Конструирование разреженных планарных антенных решеток с использованием специальных матриц / Design and optimization of spared planar antenna array by using special matrixes

Кравченко В.Ф. / Kravchenko, V.F.
Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН / Kotel’nikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS
Ло Иян / Luo, Yiyang
Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина / V. N. Karazin Kharkiv National University
Луценко В.И. / Lutsenko, V.I.
Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины / O. Ya. Usikov Institute for Radiophysics and Electronics of NAS of Ukraine
Выпуск в базе РИНЦ
Кравченко В.Ф., Ло Иян, Луценко В.И. Конструирование разреженных планарных антенных решеток с использованием специальных матриц // Физические основы приборостроения. 2020. Т. 9. № 1(35). С. 27–48. DOI: 10.25210/jfop-2001-027048
Kravchenko, V.F., Luo, Yiyang, Lutsenko, V.I. Design and optimization of spared planar antenna array by using special matrixes // Physical Bases of Instrumentation. 2020. Vol. 9. No. 1(35). P. 27–48. DOI: 10.25210/jfop-2001-027048

Аннотация: Предложен новый прямой и простой метод конструирования двумерных разреженных антенных решеток. Рассматриваются разреженные антенные решетки, построенные на структурах разных матриц, например: Магических квадратов, Латинских квадратов, Латинских квадратов с циклическими разностными множествами (ЦРМ) в качестве элемента, и треугольной матрицы Латинских квадратов. Предложены методы их построения, и изучены свойства антенных решеток этих типов, которые обеспечивают полное или почти полное покрытие пространственных частот при высокой степени разрежения и удовлетворительном уровне боковых лепестков.
Abstract: A direct and simple method for designing two-dimensional sparse antenna arrays is proposed. Sparse antenna arrays built on structures with different matrices, for example: Magic squares, Latin squares, Latin squares taking cyclic difference sets (CDM) as elements, and the triangular matrices of Latin squares are considered. A method for their construction which is different from the past are proposed. The properties of this type of antenna arrays, which ensure full or almost full coverage of spatial frequencies, at a high degree of rarefaction with a sufficiently small lateral radiation are studied.
Ключевые слова: латинский квадрат, разреженная антенная решетка, диаграмма направленности, пространственные частоты, треугольная матрица, magic square, Latin square, sparse antenna array, radiation pattern, spatial frequencies, латинский квадрат

