Е.А. Ищенко1, В.В. Негробов2, Ю.Г. Пастернак3, В.А. Пендюрин4, С.М. Федоров5

1,3,5 Воронежский государственный технический университет (г. Воронеж, Россия)

2 АО «Научное конструкторско-технологическое бюро «Феррит» (г. Воронеж, Россия)

4 АО «Научно-производственное предприятие «Автоматизированные системы связи» (г. Воронеж, Россия)

1 kursk1998@yandex.ru, 2 negrobov_VV@mail.ru, 3 pasternakyg@mail.ru, 4 pva777777@yandex.ru, 5 fedorov_sm@mail.ru

Постановка проблемы. На структуру принимаемого электромагнитного поля сильное влияние оказывают рассеиватели (например, корпус устройства), расположенные в непосредственной близости к приемной антенне, что приводит к падению качества связи. Решить данную проблему можно с помощью калибровки, но она является дорогостоящей процедурой и не может учесть все возможные в реальной практике конфигурации рассеивателей.

Цель. Исследовать возможность применения методов формирования «виртуальных» антенных решеток для предсказания структуры электромагнитного поля вблизи мобильного телефона и тела пользователя.

Результаты. Показано, что использование данных методов может способствовать повышению точности определения направления на источник радиоизлучения, а также расчета фаз в различных точках пространства в плоскости антенной решетки мобильного телефона. Продемонстрировано, что данные «виртуальные» фазовые отсчеты можно трактовать, в том числе, как дополнительные «виртуальные» каналы приема, помимо реально существующих. Приведены частотные зависимости пеленгов при различных радиусах для виртуальных и реальных антенных решеток, зависимости абсолютных погрешностей пеленгования, а также значения фаз компоненты электрического поля на окружности различного радиуса.

Практическая значимость. На основе проведенных исследований можно сделать вывод о перспективности описанных методов и потребности дальнейшего их исследования с целью поиска оптимальных значений начальных условий, необходимых для решения задачи выбора числа вспомогательных источников, а также для минимизации целевой функции. Одним из ключевых направлений применения полученных результатов являются современные радиотехнические системы, которые необходимы для совершенствования аппаратных и программных средств, предназначенных для приема и обработки сверхширокополосных сигналов. К ним относятся системы военного и специального назначения, такие как радиолокация, радиопеленгация, радионавигация, связь и телекоммуникации, а также гражданское портативное телекоммуникационное оборудование (мобильные телефоны, радиомодемы доступа в Интернет, персональные компьютеры).

1. Dawood H.S., El-Khobby H.A., M. Elnaby M.A., Hussein A.H. Optimized VAA Based Synthesis of Elliptical Cylindrical Antenna Array for SLL Reduction and Beam Thinning Using Minimum Number of Elements // IEEE Access. 2021. V. 9. P. 50949–50960. DOI 10.1109/ACCESS.2021.3069795.
2. Zhang F., Fan W., Zhang J., Pedersen G.F. Virtual Large-Scale Array Beamforming Analysis Using Measured Subarray Antenna Patterns // IEEE Access. 2017. V. 5. P. 19812–19823. DOI 10.1109/ACCESS.2017.2737655.
3. Tian Y., Mei R., Huang Y., Tang X., Cui T. 2D-DOA Estimation in Arc-Array With a DNN Based Covariance Matrix Completion Strategy // IEEE Access. 2022. V. 10. P. 57608–57620. DOI 10.1109/ACCESS.2022.3172478.
4. Amani N., Jansen F., Filippi A., Ivashina M.V., Maaskant R. Sparse Automotive MIMO Radar for Super-Resolution Single Snapshot DOA Estimation With Mutual Coupling // IEEE Access. 2021. V. 9. P. 146822–146829. DOI 10.1109/ACCESS.2021. 3122967.
5. Lee S.H., Shin D.R., Jeong H.W., Kim Y.H. Distributed Bargaining Strategy for Downlink Virtual MIMO With Device-to-Device Communication // IEEE Transactions on Communications. 2016. V. 64. № 4. P. 1503–1516. DOI 10.1109/TCOMM.2016.2530709.
6. Quitin F., De Doncker P., Horlin F., Tay W.P. Virtual Multiantenna Array for Estimating the Direction of a Transmitter: System, Bounds, and Experimental Results // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2018. V. 67. № 2. P. 1510–1520. DOI 10.1109/ TVT.2017.2762728.
7. Yaqoob M.A., Tufvesson F., Mannesson A., Bernhardsson B. Direction of arrival estimation with arbitrary virtual antenna arrays using low cost inertial measurement units // IEEE International Conference on Communications Workshops (ICC). Budapest, Hungary. 2013. P. 79–83. DOI 10.1109/ICCW.2013.6649205.
8. Голик А.М., Шишов Ю.А., Толстуха Ю.Е. Управление диаграммой направленности цифровой антенной решетки при широкоугольном электронном сканировании пространства и широкополосном зондировании целей // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 9. С. 71–84. DOI 10.18127/j00338486-202209-09.
9. Мануилов Б.Д., Мануилов М.Б., Бородовский С.А., Падий А.Ю. Формирование провалов в диаграмме направленности активной фар с использованием свойств отношения эрмитовых форм при снижении искажений диаграммы направленности // Радиотехника. 2019. Т. 83. № 7(9). С. 186–193. DOI 10.18127/j00338486-201907(9)-20.
10. Безуглов А.А., Литвинов А.В., Мищенко С.Е., Шацкий В.В. Эволюционный метод многокритериального фазового синтеза линейной антенной решетки // Радиотехника. 2017. № 6. С. 251–260.
11. Курганов В.В., Джиган В.И. Бесфазовые алгоритмы калибровки антенных решеток с минимальным числом измерений выходной мощности // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 3. С. 96–108. DOI 10.18127/j00338486-202103-10.
12. Pasternak Y.G., Ashikhmin A.V., Rembovsky Y.A., Fedorov S.M., Zhuravlev D.V. Virtual Antenna Array for Minimization of DOA Estimation Systematic Error Caused by Scattering of Incident Waves on Antenna Carrier Body // Electronics. 2020. V. 9. № 2. P. 308. DOI 10.3390/electronics9020308.
13. Антипов С.А., Ашихмин А.В., Негробов В.В., Пастернак Ю.Г. Использование метода квазирешения для формирования виртуальной антенной решетки при коррекции пеленга в мобильных радиопеленгаторах // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2011. Т. 7. № 12-1. С. 105–109.
14. Levenberg K. A Method for the Solution of Certain Problems in Least Squares // Quarterly of Applied Mathematics. 1944. V. 2. P 164–168.
15. Weiland T. A discretization method for the solution of Maxwell`s equations for six-component fields // Electronics and Communication. 1977. V. 31. P. 116–120.