Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Compensation of radome effects in small airborne monopulse arrays by convex optimization
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS), Electromagnetic Engineering.ORCID iD: 0000-0001-7269-5241
2018 (English)In: IET Conference Publications, Institution of Engineering and Technology , 2018, no CP741Conference paper, Published paper (Refereed)
Abstract [en]

The quality of small array antennas in airborne monopulse systems can be significantly reduced by the radome. We therefore present a convex optimization approach to minimize radome effects in monopulse arrays. This is achieved by using active element patterns in the optimization to determine the excitation weights. Simulation results for a BoR array with 48 elements and an extended hemispherical radome are presented. We demonstrate that it is possible to reduce the side-lobe level by 3.5 dB by taking radome effects into account in the optimization. This approach also results in an increased gain, particularly at large scan angles. Furthermore, the presented approach allows the monopulse slope to be indirectly specified as a design parameter. It is shown that the trade-off between the monopulse slope coefficient and the side-lobe level is approximately linear.

Place, publisher, year, edition, pages
Institution of Engineering and Technology , 2018. no CP741
Keywords [en]
Airborne ESM, Convex optimization, Monoulse DOA estimation, Phased array antennas, Radomes, Economic and social effects, Active element patterns, Design parameters, DOA estimation, Large scan angle, Optimization approach, Sidelobe levels, Antenna phased arrays
National Category
Signal Processing
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-247468Scopus ID: 2-s2.0-85057296300OAI: oai:DiVA.org:kth-247468DiVA, id: diva2:1302673
Conference
12th European Conference on Antennas and Propagation, EuCAP 2018, 9 April 2018 through 13 April 2018
Note

QC 20190405

Available from: 2019-04-05 Created: 2019-04-05 Last updated: 2020-02-13Bibliographically approved
In thesis
1. Analysis and Optimization of Installed Antenna Performance
Open this publication in new window or tab >>Analysis and Optimization of Installed Antenna Performance
2020 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Alternative title[sv]
Analys och optimering av installerad antennprestanda
Abstract [en]

This Ph.D. thesis consists of six papers, which are labeled with roman numer-als. Papers I-III have already been presented in a licentiate thesis published in2017, and this Ph.D. thesis therefore focuses on Papers IV-VI. All six papersare within the scope of microwave and antenna engineering, with applicationsto radar, electronic warfare (EW), radio astronomy or communications.

The common theme for Papers IV-VI is installed antenna performance(IAP). These papers present three methods for solving three problems relatedto IAP, by using information available in the installed far-field data. In thesepapers, we address the main challenges within the scope of IAP, i.e. antennaplacement, electromagnetic compatibility (EMC), estimation of installed sys-tem performance (particularly direction-of-arrival (DoA) estimation accuracy)and optimization methods to compensate for or minimize installation effects.The presented methods make no simplifying assumptions regarding the anten-nas or their installation, and instead rely on using the installed far-field data,which is obtained through computational electromagnetics. These methodsare therefore valid for generic array antennas. The presented methods areuseful for antenna placement studies, i.e. as input for the decision on antennaplacement on a platform such as an aircraft, ship, satellite or car.

Paper IV considers the problem of antenna placement with respect toEMC. A platform, such as an aircraft, ship, satellite, or car, may have alarge number of radio-frequency (RF) systems installed onboard. Since somesystems transmit a high RF power, while other systems aim to receive weakRF signals, there is a significant risk for unwanted electromagnetic interference (EMI) due to an insufficient isolation between the antennas associated witheach RF system. This paper presents a method for estimating the isolationbetween antennas installed on the same platform, in order to determine therisk for EMI as a function of antenna placement. Finally, a numerical case-study is presented, considering two monopole antennas installed on a smallaircraft under line-of-sight conditions. Results are also presented for otherinstallation configurations, where the antennas are not within line-of-sight.

Paper V considers antenna placement and radome design with respectto DoA estimation accuracy. Firstly, we define the term “installation error”applied to DoA estimation. A method for determining the DoA estimationaccuracy for a specific installation is thereafter presented. The paper endswith a numerical case-study for an array antenna installed behind a single-shell radome in the tail of a realistic full-scale model of a fighter aircraft.

