شبيه سازي انتن موج نشتي با پترن مجذور كسكانت با استفاده از الگوريتم ژنتيك

Simulation of Leaky Wave Antenna with Cosecant Squared Pattern Using Genetic Algorithm

دستيابي به الگوي مجذور كسكانت، چالشي در حوزه‌ي كاربرد سيستم­ هاي رادار جستجوگر هوايي است كه در آن خصوصيات تابشي آنتن، قواعد قابل‌توجهي را در جستجوي هدف دنبال مي ­كند. ازآنجايي‌كه تا كنون كمتر مطالعاتي بر روي دستيابي به الگوي مربع كسكانت در آنتن­ هاي موج نشتي انجام شده است در اين مقاله نويسندگان روشي جهت سنتز الگوي مذكور با روش بهينه‌سازي و با استفاده از آنتن­ هاي موج نشتي ارائه مي­ دهند. جهت دستيابي به اين الگو آنتن به بخش­ هايي تقسيم مي ­گردد كه هر بخش داراي طول، دوره تناوب و نرخ نشت معيني است. طول هر بخش با درنظرگرفتن سمت گرايي يكسان جهت‌بخش‌ها تعيين مي­گردد و به دنبال طرح‌بندي مناسب براي زاويه بيم هر بخش، دوره تناوب آن بخش به دست مي‌آيد. موضوع اصلي تعيين مقادير نرخ نشت هر بخش از آنتن است كه در روش پيشنهادي با استفاده از الگوريتم بهينه‌سازي ژنتيك قابل دستيابي خواهد بود. درنهايت با تعريف يك تابع هزينه مناسب اين مقادير نهايي شده و معين مي­ گردند. روش پيشنهادي با استفاده از يك موج­بر مجتمع شده بر پايه زيرلايه شرح داده، نمونه‌اي از اين آنتن شبيه‌سازي‌شده است. نتايج شبيه‌سازي بيانگر اين است كه روش پيشنهادي نمايه موردنظر را با ريپل كمتر از dB 2 در ناحيه مشخص شده و گلبرگ­ هاي كناري كمتر از dB 18- به دست مي‌آورد كه آنتن را براي سيستم­ هاي رادار جستجوگر هوايي مناسب مي­ سازد.

Realizing a cosecant-squared pattern is a challenging research area due to its widespread use in air-surveillance radar systems wherein the radiation characteristics of the tracking antenna play a significant role in accurate tracking of the targets. However, little research has been performed on realizing a cosecant-squared pattern in leaky-wave antennas (LWAs). In this paper, the authors present a synthesis procedure for realizing a cosecant-squared pattern in LWAs using optimization. To achieve the cosecant-squared pattern, the antenna is divided into sections each with an appropriate length, periodicity, and leakage rate. The length of the sections is determined such that all the sections have the same directivity. Moreover, following the appropriate layout for the beam pointing angle of the sections, the periodicity of the sections is obtained. The objective then is to determine the values of the leakage rate. This objective is achieved using optimization, which in this study is a genetic algorithm. To this end, through defining a proper cost function, the objectives are determined following the proposed optimization procedure. The procedure is described within a substrate integrated waveguide (SIW) LWA. A prototype of the antenna is fabricated and measured. Apart from the good agreement between the simulation and the measurement results, the proposed synthesis procedure can provide a target pattern with low ripples in the shaped region (≤ 2 dB) and a low level of side lobes (≤ -18 dB), making the antenna suitable for air-surveillance radar systems.