Алгоритм калибровки фазированной антенной решетки, не требующий доступа к сигналам ее элементов

Автор(и)

  • Виктор Иванович Джиган Russian Research Center, Huawei Technologies Co., Ltd. Moscow, Russia, Російська Федерація https://orcid.org/0000-0001-7485-1623
  • Владислав Владимирович Курганов Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники", Російська Федерація https://orcid.org/0000-0001-9999-9958

DOI:

https://doi.org/10.20535/S002134702001001X

Ключові слова:

калибровка антенных решеток, слежение за источником сигнала, возмущение фазовых сдвигов, измерение мощности

Анотація

В настоящей работе предложен алгоритм калибровки антенной решетки (АР), с помощью которого оцениваются и компенсируются набеги фаз, обусловленные неодинаковыми электрическими характеристиками трактов ее каналов. Алгоритм не требует доступа к сигналам каналов или отключения этих каналов и использует только значения измерений мощности выходного сигнала АР при определенных возмущениях фазовых сдвигов в ее каналах. Точность алгоритма равна шагу квантования фазы с помощью дискретного фазовращателя, т. е. в два раза ниже точности используемых фазовращателей, и не зависит от числа каналов АР. Алгоритм сравнивается с двумя похожими алгоритмами, известными из литературных источников, точность которых зависит от числа каналов элементов решетки и является значительно меньшей, по сравнению с точностью предложенного алгоритма. Поэтому новый алгоритм может быть широко использован для калибровки АР, оценки углового положения источника сигнала и слежения за этим положением с помощью калиброванной или не калиброванной АР с любой формой апертуры: линейной, плоской или конформной, с произвольным расстоянием между антенными элементами и произвольной антенной, выбранной в качестве опорной.

Біографія автора

Виктор Иванович Джиган, Russian Research Center, Huawei Technologies Co., Ltd. Moscow, Russia

Родился в 1958 году в с. Судилков, Шепетовского р-на, Хмельницкой области, Украина.

В 1974 г. поступил и в 1978 г. окончил с отличием Винницкий техникум электронных приборов по специальности «Радиоаппаратостроение».

В 1978 г. поступил и в 1984 г. окончил с отличием Московский институт электронной техники (МИЭТ) по специальности «Радиоэлектронные устройства».

С 1984 по 1989 гг. — стажер-исследователь, аспирант кафедры «Схемотехника» МИЭТ.

В 1990 г. защитил кандидатскую диссертацию в НИИ Микроприборов, НПО «Элас», Зеленоград, г. Москва по специальности «Радиотехнические системы специального назначения, включая технику СВЧ и технологию их производства».

В 2006 г. защитил докторскую диссертацию в Государственном унитарном предприятии Научно-производственный центр «СПУРТ», Зеленоград, г. Москва по специальности «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения».

С 1989 по 2013 гг. — научный сотрудник НИИ «Научный центр», Зеленоград, г. Москва; старший научный сотрудник СКБ «Радэл», Зеленоград, г. Москва; Senior DSP Engineer компании «Samsung Electronics», г. Сувон, Ю. Корея; ведущий научный сотрудник Технологического центра компании «LG» (Ю. Корея), г. Москва; ведущий научный сотрудник предприятия «Аналитик-ТС», г. Москва; ведущий научный сотрудник предприятия «SPIRIT Corporation», г. Москва; Senior DSP Engineer компании «PMC-Sierra» (Канада), г. Голвэй, Ирландия; главный научный сотрудник ОАО НПЦ «ЭЛВИС», Зеленоград, г. Москва.

С 2009 г. по настоящее время — профессор кафедры МРТУС МИЭТ. Читаемые курсы: Адаптивная обработка сигналов в радиотехнических системах (магистратура) , Адаптивные алгоритмы и устройства радиотехнических систем (аспирантура)

С 2013 г. по настоящее время — главный научный сотрудник Московского исследовательского центра ООО «Техкомпания Хуавэй», г. Москва.

Ученый в области цифровой адаптивной обработки сигналов. Член редколлегии журнала «Телекоммуникации» с 2016 г. Член программных комитетов и ведущий секций научно-технических конференций «Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем» с 2006 г., «Актуальные проблемы информатизации в науке, образовании и экономике» с 2007 г., «IEEE East-West Design & Test Symposium» с 2009 г., «Цифровая обработка сигналов и ее применения» с 2011 г., «International Conference on Antenna Theory and Techniques» с 2013 г.

Член Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова с 1982 г. Член международной организации «The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)», с 1996 г. – Member, а с 2004 г. – Senior Member. Академик «Академии наук прикладной радиоэлектроники», г. Харьков, Украина, с 2012 г.

Опубликовал более 230 научных работ по указанной тематике, включая 4 патента, 1 монографию и 5 учебных пособий.