Paper VI presents a method to compensate for radome effects on radi-ation patterns for array antennas. A convex optimization approach is usedto minimize the side-lobe level, while taking the radome effects and mutualcoupling into account. The paper ends with a numerical case-study for amonopulse-array installed behind a single-shell radome.

Abstract [sv]

Denna doktorsavhandling består av sex forskningsartiklar, som här numreras med romerska siffror. Artiklarna I-III har redan presenterats i en licentiatavhandling som publicerades under 2017, och den här avhandlingen behandlar därför primärt Artiklarna IV-VI. Alla sex artiklar är inom mikrovåg- och antennteknik, med tillämpningar inom radar, telekrig (EW), radioastronomi och kommunikation.

Det gemensamma temat för Artiklarna~IV-VI är installerad antennprestanda. Dessa artiklar presenterar tre metoder som har utvecklats för att lösa tre problem relaterade till installerad antennprestanda, genom att använda information som är tillgänglig i installerad fjärrfältsdata. I dessa artiklar bemöter vi de huvudsakliga utmaningarna inom installerad antennprestanda, dvs antennplacering, elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) och telekonflikt, estimering av installerad systemprestanda (speciellt vinkelmätningsnoggrannhet), samt metoder för att kompensera för installationseffekter. Dessa metoder är inte baserade på några förenklande antaganden, och kan därför tillämpas för godtyckliga gruppantenner, där fjärrfältsdata bestäms med elektromagnetiska beräkningar (CEM). Metoderna är användbara exempelvis under en förstudiefas för en ny plattform (exempelvis ett flygplan, fartyg, satellit eller bil) för att fatta beslut om antennplaceringar.  

Artikel IV presenterar en metod för att uppskatta risken för telekonflikt för föreslagna antennplaceringar. En plattform har idag typiskt ett stort antal radiofrekvens (RF)-system ombord. Då vissa RF-system sänder en hög effekt, samtidigt som andra RF-system ska ta emot svaga signaler, finns det en risk för elektromagnetisk interferens (EMI), dvs telekonflikt, mellan dessa system. Telekonflikt kan alltså uppstå på grund av en för låg isolation mellan systemens antenner. Denna artikel presenterar en metod för att uppskatta isolationen mellan antennerna ombord som en funktion av deras placering. Flera antennplaceringar undersöks, inklusive monopolantenner installerade på ett litet flygplan, där antennerna har fri sikt till varandra. Resultat presenteras också för antenner som inte har fri sikt till varandra.

Artikel V handlar om antennplacering och radomdesign, med hänsyn till vinkelinmätningsnoggrannhet. Vi definierar först begreppet ``installationsfel'' tillämpat på vinkelestimering. Därefter presenteras en metod för att uppskatta systemets vinkelinmätningsnoggrannhet för en föreslagen installation, genom att använda installerade fjärrfält som indata. Denna artikel presenterar en fallstudie för en liten gruppantenn med en radom, som installeras i aktern på ett modernt stridsflygplan.

Artikel VI presenterar en metod för att kompensera för radomers påverkan på strålningsdiagram hos gruppantenner. En konvex optimeringsmetod används för att minimera sidlobsnivån i en monopuls-gruppantenn, med hänsyn till de fel som radomen orsakar. Denna metod tar även hänsyn till övriga effekter, som till exempel ömsesidig koppling. Artikeln presenterar en  fallstudie för en liten gruppantenn som installerats bakom en enkelskalsradom.

Place, publisher, year, edition, pages
Kungliga Tekniska högskolan, 2020. p. 156
Series
TRITA-EECS-AVL ; 2020:15
National Category
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering Signal Processing
Research subject
Electrical Engineering
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-267562 (URN)978-91-7873-447-4 (ISBN)
Public defence
2020-03-09, Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm, 13:00 (English)
Opponent
Supervisors
Funder
Vinnova, ChaseOn iAA
Note

QC 20200214

Available from: 2020-02-14 Created: 2020-02-13 Last updated: 2020-02-18Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

Scopus

Authority records BETA

Frid, HenrikJonsson, B. Lars G.

Search in DiVA

By author/editor
Frid, HenrikJonsson, B. Lars G.
By organisation
Electromagnetic Engineering
Signal Processing

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 77 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf