В.М. Дорошенко1, М.С. Гавкина2

1, 2 Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина (г. Саратов, Россия)
1 dorvalentina9@gmail.com, 2 april-18@inbox.ru

Постановка проблемы. Традиционные векторные анализаторы цепей на основе восьмиполюсных схем отличаются высокой аппаратной сложностью и стоимостью. Альтернативные шестипортовые рефлектометры «сталкиваются» с ограничениями детерминированных математических моделей, игнорирующих стохастическую природу погрешностей измерительных плеч. Это вынуждает разработчиков обеспечивать высокое отношение сигнал/шум, повышать мощность возбуждения и вводить дополнительные процедуры линеаризации детекторов, что снижает метрологическую устойчивость и ограничивает применимость приборов в ресурсоёмких приложениях.

Цель. Провести систематизированный обзор математических моделей и алгоритмов обработки сигналов многополюсных рефлектометров, проанализировать их работоспособность при различных уровнях отношения сигнал/шум, а также определить перспективы развития статистических подходов в современной СВЧ-метрологии.

Результаты. Выполнено сравнительное исследование нелинейной, линейной и статистической моделей многополюсников. Показано, что детерминированные постановки теряют эффективность в условиях реальных измерительных шумов. Выявлено преимущество отечественного статистического подхода с избыточностью измерительных каналов (N+2, N≥4), позволяющего явно учитывать погрешности датчиков мощности, совместно решать систему уравнений с квадратичными ограничениями и восстанавливать комплексный коэффициент отражения без жёстких требований к уровню входных сигналов.

Практическая значимость. Разработанные методики обработки данных позволят создавать компактные и экономичные СВЧ-анализаторы, интегрируемые в антенно-фидерные тракты и телекоммуникационные системы. Отказ от сложных схем гетеродинирования и принудительной линеаризации упрощает аппаратную реализацию, снижает энергопотребление и повышает надёжность встроенных диагностических средств.

Дорошенко В.М., Гавкина М.С. Математические модели и методы обработки сигналов многополюсных СВЧ-рефлектометров: обзор, проблемы и перспективы // Успехи современной радиоэлектроники. 2026. T. 80. № 6. С. 75–86. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202606-07

