vestnovsuВестник Новгородского государственного университетаVestnik of Novgorod State University2076-8052Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого10.34680/2076-8052.2025.1(139).44-54vestnovsu-360Research ArticleРАДИОФИЗИКАRADIOPHYSICSРеализация диаграммообразующего устройства на основе апланатической линзы для реализации сканирующей антенной системы радиолокатораImplementation of a beamforming device based on an aplanatic lens for the implementation of a radar scanning antenna systemhttps://orcid.org/0009-0004-0569-6737ПроскуринД. К.ProskurinD. K.

Проскурин Дмитрий Константинович – кандидат физико-математических наук, ректор

Воронеж

Voronezh

rector@cchgeu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2031-5531ПастернакЮ. Г.PasternakYu. G.

Пастернак Юрий Геннадьевич – доктор технических наук, профессор

Воронеж

Voronezh

pasternakyg@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9027-6163ФёдоровС. М.FyodorovS. M.

Фёдоров Сергей Михайлович – кандидат технических наук, доцент

Воронеж

Voronezh

fedorov_sm@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5270-0792ИщенкоЕ. А.IshchenkoE. A.

Ищенко Евгений Алексеевич – аспирант, ассистент

Воронеж

Voronezh

kursk1998@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0008-4358-935XМедведевА. Е.MedvedevA. E.

Медведев Александр Евгеньевич – студент

Воронеж

Voronezh

medvedev.vzlomhik1999@mail.ruВоронежский государственный технический университетРоссияVoronezh State Technical UniversityRussian Federation20250406202501(139)4454Copyright © Проскурин Д.К., Пастернак Ю.Г., Фёдоров С.М., Ищенко Е.А., Медведев А.Е., 20252025Проскурин Д.К., Пастернак Ю.Г., Фёдоров С.М., Ищенко Е.А., Медведев А.Е.Proskurin D.K., Pasternak Y.G., Fyodorov S.M., Ishchenko E.A., Medvedev A.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnovsu.elpub.ru/jour/article/view/360

В статье рассматривается диаграммообразующее устройство на основе апланатической линзы,   которая   формируется   на   основе   полистиролового    заполнения,   которое   заключается в волноводную систему. Разработанная система обладает возможностью реализации амплитуднофазового распределения в широком диапазоне рабочих частот путем запитывания входной группы из двадцати пяти портов, которые обеспечивают реализацию диаграммообразование на выходных тринадцати портах. Для повышения эффективности работы разработанного устройства в конструкцию диаграммообразующего устройства были интегрированы двенадцать балластных портов, которые обеспечивают гашение побочных излучений, а также траекторий распространения электромагнитных волн. Приведенные в работе результаты показывают, что предлагаемая система диаграммообразования позволяет обеспечить управление характеристиками амплитудно-фазового распределения в широком диапазон частот, при этом обеспечить минимальные потери и высокую эффективность передачи электромагнитных волн. Для подтверждения работоспособности разработанного диаграммообразующего устройства выполнялось моделирование как системы отдельно, так и в виде системы диаграммообразования для антенной системы радиолокатора. Полученные результаты показали, что применение системы диаграммообразования позволяет обеспечить сканирование лучом антенны в широком диапазоне рабочих частот, что особенно востребовано в системах радиолокации, а также при реализации одновременного частотного и амплитудно-фазового сканирования антенной системой.

The article considers a beamforming device based on an aplanatic lens, which is formed on the basis of a polystyrene filling, enclosed in a waveguide system. The developed system has the ability to implement amplitude-phase distribution in a wide range of operating frequencies by feeding the input group of twenty-five ports, which ensure the implementation of beamforming on the output of thirteen ports. To improve the efficiency of the developed device, twelve ballast ports were integrated into the design of the beamforming device, which provide suppression of spurious emissions, as well as trajectories of electromagnetic wave propagation. The results presented in the work show that the proposed beamforming system allows for control of the characteristics of the amplitude-phase distribution in a wide frequency range, while ensuring minimal losses and high efficiency of electromagnetic wave transmission. To confirm the operability of the developed beamforming device, modeling was performed both as a separate system and as a beamforming system for the radar antenna system. The obtained results showed that the use of the beamforming system allows for scanning of the antenna beam in a wide range of operating frequencies, which is especially in demand in radar systems, as well as in the implementation of simultaneous frequency and amplitude-phase scanning by the antenna system.

