Синтез диаграмм направленности антенных решеток для больших углов сканирования с использованием генетического алгоритма
- Авторы: Дмитриева В.В.1, Коровин К.О.1, Ликонцев А.Н.1
-
Учреждения:
- Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
- Выпуск: Том 10, № 1 (2024)
- Страницы: 49-57
- Раздел: ЭЛЕКТРОНИКА. ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬ
- URL: https://journals.rcsi.science/1813-324X/article/view/254345
- EDN: https://elibrary.ru/TWQNDY
- ID: 254345
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В настоящее время в большинстве современных систем связи, например, в современных спутниковых терминалах предполагается применение антенн со сканирующим лучом, т. е. антенных решеток. При этом при больших углах сканирования сильно возрастает уровень боковых лепестков (УБЛ) и наблюдается уменьшение коэффициента усиления (КУ). В этой связи возникает задача отыскания процедуры синтеза амплитудно-фазового распределения (АФР) с низким уровнем боковых лепестков и высоким КУ при больших углах сканирования. Одним из способов уменьшения боковых лепестков и компенсации снижения КУ является синтез оптимального (по максимуму КУ и минимуму УБЛ) АФР, с использованием оптимизационных алгоритмов. При этом учет характеристик диаграммы направленности (ДН) излучателей решетки приводит к необходимости численного электродинамического расчета. Целью работы является разработка процедуры синтеза АФР с низким УБЛ для линейных и прямоугольных антенных решеток при различных, в том числе больших углах сканирования и компенсации снижения КУ с использованием генетического алгоритма и численного электродинамического расчета. Методами исследования характеристик антенных излучателей является численное электродинамическое моделирование методом конечных элементов в системе автоматизированного проектирования Ansys HFSS и оптимизация АФР для заданной ДН методом случайного поиска с использованием парциальных диаграмм излучателей. Элементами новизны является комбинация точного электродинамического расчета излучателей антенных решеток и оптимизационного поиска АФР для синтеза требуемой ДН с использованием парциальных диаграмм. В результате разработана процедура синтеза АФР линейной и плоской эквидистантной (на примере 8- и 64-элементных) антенных решеток с учетом точных электродинамических характеристик излучателей и их взаимного влияния. С использованием генетического алгоритма при различных углах сканирования найдены АФР на излучателях, для которых получены ДН решетки с учетом влияния соседних элементов. Проанализировано изменение УБЛ и КУ антенной решетки при различных углах сканирования с использованием различных АФР. Предложенный алгоритм позволяет синтезировать АФР с низким УБЛ ДН и высоким КУ при углах отклонения главного лепестка до 40° для линейной антенной решетки и до 80° в случае плоской антенной решетки. Результаты данной работы актуальны в задачах синтеза ДН, так как предложенное решение обеспечивает существенный выигрыш в скорости синтеза АФР ДН линейной и прямоугольной антенных решеток, особенно для систем с большим числом излучателе. При этом удается сохранить высокий КУ при больших углах сканирования, и добиться существенного снижения УБЛ.
Об авторах
В. В. Дмитриева
Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Email: dmitrieva.vv@sut.ru
ORCID iD: 0000-0001-5608-5961
SPIN-код: 3982-5990
К. О. Коровин
Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Email: korovin.ko@sut.ru
ORCID iD: 0000-0001-7979-3725
SPIN-код: 7549-6431
А. Н. Ликонцев
Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Email: Likontsev.an@sut.ru
ORCID iD: 0009-0009-5562-2142
SPIN-код: 5540-5582
Список литературы
- Brown A.D. Electronically Scanned Arrays MATLAB® Modeling and Simulation. Boston: CRC Press, 2012. 232 p. doi: 10.1201/b12044
- Кочетков В.А., Горшков А.А., Тихонов А.В., Солдатиков И.В. Оптимизация линзовых антенных решеток алгоритмами роя частиц и кукушкиного поиска при их проектировании // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 2. С. 115‒125. EDN:DLYEOS
- Тинеков А.В., Щербинин В.В. Применение методов глобальной оптимизации для решения задачи синтеза антенных решёток // Известия Алтайского государственного университета. 2013. № 1(77). С. 194‒198. EDN:ROXLLD
- Wang Z., Wang W.-Q., Zheng Z., Shao H. Nested Array Sensor With Grating Lobe Suppression and Arbitrary Transmit–Receive Beampattern Synthesis // IEEE Access. 2018. Vol. 6. PP. 9227‒9237. doi: 10.1109/ACCESS.2018.2804486
- Bray M.G., Werner D.H., Boeringer D.W., Machuga D.W. Optimization of thinned aperiodic linear phased arrays using genetic algorithms to reduce grating lobes during scanning // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2002. Vol. 50. Iss. 12. PP. 1732‒1742. doi: 10.1109/TAP.2002.807947
- Panduro M.A., Mendez A.L., Dominguez R., Romero G. Design of non-uniform circular antenna arrays for side lobe reduction using the method of genetic algorithms // AEU-International Journal of Electronics and Communications. 2006. Vol. 60. Iss. 10. PP. 713‒717. doi: 10.1016/j.aeue.2006.03.006
- Ravipudi J.L., Neebha M. Synthesis of linear antenna arrays using jaya, self-adaptive jaya and chaotic Jaya algorithms // AEU-International Journal of Electronics and Communications. 2018. Vol. 92. PP. 54‒63. doi: 10.1016/j.aeue.2018.05.022
- Guney K., Onay M. Optimal synthesis of linear antenna arrays using a harmony search algorithm // Expert Systems with Applications. 2011. Vol. 38. Iss. 12. PP. 15455‒15462. doi: 10.1016/j.eswa.2011.06.015
- Ознобихин В.И., Ромодин В.Б., Ячменева Т.В., Кулик В.С. Синтез селекторных диаграмм направленности с использованием генетического алгоритма // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2016. № 8. С. 29‒33. EDN:WBPGHD
- Хансен Р.С. Фазированные антенные решетки. Пер. с англ. М.: Техносфера, 2012. 560 с.
- Андропов А.В., Кузьмин С.В. Методика синтеза диаграмм направленности антенных решеток с произвольным расположением излучающих элементов // Труды учебных заведений связи. 2022. Т. 8. №. 2. С. 15‒28. doi: 10.31854/1813-324X-2022-8-2-15-28
- Жук М.С., Молочков Ю.Б. Антенно-фидерные устройства. М.: Энергия, 1966. 648 с.
- Самойленко В.И., Шишов Ю.А. Управление фазированными антенными решетками. М.: Радио и связь, 1983. 240 с.
- Курейчик В.М. Генетические алгоритмы // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 1998. Т. 8. № 2. С. 4‒7. EDN:KXAPID
- Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1986. 448 с.