Литература / References
  1. Ishimaru, A., Theory of Unequally-Spaced Arrays // IRE Transactions on Antennas and Propagation. 1962. Vol. 10. Iss. 6. P. 691-702. DOI: 10.1109/TAP. 1962.1137952
  2. Jain, R. And Mani, G. S. Solving ‘Antenna Array Thinning Problem’ Using Genetic Algorithm // Applied Computational Intelligence and Soft Computing. 2012. Vol. 2012. 14p. DOI: 10.1155/2012/946398
  3. Haupt, R. L. Thinned Arrays Using Genetic Algorithms // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1994. Vol. 42. No. 7. P. 993-999. DOI: 10.1109/8.299602
  4. Mahanti G. K., Pathak, N., and Mahanti, P. K. Synthesis of Thinned Linear Antenna Arrays with Fixed Sidelobe Level Using Real-Coded Genetic Algorithm // Progress in Electromagnetics Research. 2007. Vol. 75. P. 319-328. DOI: 10.2528/PIER07061304
  5. Zhang L., Jiao Y. C., Chen B., and Li, H. Orthogonal Genetic Algorithm for Planar Thinned Array Designs // International Journal of Antennas and Propagation. 2012. Vol. 2012. Article ID319037. 7p. DOI: 10.1155/2012/319037
  6. Goudos, S. K. And Sahalos, J. N. Design of Large Thinned Arrays Using Different Biogeography-Based Optimization Migration Models // International Journal of Antennas and Propagation. 2016. Vol. 2016, Article ID5359298. 11p. DOI: 10.1155/2016/5359298
  7. Oliveri, G., Manica, L., and Massa, A. ADS-Based Guidelines for Thinned Planar Arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2010. Vol. 58. No. 6. P. 1935-1948. DOI: 10.1109/TAP. 2010.2046858
  8. Jiang, Q., Chen, J. X., and Liu, D. Binary Inheritance Learning Particle Swarm Optimisation and its Application in Thinned Antenna Array Synthesis with the Minimum Sidelobe Level // IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2015. Vol. 9. No. 13. P. 1386-1391. DOI: 10.1049/Iet-Map.2015.0071
  9. Quevedo-Teruel, O. Rajo-Iglesias, E. Ant Colony Optimization in Thinned Array Synthesis with Minimum Sidelobe Level // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2006. Vol. 5. P. 349-352. DOI: 10.1109/LAWP. 2006.880693
  10. Keizer, W. Linear Array Thinning Using Iterative FFT Techniques // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2008. Vol. 56. No. 8. P. 2757-2760. DOI: 10.1109/TAP. 2008.927580
  11. Keizer, W. Large Planar Array Thinning Using Iterative FFT Techniques // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2009. Vol. 57. No. 10. P. 3359-3362. DOI: 10.1109/TAP. 2009.2029382
  12. Wang, X. K., Jiao, Y.C., and Tan, Y.Y. Gradual Thinning Synthesis for Linear Array Based on Iterative Fourier Techniques // Progress in Electromagnetics Research. 2012. Vol. 123. P. 299-320. DOI: 10.2528/PIER11100903
  13. Wang, X. K., Wang, G. B. A Hybrid Method Based on the Iterative Fourier Transform Andthe Differential Evolution for Pattern Synthesis of SparseLinear Arrays // International Journal of Antennas and Propagation. 2018. Vol. 2018. 7p. DOI: 10.1155/2018/6309192
  14. Toso, G. And Angelletti, P. Method of Designing and Manufacturing and Array Antenna // 2008. US US0 211 079.
  15. Liu, Y., Nie, Z., and Liu, Q.-H. Reducing the Number of Elements in a Linear Antenna Array by the Matrix Pencil Method // IEEE Trans. Antennas Propag. 2008. Vol. 56. No. 9. P. 2955-2962. DOI: 10.1109/TAP. 2008.928801
  16. Bucci, O., Perna, S., and Pinchera, D. Advances in the Deterministic Synthesis of Uniform Amplitude Pencil Beam Concentric Ring Arrays // IEEE Trans. Antennas Propag. 2012. Vol. 60. No. 7. P. 3504-3509. DOI: 10.1109/TAP. 2012.2196945
  17. Kay, S., Saha, S. Design of Sparse Linear Arrays by Monte Carlo Importance Sampling // IEEE J. Ocean. Eng. 2012. Vol. 27. No. 4. DOI: 10.1109/JOE.2002.804325
  18. Луценко В. И., Лысенко И. В., Попов И. В., Соболяк А. В., Иян Ло. Использование свойств магических квадратов для апертурного синтеза. 8-я Междунар. конф. «Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации»: материалы конф. / Суздаль, Россия.: Российское НТОРЭС им. А. С. Попова, 2015. С. 215-219. DOI: 10.15407/Rej2019.01.012
  19. Lutsenko, V. I, Popov, I.V., Lutsenko, I.V., Yiyang, Luo, and Mazurenko, A. V. Nonequidistant Two-Dimensional Antenna Arrays Are Based on Magic Squares. Proceedings 2016 International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves. // IEEE Catalog Number CFP1 6780-CDR ISBN978-1-5090-2266-3.
  20. Kravchenko, V. F., Lutsenko, V. I., Lutsenko, I. V., Yi-Yang, Luo, Mazurenko, A. V., Popov, I. V., Non-Equidistant Two-Dimensional Antenna Arrays Based on «Magic» Squares. // Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2017. Vol. 8. No. 3. P. 244-253.
  21. Кравченко В. Ф., Луценко В. И., Иян Ло, Попов И. В. Неэквидистантные двумерные антенные решетки на основе Латинских квадратов. // Физические основы приборостроения. 2018. Т. 7. № 1 (27). C. 4-23. DOI: 10.25210/Jfop-1801-004023
  22. Yi-Yang, Luo, Qiang, Guo, Lutsenko, V.I., Yu, Zheng. Nonequidistant Two-Dimensional Antenna Arrays Based on the Structure of Latin Squares Taking Cyclic Difference Sets as Elements. // Proceedings of EUROPEAN MICROWAVE CONFERENCE IN CENTRAL EUROPE (EuMCE2019) — Prague, Czech Republic. P. 421-424.
  23. Konovalenko, A., Etc. Astrophysical Studies Using Small-Sized Low-Frequency New-Generation Radio Telescopes // Radiophysics and Radio Astronomy. 2016. Vol. 21. No. 2. P. 83-131.
  24. Konovalenko, A. Prospects for Low-Frequency Radio Astronomy // Radio Physics and Radio Astronomy. 2005. Vol. 10. P. 86-114.
  25. Макарова Н. В. Волшебный мир магических квадратов / Учеб. пособ. Спб.: 2010. 180 с.
  26. Sheldon, A. Linear Algebra Done Right // Springer-Verlag. 1996. DOI: 10.1007/978-3-319-11080-6
  27. Baumert, L.D. Cyclic Difference Sets // Lecture Notes in Mathematics // Springer-Verlag. 1971. Vol. 182. P. 172. ISBN: 3-540-05368-9.
  28. Leeper, D. C. Thinned Aperiodic Antenna Arrays with Improved Peak Side Lobe Level Control // 1978. Patent USa No 4071848.
  29. Копилович Л. Е., Содин Л. Г. Линейные не-эквидистантные антенны-решетки на базе разностных множеств / Радиотехники и электроники. 1989. Т. 34. № 10. С. 2059-2066.
  30. Копилович Л. Е., Содин Л. Г. Синтез не-экивидистантных антенн-решеток на основе теории разностных множеств // Радиотехники и электроники. 1994. Т. 39. № 2. С. 380-389.
  31. Копилович Л. Е. Безызбыточные конфигурации антенн на двумерной апертуре интерферометра, дающие полное покрытие центральных областей в плоскости пространственных частот / Радиофизика и радиоастрономия. 2012. Т. 17. № 2. С. 176-182.
  32. Voevodin, V., Kuznetsov, Yu. Matrices and Calculations // IEEE Nauka. 1984. 320p.
  33. Roger, H., Charles, J. Matrix Analysis (Second Edition) // Cambridge University Press. 2013. 643p.
  34. Кравченко В.Ф., Луценко В.И., Луценко И.В., Ло Иян, Мазуренко А.В. Неэквидистантные двумерные антенные решетки на основе«магических» квадратов // Физические основы приборостроения. 2017. Т. 6. № 3(25). С. 4-27. DOI: 10.25210/jfop-1703-004027