1. Львов А.А., Кац Б.М., Львов П.А., Мещанов В.П., Саяпин К.А. Анализаторы СВЧ-цепей на основе многозондовых измерительных линий. Обзор методов обработки сигналов, проблемы и перспективы (обзор) // Изв. ЮФУ. Техн. науки. 2024. № 6 (242). С. 230–247.
2. Дорошенко В.М., Кац Б.М., Львов А.А., Львов П.А., Мещанов В.П., Саяпин К.А. Прикладные задачи, решаемые многополюсными измерительными рефлектометрами: Монография / Под ред. В.П. Мещанова. Саратов: Изд. центр «Наука», 2024. 187 с.
3. Гупта К., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ устройств. М.: Радио и связь, 1987. 432 с.
4. Рейзенкинд Я.А., Следков В.А. Состояние и перспективы развития методов измерения параметров двухполюсников и четырехполюсников на СВЧ // Зарубежная радиоэлектроника. 1988. № 8. С. 30–60.
5. Engen G.F., Hoer C.A. Application of an Arbitrary Six-Port Junction to Power Measurement Problems // IEEE Trans. Instrum. Meas. 1972. V. 21. № 5. P. 470–474.
6. Marks R., Williams D. A General Waveguide Circuit Theory // J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 1992. V. 97. № 9. P. 533–561.
7. Латников С.Ю. Измерение комплексных отношений СВЧ сигналов методом калибруемого многополюсника // Электрон. техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1984. Вып. 1 (361). С. 55–58.
8. Львов А.А. Методология повышения точности автоматических СВЧ-измерителей на основе статистического анализа нелинейных моделей: дис. … д-ра техн. наук. Саратов, 2002. 370 с.
9. Engen G.F. A Least Square Solution for Use in the Six-Port Measurement Technique // IEEE Trans. Microw. Theory Techn. 1980. V. 28. № 12. P. 1473–1477.
10. Hoer C.A. The Six-Port Coupler: A New Approach to Measuring Voltage, Current, Power, Impedance, and Phase // IEEE Trans. Instrum. Meas. 1972. V. 21. № 11. P. 466–470.
11. Engen G.F. The Six-Port Reflectometer: An Alternative Network Analyzer // IEEE Trans. Microw. Theory Techn. 1977. V. 25. № 12. P. 1075–1079.
12. Riblet G.P. A Compact Waveguide "Resolver" for the Accurate Measurement of Complex Reflection and Transmission Coefficients Using the 6-Port Measurement Concept // IEEE Trans. Microw. Theory Techn. 1981. V. 29. № 2. P. 155–162.
13. Яцкевич В.А. Измерение параметров СВЧ узлов с помощью многополюсных рефлектометров // Измерительная техника. 1987. № 3. С. 43–46.
14. Ghannouchi F.M., Mohammadi A. The Six-Port Technique with Microwave and Wireless Applications. Boston: Artech House. 2009. 245 p.
15. Саламатин В.В., Мельников А.В., Плоткин А.Д. Измерение малых КСВ и потерь в диэлектрической полосковой линии // Измерительная техника. 1979. № 5. С. 52–54.
16. Острецов В.С., Синицын Ю.П., Цикалов Ю.Н. Цифровой анализатор стоячей волны: А.с. № 985751 (СССР). 1982.
17. Румянцев Ю.Б., Гайдаров А.С. Устройство для измерения модуля и фазы коэффициента отражения в СВЧ трактах: А.с. № 1133564 (СССР). 1985.
18. Букуева Р.Я. Автоматизированный измеритель параметров резонансных двухполюсников на основе трехзондового анализатора цепей // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1987. Вып. 6 (400). С. 33–37.
19. Бондаренко И.К., Гимпилевич Ю.Б., Царик Ю.И. Автоматический анализатор цепей многоэлементного типа и методы его калибровки // Измерительная техника. 1985. № 10. С. 33–34.
20. Львов А.А. Автоматический измеритель параметров СВЧ-двухполюсников на основе многополюсника // Измерительная техника. 1996. № 2. С. 10–12.
21. Хоер К.А. Калибровка шестипортовых рефлектометров с использованием избыточного набора эталонов // Измерительная техника. 1983. № 7. С. 41–43.
22. Афонин И.Л., Бондаренко И.К., Гимпилевич Ю.Б., Зиборов С.Р., Царик Ю.И. Измеритель комплексного коэффициента отражения: А.с. № 1318935 (СССР). 1987.
23. Hasan A., Helaoui M. Novel Modeling and Calibration Approach for Multi-Port Receivers Mitigating System Imperfections and Hardware Impairments // IEEE Trans. Microw. Theory Techn. 2012. V. 60. № 8. P. 2644–2653.
24. Hasan A., Helaoui M., Ghannouchi F.M. Dynamic Linearization of Diodes for High Speed and Peak Power Detection Applications // IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig. Montreal, 2012. P. 1–3.
25. Гимпилевич Ю.Б. Способ определения комплексных параметров СВЧ-устройств: Пат. 2022284 C1 (РФ). Заявл. 30.10.1994.
26. Chen X., Liu Z., Wang H. Wideband Multi-Port Network Analysis for 5G Massive MIMO Antenna Characterization // IET Microw. Antennas Propag. 2021. V. 15. № 4. P. 412–420.
27. Kim J., Park S., Lee K. Statistical Signal Processing for Low-SNR Multi-Port Reflectometry in Embedded IoT Sensors // IEEE
    Access. 2022. V. 10. P. 112345–112356.
28. Alsharif M., Ghannouchi F.M. Review of Six-Port and Multi-Port Techniques for Modern Wireless Communications // IEEE Microw. Mag. 2021. V. 22. № 6. P. 45–59.
29. Смирнов В.Н., Козлов А.П., Тихонов И.С. Применение многополюсных структур для встроенной диагностики ВЧ-трактов спутниковых терминалов // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 2022. Т. 65. № 3. С. 178–189.
30. Rodríguez M., Gómez L., Fernández A. Six-Port Reflectometer Design for 5G NR Sub-6 GHz Channel Sounding // IEEE Antennas Wireless Propag. Lett. 2023. V. 22. № 3. P. 589–593.