М.В. Грачев – мл.науч.сотрудник кафедры «Радиотехнические устройства»
SPIN-код: 2986-9109

Ю.Н. Паршин – д.т.н., заведующий кафедрой «Радиотехнические устройства»
SPIN-код: 9185-4280

Постановка проблемы. Результаты исследований показывают значительное повышение эффективности приема сигналов многоканальными радиосистемами с взаимным влиянием при использовании оптимальных нагрузочных импедансов. Техническая реализация оптимизации нагрузочных импедансов в процессе функционирования требует применения МЭМС СВЧ-тех­нологий. В работе проводится анализэффективности технической реализации перестраиваемых нагрузочных импедансов многоканальной радиосистемы с взаимным влиянием каналов.

Цель. Проанализировать влияние погрешностей технической реализации оптимальных нагрузочных импедансов на отношение сигнал/шум и оценить возможность применения современных технологий для перестройки нагрузочных импедансов
с требуемой точностью.

Результаты.Предложены различные подходы для проектирования многоканальных радиосистем с использованием перестраиваемых нагрузочных импедансов. Рассмотрены различные МЭМС-компоненты, позволяющие реализовать структуру адаптивно подстраиваемых под сигнально-помеховую обстановкунагрузочных импедансов. Представлены результаты исследования влияния погрешности установки нагрузочных импедансов на результирующее значение отношения сигнал/помеха. Рассмотрены различные варианты технической реализации перестраиваемых активной и реактивной составляющих нагрузочных импедансов на основе МЭМССВЧ-технологий; различные методы согласования антенных элементов с малошумящими усилителями: априорная и адаптивная оптимизация нагрузочных импедансов. Исследовано влияние погрешности установки нагрузочных импедансов на поведение выходного значения отношения сигнал/шум многоканальной радиосистемы.

Практическая значимость. Рассмотренные варианты технической реализации оптимальных нагрузочных импедансов многоканальной радиосистемы при сильном взаимном влияниипозволяют проводить согласование элементов антенной системы с малошумящими усилителями, которое дает значительный выигрыш в выходном значении отношения сигнал/шум и увеличивает эффективность приема сигнала и снижает требования к мощности принимаемого сигнала. При заданной мощности передатчика оптимизация импедансов нагрузки позволяет увеличить дальность радиосвязи.Анализ различных МЭМС-компонентов для реализации адаптивных нагрузочных импедансов показал, что погрешности установки нагрузочных импедансов приводят к ухудшению отношения сигнал/шум на 0,17 дБ по сравнению со значениями, получаемыми при оптимальных значениях нагрузочных импедансов.

Грачев М.В., Паршин Ю.Н. Эффективность технической реализации нагрузочных импедансов многоканаль-
ной радиосистемы с взаимным влиянием каналов// Радиотехника. 2020. Т. 84. № 11(21). С. 39−47.
DOI: 10.18127/j00338486-202011(21)-05.

1. Tanaka K., Kikuma N., Sakakibara K.Influence of mutual coupling between array elements in location estimation of radio sources using near-field DOA-matrix method // International symposium on antennas and propagation. 2016. P. 10241025.
2. Warnick K. F., Belostotski L., Russer P. Minimizing the noise penalty due to mutual coupling for a receiving array // IEEE Transactions on antennas and propagation. 2009. V. 57. №6. P. 16341644.
3. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны: Учебник для студентов радиотехнических специальностей вузов. Изд-е 2-е, перераб. и доп. М.: Энергия. 1975. 528 c.
4. Parshin Yu.N., Grachev M.V. Efficiency of the Angular Coordinate Estimation under the Action of Spatially Correlated Interferences and Mutual Influence of Spatial Channels // Proceeding of the 2019 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW). Divnomorskoe, Krasnodar Region, Russia. June 24282019. P. 408411.
5. Грачев М.В., Паршин Ю.Н. Эффективность оптимального согласования нагрузки многоканального радиотракта в условиях действия пространственно коррелированных шумов // XXIV Междунар. науч.-технич. конф. «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж: Научно-исследовательские публикации. 2018. Т.5. C. 295300.
6. Паршин Ю.Н., Грачев М.В. Многоэтапная реконфигурируемая обработка сигналов в пространственно распределенной радиосистеме // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2019.№67. С. 3-10.
7. Бураков М.В. Генетический алгоритм: теория и практика: Учеб. пособие.СПб: ГУАП. 2008.164 с.
8. Lagarias J.C., Reeds J.A., Wright M.H., Wright P.E.Convergence Properties of the Nelder-Mead Simplex Method in Low Dimensions // SIAM Journal of Optimization. 1998. V. 9. №1.P. 112147.
9. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию. Пер. с англ. М.: Радио и связь. 1986. 448 с.
10. Паршин Ю.Н., Грачев М.В. Сравнительный анализ алгоритмов поиска оптимального значения нагрузочных импедансов многоканальных радиосистем с взаимным влиянием // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета.2020. №73.С. 19.
11. Белов Л., Житникова М. Микроэлектромеханические компоненты радиочастотного диапазона // Электроника: наука, технология, бизнес.2006. №8. С. 18–25.
12. Uttamchandani D. Wireless MEMS Networks and Applications // Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials.2014.
13. Reinke J., Fedder G.K., Mukherjee T.CMOS-MEMS 3-bit digital capacitors with tuning ratios greater than 60:1 // IEEE Transactions on Microwave Theory Techniques. 2011. V.59. №5. P.1238–1248.
14. Shavezipur M., Khajepour A., Hashemi S.M. The application of structural nonlinearity in the development of linearly tunable MEMS capacitors // Journal of Micromechanics and Microengineering. 2008. № 3. P. 18.
15. Katz S., Brouk I.High performance MEMS 0.18 μm RF-CMOS transformers // Microelectronics Journal. 2012. V. 43. P. 1316.
16. Сазонов Д.М., Гридин А.Н., Мишустин Б.А. УстройстваСВЧ. М.:Высшаяшкола. 1981. 259 с.
17. Majumder S., Lampen J., Morrison R., Maciel J. MEMS Switches // IEEE Instrumentation & Measurement Magazine. 2003. P. 12–15.