ADAPTIVE MULTIBEAM ANTENNAS

Abstract

One of the adaptive antenna versions enabling to suppress interference from the set direction on retention of signal level within the greatest area of the footprint is given.

Full Text

Развитие современных антенных систем, в том числе военной связи, потребовало обеспечение высокой помехозащищенности антенной системы от направленных помех. При использовании классических многолучевых антенн (МЛА), где схема антеннофидерной системы (АФС) построена по принципу «облучатель - луч», защита от помехи осуществляет ся отключением приемника для заданного луча. Однако это также лишало связи или приводило к значительному ухудшению качества связи тех, кто находился в зоне отключения сигнала [1; 2]. Решением данной проблемы стало развитие адаптивных антенных систем. Принципиальное отличие данных систем заключается в том, что они позволяют 106 Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева подавлять помеху в определенной зоне, но при этом не ухудшают качество связи для остальных абонентов. Несмотря на то, что адаптивные антенные системы используют антенны различных типов, их можно разделить на 3 основных класса: - адаптивная фазированная антенная решетка (АФАР); - адаптивная многолучевая антенна (АМЛА); - их вариации. Одно из направлений использования таких антенн -это установка их на космические аппараты (КА). В нашей стране использование адаптивных антенн на КА - это только перспектива. Преимуществом АМЛА над АФАР является возможность обеспечить покрытие всей зоны обслуживания (ЗО) набором узких высокоэнергетических лучей, обеспечивающих высокое качество связи, а при возникновении помех эффективно подавлять помеху. Кроме того подавление сигнала в АМЛА осуществляется в главном лепестке диаграммы направленности антенны. В данной статье будет рассмотрен один из примеров реализации АМЛА и представлены возможности подавления направленных помех в заданной зоне. Данная адаптивная антенная система должна обеспечивать работу в двух режимах: - 1 режим - многолучевой режим; - 2 режим - режим подавления. Данные режимы при их совмещении могут существенно дополнять друг друга. Так, в мирное время наиболее предпочтительной является многолучевая концепция, позволяющая организовывать связь с абонентами во всей зоне обслуживания вплоть до глобальной. Кроме того, существует возможность двойного использования данного режима в мирное время, выделяя часть ресурса для средств гражданской связи. При этом, для части ячеек облучателя МЛА, которые не требуют противопомеховой защиты, спутниковая обработка сигналов может быть отключена, что позволит использовать коммерческие пользовательские терминалы [3]. Модель адаптивной многолучевой антенны, работающей в Ка-диапазоне частот, приведена на рис. 1. Рис. 1. Модель адаптивной МЛА Ка-диапазона АМЛА Ка-диапазона, имея в своем составе 61-элементную облучающую решетку, по кластерной схеме формирует 7 лучей шириной 1°х1°, набор которых покрывает зону 2,5°х2,5°. Каждый луч антенны формируется семеркой облучателей (рис. 2). При отсутствии помехи антенна формирует набор из семи лучей шириной 1°х1°, для обеспечения одновременной работы всех лучей организуется частотное деление между лучами антенны (рис. 3, а). В качестве критерия эффективной антенной системы было выбрано отношение сигнал/шум. При появлении помехи и превышении уровня сигнал/шум система использует заранее синтезированные варианты амплитудно-фазового распределения (АФР) облучающей решетки. Каждый луч антенны формирует провалы в направлении помехи независимо от остальных лучей (рис. 3, б). При изменении АФР облучающей решетки возможно перемещение провала в ДН АМЛА в пределах ЗО с различной глубиной. Сечения исходной ДН кластера и ДН при подавлении постановщика помех, действующего по скату основного лепестка, приведены на рис. 4. Так как каждый луч адаптивной гибридной зеркальной антенны (ГЗА), построенной по кластерной схеме, формирует провал независимо от остальных лучей, то для дальних лучей необходимо обеспечить подавление боковых лепестков ДН, помеха которых может воздействовать на дальние лучи адаптивной ГЗА. Сделаем предположение для рассматриваемой семерки лучей, а в частности для центрального луча № 1, одновременно с подавленной помехой существует еще одна, положение которой соответствует боковому лепестку центрального луча. Вторая помеха будет подавляться дальними лучами, по аналогии с рассматриваемой семеркой. В результате синтеза АФР и поиска помехи будут сформированы провалы в ДН и определено положение помехи. Информация о ее положении будет занесена в память системы. Сечения ДН горизонтальной плоскостью центрального луча до и после подавления боковых помех показаны на рис. 5. Луч №3 Рис. 2. Принцип формирования лучей 107 Авиационная и ракетно-космическая техника а б Рис. 3. Набор лучей шириной 1°х1° (а); подавление помехи центральным лучом (б) Рис. 4. Результаты синтеза АФР кластера, состоящего из 7 облучателей. Сплошной линией отображается сечения ДН вертикальной плоскостью кластера без подавления помехи, пунктирной - сечение ДН при подавление помехи до 35 дБ относительно номинальной «МІ,».:.... а б Рис. 5. Сечения горизонтальной плоскостью ДН центрального луча: а - до подавления боковых помех; б - после подавления боковых помех Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева Таким образом, из полученных результатов можно сделать вывод, что рассмотренная схема построения адаптивной ГЗА позволяет подавлять одну помеху в пределах центрального лепестка ДН и до 3-4 помех в пределах боковых лепестков ДН антенны. При этом сохраняется уровень сигнала в остальной зоне обслуживания при подавлении четырех помех одновременно. Алгоритм обладает хорошим быстродействием, что позволит оперативно подавлять помеху в пределах ЗО (синтез АФР до 0,5 с). Как показывают расчеты, подавление помехи на 30 дБ достигается без существенного искажения ДН антенны, что позволит сохранить уровень сигнала для всей ЗО.