диаграммообразующее устройствоапланатическая линзаамплитуднофазовое распределениесистема запитывания антенныширокополосное диаграммообразованиеbeamforming deviceaplanatic lensamplitude-phase distributionantenna feeding systembroadband beamformingРабота выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания «молодежная лаборатория», № FZGM-2024-0003ReferencesNuman A. B., Frigon J.-F., Laurin J.-J. Printed W-band multibeam antenna with Luneburg lens-based beamforming network // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2018. 66 (10). 5614–5619. DOI: 10.1109/TAP.2018.2860119Numan A. B., Frigon J.-F., Laurin J.-J. Printed W-band multibeam antenna with Luneburg lens-based beamforming network // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2018. 66 (10). 5614–5619. DOI: 10.1109/TAP.2018.2860119Turalchuk P., Munina I., Shitvov A. Analog beamforming based on Fourier Rotman lens for multibeam applications // 48th European Microwave Conference (EuMC). Spain, Madrid, 2018. New York: IEEE, 2018. 1573–1576. DOI: 10.23919/EuMC.2018.8541739Turalchuk P., Munina I., Shitvov A. Analog beamforming based on Fourier Rotman lens for multibeam applications // 48th European Microwave Conference (EuMC). Spain, Madrid, 2018. New York: IEEE, 2018. 1573–1576. DOI: 10.23919/EuMC.2018.8541739Vo Dai T. K., Nguyen T., Kilic O. A compact microstrip Rotman lens design // 2017 United States National Committee of URSI National Radio Science Meeting (USNCURSI NRSM). USA, Boulder, 2017. New York: IEEE, 2017. 1–2. DOI: 10.1109/USNC-URSINRSM.2017.7878311Vo Dai T. K., Nguyen T., Kilic O. A compact microstrip Rotman lens design // 2017 United States National Committee of URSI National Radio Science Meeting (USNCURSI NRSM). USA, Boulder, 2017. New York: IEEE, 2017. 1–2. DOI: 10.1109/USNC-URSINRSM.2017.7878311Tudosie G., Vahldieck R. An LTCC-Based folded Rotman lens for phased array applications. 2006 Asia-Pacific Microwave Conference. Japan, Yokohama, 2006. Tokyo: IEEE, 2006. 2106–2109. DOI: 10.1109/APMC.2006.4429828Tudosie G., Vahldieck R. An LTCC-Based folded Rotman lens for phased array applications. 2006 Asia-Pacific Microwave Conference. Japan, Yokohama, 2006. Tokyo: IEEE, 2006. 2106–2109. DOI: 10.1109/APMC.2006.4429828Крюков Д. Ю., Курьян Ю. С., Пастернак Ю. Г. Исследование диаграммообразующих устройств многолучевых антенных решёток на основе плоской линзы Ротмана // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2014. 10 (3–1). 63–65.Kryukov D. Yu., Kurian Yu. S., Pasternak Yu. G. Study beamforming devices multipath antenna arrays based on plane rothman lens // Bulletin of Voronezh State Technical University. 2014. 10 (3–1). 63–65. (In Russian).Tolin E., Vipiana F., Litschke O., Bruni S. phase shifters design for scan range extension of Rotman lens beamforming based antenna arrays // 2018 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting. USA, Boston, 2018. New York: IEEE, 2018. 2129–2130. DOI: 10.1109/APUSNCURSINRSM.2018.8609130Tolin E., Vipiana F., Litschke O., Bruni S. Phase shifters design for scan range extension of Rotman lens beamforming based antenna arrays // 2018 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting. USA, Boston, 2018. New York: IEEE, 2018. 2129–2130. DOI: 10.1109/APUSNCURSINRSM.2018.8609130Belostotsky A. L., Leonov A. S. Design of aplanatic waveguide Fresnel lenses and aberration-free planar optical systems // Journal of Lightwave Technology. 1993. 11 (8). 1314–1319. DOI: 10.1109/50.254089Belostotsky A. L., Leonov A. S. Design of aplanatic waveguide Fresnel lenses and aberration-free planar optical systems // Journal of Lightwave Technology. 1993. 11 (8). 1314–1319. DOI: 10.1109/50.254089Cloutier G., Bekefi G. Scanning characteristics of microwave aplanatic lenses // IRE Transactions on Antennas and Propagation. 1957. 5 (4). 391–396. DOI: 10.1109/TAP.1957.1144527Cloutier G., Bekefi G. Scanning characteristics of microwave aplanatic lenses // IRE Transactions on Antennas and Propagation. 1957. 5 (4). 391–396. DOI: 10.1109/TAP.1957.1144527Зелкин Е. Г., Петрова Р. А. Линзовые антенны. Москва: Советское радио, 1974. 282 с.Zelkin E. G., Petrova R. A. Lens antennas. Moscow: Soviet Radio Publ., 1974. 282 р. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.