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.

Посилання

  1. Mailloux, R. J. Phased Array Antenna Handbook, 3rd ed. Artech House, Inc., 2017. 506 p.
  2. Luo, Q.; Gao, S. S.; Liu, W.; Gu, C. Low-Cost Smart Antennas (Microwave and Wireless Technologies Series). Wiley, 2019. 288 p.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. Grebennikov, A.; Kumar, N.; Yarman, B. S. Broadband RF and Microwave Amplifiers. CRC Press, 2017. 767 p. DOI: https://doi.org/10.1201/b19053.
  15. Шифрин, Я. С. Вопросы статистической теории антенн. М.: Советское радио, 1970. 384 с.
  16. 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.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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.
  20. Джиган, В. И.; Незлин, Д. В. “Градиентные алгоритмы в задачах дискретной фазовой адаптации антенных решеток,” Радиотехника, № 5, С. 84-86, 1991.
  21. 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.
  22. 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.
  23. Бубнов, Г. Г.; Никулин, С. М.; Серяков, Ю. Н.; Фурсов, С. А. Коммутационный метод измерения характеристик ФАР. М.: Радио и связь, 1988. 120 с.
  24. 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.
  25. 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.
  26. 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.
  27. 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.
  28. 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.
  29. 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.
  30. 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.

##submission.downloads##

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

Том 63 № 1 (2020)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.