Посилання

Mailloux, R. J. Phased Array Antenna Handbook, 3rd ed. Artech House, Inc., 2017. 506 p.

Luo, Q.; Gao, S. S.; Liu, W.; Gu, C. Low-Cost Smart Antennas (Microwave and Wireless Technologies Series). Wiley, 2019. 288 p.

Бененсон, Л. С.; Журавлев, В. А.; Попов, С. В.; Постнов, Г. А. Антенные решетки. Методы расчета и проектирования. Обзор зарубежных работ. М.: Советское радио, 1966. 367 с.

Mohanty, S.; Singh, C.; Tiwari, V. “Estimation of rain attenuation losses in signal link for microwave frequencies using ITU-R model,” Proc. of IEEE Int. Geoscience and Remote Sensing Symp., 10-15 Jul. 2016, Beijing, China. IEEE, 2016, p.532-535. DOI: https://doi.org/10.1109/IGARSS.2016.7729132.

Liu, D.; Gaucher, B.; Pfeiffer, U.; Grzyb, J. Advanced Millimeter-Wave Technologies: Antennas, Packaging and Circuits. Wiley, 2009. 850 p. DOI: https://doi.org/10.1002/9780470742969.

Zhang, Y. P.; Liu, D. “Antenna-on-chip and antenna-in-package solutions to highly integrated millimeter-wave devices for wireless communications,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 57, No. 10, p. 2830-2841, 2009. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2009.2029295.

Liu, D.; Zhang, Y. P. “Integration of array antennas in chip package for 60-GHz radios,” Proc. IEEE, Vol. 100, No. 7, p. 2364-2371, 2012. DOI: https://doi.org/10.1109/JPROC.2012.2186101.

Roh, W.; Seol, J.-Y.; Park, J.; Lee, B.; Lee, J.; Kim, Y.; Cho, J.; Cheun, K.; Aryanfar, F. “Millimeter-wave beamforming as an enabling technology for 5G cellular communications: theoretical feasibility and prototype results,” IEEE Commun. Mag., Vol. 52, No. 2, p. 106-113, 2014. DOI: https://doi.org/10.1109/MCOM.2014.6736750.

Sadhu, B.; Tousi, Y.; Hallin, J.; Sahl, S.; Reynolds, S. K.; Renström, Ö.; Sjögren, K.; Haapalahti, O.; Mazor, N.; Bokinge, B.; Weibull, G.; Bengtsson, H.; Carlinger, A.; Westesson, E.; Thillberg, J.-E.; Rexberg, L.; Yeck, M.; Gu, Xiaoxiong; Ferriss, M.; Liu, Duixian; Friedman, D.; Valdes-Garcia, A. “A 28-GHz 32-element TRX phased-array IC with concurrent dual-polarized operation and orthogonal phase and gain control for 5G communications,” IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 52, No. 12, p. 3373-3391, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/JSSC.2017.2766211.

Valdes-Garcia, A.; Sadhu, B.; Gu, X.; Tousi, Y.; Liu, D.; Reynolds, S. K.; Haillin, J.; Sahl, S.; Rexberg, L. “Circuit and antenna-in-package innovations for scaled mmWave 5G phased array modules,” Proc. of IEEE Custom Integrated Circuits Conf., 8-11 Apr. 2018, San Diego, USA. IEEE, 2018, p. 1-8, 2018. DOI: https://doi.org/10.1109/CICC.2018.8357050.

Jeong, N. S.; Ou, Y.-C.; Tassoudji, A.; Dunworth, J.; Koymen, O.; Raghavan, V. “A recent development of antenna-in-package for 5G millimeter-wave applications,” Proc. of 19th IEEE Wireless and Microwave Technology Conf., 9-10 Apr. 2018, Sand Key, USA. IEEE, 2018, p. 1-3. DOI: https://doi.org/10.1109/WAMICON.2018.8363905.

Lohou, A.; Chaimbault, D.; Lesur, B.; Karas, A.; Lintignat, J.; Jarry, B. “Ka-band MMIC variable gain low noise amplifier for electronic scanning antenna,” Proc. of 25th IEEE Int. Conf. on Electronics, Circuits and Systems, 9-12 Dec. 2018, Bordeaux, France. IEEE, 2018, p. 337-340. DOI: https://doi.org/10.1109/ICECS.2018.8617968.

Sebak, A.; Shafai, L.; Moheb, H.; Ittipiboon, A. “The effect of random amplitude and phase errors on phased arrays performance,” Proc. of Symp. on Antenna Technology and Applied Electromagnetics, 15-17 Aug. 1990, Winnipeg, Canada. IEEE, 1990, p. 391-396. URI: https://ieeexplore.ieee.org/document/7863851.

