna Engineering Theory and Problems. Boca Raton: CRC Press, 2017. 406 p.

10. Пелевин А. О., Заргано Г. В., Вяткина С. В. Сравнительный анализ ФАР на прямоугольных и гребневых волноводах // Телекоммуникации. 2019. № 3. С. 22-28.

11. Single ridge waveguide slot incremental conductance analysis and array antenna design / Rui Xu, Jiangying Li, Dingyi Luo, Guangwei Yang // Proc. of 2014 3rd Asia-Pacific Conf. on Antennas and Propagation, Harbin, China, 26-29 July 2014. IEEE, 2014. P. 143-146. doi: 10.1109/APCAP.2014.6992435

12. Teng Li, Wenbin Dou. Design of an Edge Slot-ted Waveguide Antenna Array Based on T-Shaped Cross-Section Waveguide // Intern. J. of Antennas and Propagation. 2017. P. 1-8. doi: 10.1155/2017/7385357

13. Elliott R. S. Antenna Theory & Design. Wiley- IEEE Press, 2003. 612 p.

14. Математическая модель антенно-волноводного тракта с разделением сигналов по частоте- поляризации / Д. Д. Габриэльян, А. Е. Коровкин, C. И. Бойчук, С. В. Дворников, М. Р. Бибарсов, Г. Ш. Бибарсова // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2022. Т. 25, № 4. С. 41-51. doi: 10.32603/1993-8985-2021-25-4-41-51

15. Пономарев Л. И., Степаненко В. И. Сканирующие многочастотные совмещенные антенные решетки. М.: Радиотехника, 2009. 328 с.

16. Вендик О. Г., Парнес М. Д. Антенны с электрическим сканированием. М.: Сайнс-пресс, 2001. 232 с.

17. Пелевин А. О., Земляков В. В., Заргано Г. В. Исследование характеристик щелевой антенной решетки на основе П-волноводов // Антенны. 2018. № 3. С. 3-7.

18. Bozzi M., Georgiadis A., Wu K. Review of Substrate Integrated Waveguide (SIW) Circuits and Antennas // IET Microwaves, Antennas and Propagation. 2011. Vol. 5, № 8. P. 909-920. doi: 10.1049/ietmap.2010.0463

19. Пастернак Ю. Г. Разработка антенной решетки для мобильного терминала спутниковой связи. URL: https://cchgeu.ru/upload/iblock/211/itogovyy-otchet-po-proektu-razrabotka-antennoy-reshetki-dlya-mobilnogo-terminala-sputnikovoy-svyazi.pdf (дата обращения 06.05.2024).

20. Бибарсов М. Р. Исследование влияния отказов фазовращателей на характеристики волноводно-щелевой фазированной антенной решетки // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2024. Т. 27, № 1. С. 57-66. doi: 10.32603/1993-8985-2024-27-1-57-66

21. Шифрин Я. С. Вопросы статистической теории антенн. М.: Сов. радио, 1970. 384 c.

22. Синтез амплитудно-фазового распределения в квазикольцевой антенной решетке / М. Р. Бибарсов, Е. В. Грибанов, Д. Д. Габриэльян, Ден. С. Федоров, Дан. С. Федоров // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2017. Вып. 2. С. 28-33.

23. Влияние локально плоских искажений излучающего раскрыва на диаграмму направленности фазированной антенной решетки / М. Р. Бибарсов, Г. Ш. Бибарсова, Д. Д. Габриэльян, С. В. Дворников, Д. С. Федоров // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2023. Т. 26, № 1. С. 17-25. doi: 10.32603/1993-8985-2023-26-1-17-25

24. Влияние ошибок формирования амплитудно-фазового распределения в раскрыве фазированной антенной решетки на точность пеленгации / М. Р. Бибарсов, Г. Ш. Бибарсова, Д. Д. Габриэльян, В. Н. Шацкий // Информация и космос. 2023. № 2. С. 18-23.