ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2022, № 11 · РАДИОТЕХНИКА

Фокусировка излучения сетей беспроводной передачи данных в заданных точках пространства

Д.А. Юзвик1, М.А. Степанов1

1 Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2022.11.17 УДК 621.396.67 EDN VUXOEA

Аннотация

В статье описывается проблема пространственной селекции устройств, работающих в одном частотном диапазоне. Рассматривается возможность фокусировки электромагнитных полей в нескольких заданных областях пространства. Предложенный способ фокусировки электромагнитного поля может быть дополнительным способом селекции устройств, которые работают в одном частотном диапазоне. Рассматриваемая система, состоящая из пространства, излучающих антенн и точек фокусировки представляется в виде абстрактного многополюсника с числом входов, равного количеству излучающих антенн и с множеством выходов, равному количеству точек фокусировки. Введена система координат, позволяющая рассчитать расстояния между точками излучения и фокусировки. Описан метод вычисления комплексных коэффициентов передачи между точками излучения и точками приема. Получено аналитическое выражение, являющееся системой линейных алгебраических уравнений, позволяющее рассчитать необходимые амплитуды и фазы сигналов, подводимых к излучающим антеннам. Представлена модель в системе автоматизированного проектирования, содержащая 56 излучающих антенн. Было задано 9 точек фокусировки, в 4 из которых должны быть максимумы электромагнитного поля. Моделирование подтвердило теоретические расчеты. Рассмотрен способ оптимизации расчетов начальных амплитуд и фаз, путем исключения элементов характеристической матрицы. Это позволило сократить количество элементов в характеристической матрице.

  • электромагнитные поля
  • фокусировка
  • антенные решетки
  • телекоммуникации
  • пространственная селекция
  • оптимизация расчетов
  • характеристическая матрица
Abstract (in English)

Focusing of the radiation of wireless data transmission networks at given points of space

The article describes the problem of spatial separation of devices operating in the same frequency range. The possibility of focusing electromagnetic fields in several specified regions of space is considered. The proposed method for focusing the electromagnetic field can be an additional method for separation devices that operate in the same frequency range. The system under consideration, consisting of space, radiating antennas and focusing points, is represented as an abstract multipole with the number of inputs equal to the number of radiating antennas and with a set of outputs equal to the number of focusing points. A coordinate system has been introduced that makes it possible to calculate the distances between radiation and focusing points. A method for calculating complex transmission coefficients between emission points and reception points is described. An analytical expression is obtained, which is a system of linear algebraic equations, which makes it possible to calculate the necessary amplitudes and phases of signals supplied to radiating antennas. A model in a computer-aided design system containing 56 radiating antennas is presented. 9 focus points were set, 4 of which should have maxima of the electromagnetic field. The simulation confirmed the theoretical calculations. A method for optimizing the calculations of the initial amplitudes and phases by eliminating the elements of the characteristic matrix is considered. This made it possible to reduce the number of elements in the characteristic matrix.

Для цитирования

Юзвик Д.А., Степанов М.А. Фокусировка излучения сетей беспроводной передачи данных в заданных точках пространства // Журнал радиоэлектроники. – 2022. – № 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.11.17

Литература

  1. Huo Y., Dong X., Xu W., Yuen M. Cellular and WiFi Co-design for 5G User Equipment. 2018 IEEE 5G World Forum (5GWF). 2018. P.256-261. https://doi.org/10.1109/5GWF.2018.8517059
  2. Sawada H., Araki S., Mukai R., Makino S. Grouping Separated Frequency Components by Estimating Propagation Model Parameters in Frequency-Domain Blind Source Separation. IEEE Transactions on Audio, Speech, and Language Processing. 2007. V.15. №5. P.1592-1604. https://doi.org/10.1109/TASL.2007.899218
  3. Смирнов В.Ю., Никитин О.Р. Линейные фазированные антенные решетки, сфокусированные в ближней зоне. Вестник РГРТУ. 2008. №4. С.32-34.
  4. Обуховец В.А. Синтез симметричных СВЧ-многополюсников. Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2018. №7(201). С.177-185.
  5. Cameron R. Analysis of Multiport Microwave Networks. Microwave Filters for Communication Systems: Fundamentals, Design, and Applications. 2018. P.147-175. https://doi.org/10.1002/9781119292371.ch5
  6. James J, Hall P., Wood C. Microstrip antenna theory and design. London, Peter peregrinus Ltd. 1981. 304 p.
  7. Golio M., Golio J. RF and microwave circuits, measurements, and modeling. CRC Press. 2007. 772 p.
  8. Steer M. Fundamentals of Microwave and RF Design. NC state, University of North Carolina Press. 2019. 244 p.
  9. Aaen P. Modeling and Characterization of RF and Microwave Power FETs. Cambridge University Press. 2011. 380 p.
  10. Elfergani I., Hussaini A., Abd-Alhameed R., See C., Child M., Rodriguez J. Design of a compact tuned antenna system for mobile MIMO applications. 2012 Loughborough Antennas & Propagation Conference (LAPC). 2012. P.1-4. https://doi.org/10.1109/LAPC.2012.6403013
  11. Zhang C., Lai Q., Gao C. Measurement of active S-parameters on array antenna using directional couplers. 2017 IEEE Asia Pacific Microwave Conference (APMC). 2017. P.1167-1170. https://doi.org/10.1109/APMC.2017.8251665
  12. Mauch S.Introduction to Methods of Applied Mathematics or Advanced Mathematical Methods for Scientists and Engineers. Mauch Publishing Company. 2003. 593 p.