Grebennikov, A.; Kumar, N.; Yarman, B. S. Broadband RF and Microwave Amplifiers. CRC Press, 2017. 767 p. DOI: https://doi.org/10.1201/b19053.

Шифрин, Я. С. Вопросы статистической теории антенн. М.: Советское радио, 1970. 384 с.

Malik, W. Q.; Stevens, C. J.; Edwards, D. J. “Ultrawideband antenna distortion compensation,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 56, No. 7, p. 1900-1907, 2008. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2008.924690.

Незлин, Д. В., Джиган, В. И. “Алгоритм быстрого поиска полезного сигнала в адаптивной антенной решетке,” Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Микропроцессоры-85». М.: РИО МИЭТ, 1985, Т. 1: Методы и микроэлектронные устройства преобразования и обработки информации, С. 162.

Steyskal, H.; Shore, R. A.; Haupt, R. L. “Methods for null control and their effects on the radiation pattern,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 34, No. 3, p. 404-409, 1986. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.1986.1143816.

Незлин, Д. В.; Джиган, В. И. “Анализ структуры функционалов в задачах дискретной фазовой адаптации антенных решеток,” Электронная техника. Серия 10: Микроэлектронные устройства, Т. 75, № 3, С. 3-6, 1989.

Джиган, В. И.; Незлин, Д. В. “Градиентные алгоритмы в задачах дискретной фазовой адаптации антенных решеток,” Радиотехника, № 5, С. 84-86, 1991.

Tengbo, C.; Lu, Z.; Hailong, D. “An amplitude-phase measurement method of phased array antenna based on self-calibration RF channel,” Proc. of 10th Int. Conf. on Communication Software and Networks, 6-9 Jul. 2018, Chengdu, China. IEEE, 2018, p. 460-464. DOI: https://doi.org/10.1109/ICCSN.2018.8488296.

Коротецкий, Е. В.; Шитиков, А. М.; Денисенко, В. В. “Влияние ошибки установки юстировочной антенны на фазовую ошибку в апертуре при формировании луча и калибровке в ближней зоне,” Радиотехника, № 5, С. 95-104, 2013. URI: https://elibrary.ru/item.asp?id=19062134.

Бубнов, Г. Г.; Никулин, С. М.; Серяков, Ю. Н.; Фурсов, С. А. Коммутационный метод измерения характеристик ФАР. М.: Радио и связь, 1988. 120 с.

Fadamiro, A. O.; Famoriji, O. J.; Kashif, R.; Ali, M. S.; Lin, F. “An improved calibration algorithm for active phased array antenna,” Proc. of IEEE Int. Conf. on Computational Electromagnetics, 26-28 Mar. 2018, Chengdu, China. IEEE, 2018, p. 1-3, 2018. DOI: https://doi.org/10.1109/COMPEM.2018.8496702.

Fadamiro, A. O.; Samomhe, A. A.-H.; Famoriji, O. J.; Lin, F. “A multiple element calibration algorithm for active phased array antenna,” IEEE J. Multiscale Multiphysics Computational Techniques, Vol. 4, p. 163-169, 2019. DOI: https://doi.org/10.1109/JMMCT.2019.2923113.

Leavitt, M. K. “A phase adaptation algorithm,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 24, No. 5, p. 754-756, 1976. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.1976.1141404.

Sorace, R. “Phased array calibration,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 49, No. 4, p. 517-525, 2001. DOI: https://doi.org/10.1109/8.923310.

Djigan, V. I.; Kurganov, V. V. “Antenna array calibration algorithm based on phase perturbation,” Proc. of 17th IEEE East-West Design & Test Symp., 13-16 Sept. 2019, Batumi, Georgia. IEEE, 2019. DOI: https://doi.org/10.1109/EWDTS.2019.8884394.

Godara, L. C. “The effect of phase-shifter errors on the performance of an antenna-array beamformer,” IEEE J. Oceanic Engineering, Vol. 10, No. 3, p. 278-284, 1985. DOI: https://doi.org/10.1109/JOE.1985.1145105.

Brown, A. D.; Boehringer, D.; Cooke, T. Electronically Scanned Arrays MATLAB® Modelling and Simulation. CRC Press, 2012. 214 p. URI: https://www.crcpress.com/Electronically-Scanned-Arrays-MATLAB-Modeling-and-Simulation/Brown/p/book/9781138074033.

Опубліковано

2020-01-21

Як цитувати

Джиган, В. И., & Курганов, В. В. (2020). Алгоритм калибровки фазированной антенной решетки, не требующий доступа к сигналам ее элементов. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 63(1), 3–20. https://doi.org/10.20535/S002134702001001X

Номер

Розділ

Оригінальні статті