В.И. Джиган1

1 Институт проблем проектирования в микроэлектронике РАН (Москва, г. Зеленоград, Россия)

1 djigan@ippm.ru

Постановка проблемы. Антенные решетки с цифровым формированием луча или цифровые антенные решетки (ЦАР) широко используются в радиосистемах различного назначения в качестве направленных антенн. Поскольку в таких решетках часто отсутствует радиочастотный аналоговый выход, стандартные методы измерения диаграмм направленности (ДН), основанные на излучении монохроматического зондирующего сигнала, его приеме в дальней зоне и измерении мощности выходного аналогового сигнала антенной решетки, не эффективны для измерения ДН ЦАР.

Цель. Представить метод измерения ДН ЦАР, основанный на корреляционной обработке ее выходного сигнала.

Результаты. Предложен метод измерения ДН ЦАР, который предполагает излучение зондирующего сигнала, модулированного псевдошумовой последовательностью, и обработку выходного сигнала ЦАР на нулевой промежуточной частоте с помощью согласованного фильтра или коррелятора. Приведено описание установки для измерения ДН ЦАР, а также математическое объяснение процедуры измерения. Показано, что погрешность измерения ДН зависит от отношения сигнал/шум (ОСШ) на выходах приемников каналов ЦАР, числа каналов ЦАР и числа символов псевдошумовой последовательности, используемой для модуляции излучаемого сигнала. Установлено, что погрешность измерения ДН уменьшается на 3 дБ каждый раз при удвоении числа каналов ЦАР или числа символов используемой псевдошумовой последовательности. Полученный результат подтвержден моделированием измерения ДН восьми- и шестнадцатиканальных линейных ЦАР с использованием псевдошумовых последовательностей максимальной длины (М-последовательностей) с числом символов, равным 1023 и 2047.

Практическая значимость. Рассмотренный метод измерения ДН ЦАР не требует преобразования выходного сигнала ЦАР с нулевой промежуточной частоты на несущую частоту, а также использования измерителя мощности аналогового сигнала на выходе этого преобразователя.

Джиган В.И. Метод измерения диаграмм направленности цифровых антенных решеток // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 6.
С. 149–158. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202406-18

1. 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.
2. Активные фазированные антенные решётки / Под. ред. Д.И. Воскресенского и А.И. Канащенкова, М.: Радиотехника. 2004. 488 с.
3. Balanis C.A. Antenna theory: analysis and design (4th ed.). Wiley. 2016. 1104 p.
4. Maillou R.J. Phased array antenna handbook. 3rd ed. Artech House, Inc. 2017. 506 p.
5. Brown A.D., Boeringer D., Cooke T. Electronically scanned arrays. MATLAB® modelling and simulation. CRC Press, 2012. 214 p.
6. Williams J.S. Electronic scanned array design (radar, sonar and navigation). Scitech Publishing. 2021. 357 p.
7. Sharma S.K., Chieh J.-C.S. Multifunctional antennas and arrays for wireless communication systems. Wiley-IEEE Press. 2021. 458 p.
8. Guo J.G., Ziolkowski R.W. Antenna and array technologies for future wireless ecosystems. Wiley-IEEE Press. 2022. 461 p.
9. Самойленко В.И., Шишов Ю.А. Управление фазированными антенными решетками. М.: Радио и связь. 1983. 240 с.
10. Steyskal H. Digital beamforming antennas // Microwave Journal. 1987. № 1. P. 107–124.
11. Litva J., T.K.-Y. Lo. Digital beamforming in wireless communications. Artech House. 1996, 301 p.
12. Григорьев Л.Н. Цифровое формирование диаграммы направленности в фазированных антенных решетках. М.: Радиотехника. 2010. 144 с.
13. Dillinge M., Madani K., Alonistiot N. Software defined radio: architectures, systems and functions. Wiley. 2007. 454 p.
14. Oppenheim A.V., Schafer R.W. Discrete-time signals processing. Prentice-Hall. 2009. 1144 p.
15. Darabi H. Radiofrequency integrated circuits and systems. 2-nd ed. Cambridge University Press. 2020. 778 p.
16. Woods R., McAllister J., Lightbody G., Ying Yi. FPGA-based implementation of signal processing systems. 2nd ed. Willey. 2017. 360 p.
17. Kuo S.M., Gan W.-S. Digital signal processors: architectures, implementations and applications. Prentice Hall. 2004. 624 p.
18. Витязев С.В. Цифровые процессоры обработки сигналов. М.: Горячая линия – Телеком. 2017. 100 с.
19. Evans G.E. Antenna measurements techniques. Artech House Publishers. 1990. 240 p.
20. Курочкин А.П. Теория и техника антенных измерений // Антенны. 2009. № 7. С. 39–45.
21. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь. 1985. 384 с.
22. Джиган В.И. Адаптивный метод идентификации неоднородностей в проводных каналах связи // Измерительная техника. 2006. № 7. C. 55–59.
23. Monzingo R.A., Haupt R.L., Miller T.W. Introduction to adaptive arrays, 2nd ed. SciTech Publishing. 2011. 510 p.
24. Джиган В.И. Антенная решетка с частичной адаптацией на основе рекурсивных алгоритмов по критерию наименьших квадратов в арифметике действительных чисел // Радиотехника. 2023. № 1. С. 144–157. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202301-11.
25. Джиган В.И. Особенности адаптивной обработки сигналов в кольцевых антенных решетках // Радиотехника. 2023. № 7. С. 115–126. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202307-12.