Op het gebied vanarray-antennesBeamforming, ook wel ruimtelijke filtering genoemd, is een signaalverwerkingstechniek die wordt gebruikt om draadloze radiogolven of geluidsgolven gericht te verzenden en te ontvangen. Beamforming wordt veelvuldig gebruikt in radar- en sonarsystemen, draadloze communicatie, akoestiek en biomedische apparatuur. Doorgaans worden beamforming en beamscanning bereikt door de faseverhouding tussen de feed en elk element van de antenne-array zo in te stellen dat alle elementen signalen in fase in een specifieke richting verzenden of ontvangen. Tijdens het verzenden regelt de beamformer de fase en relatieve amplitude van het signaal van elke zender om constructieve en destructieve interferentiepatronen op het golffront te creëren. Tijdens de ontvangst geeft de sensorarray prioriteit aan de ontvangst van het gewenste stralingspatroon.
Straalvormingstechnologie
Beamforming is een techniek die gebruikt wordt om het stralingspatroon van een bundel in een gewenste richting te sturen met een vaste respons. Beamforming en beam scanning van een bundel zijn voorbeelden van dergelijke technieken.antenneEen array kan worden gerealiseerd door middel van een faseverschuivingssysteem of een tijdvertragingssysteem.
Faseverschuiving
In smalbandsystemen wordt tijdvertraging ook wel faseverschuiving genoemd. Bij radiofrequentie (RFBij lage of middelhoge frequenties (IF) kan bundelvorming worden bereikt door faseverschuiving met ferrietfaseverschuivers. Bij basisbandwerking kan faseverschuiving worden bereikt door digitale signaalverwerking. Bij breedbandwerking heeft bundelvorming met tijdsvertraging de voorkeur, omdat de richting van de hoofdbundel frequentie-invariant moet zijn.
RM-PA17731
RM-PA10145-30 (10-14,5 GHz)
Tijdsverschil
Tijdvertraging kan worden geïntroduceerd door de lengte van de transmissielijn te veranderen. Net als bij faseverschuiving kan tijdvertraging worden geïntroduceerd op radiofrequentie (RF) of tussenfrequentie (IF), en de op deze manier geïntroduceerde tijdvertraging werkt goed over een breed frequentiebereik. De bandbreedte van een tijdgescande array wordt echter beperkt door de bandbreedte van de dipolen en de elektrische afstand tussen de dipolen. Wanneer de werkfrequentie toeneemt, neemt de elektrische afstand tussen de dipolen toe, wat resulteert in een zekere mate van vernauwing van de bundelbreedte bij hoge frequenties. Bij verdere frequentieverhoging zal dit uiteindelijk leiden tot roosterlobben. In een gefaseerde array ontstaan roosterlobben wanneer de bundelvormingsrichting de maximale waarde van de hoofdbundel overschrijdt. Dit fenomeen veroorzaakt fouten in de verdeling van de hoofdbundel. Om roosterlobben te voorkomen, moeten de antennedipolen daarom een geschikte onderlinge afstand hebben.
Gewichten
De gewichtsvector is een complexe vector waarvan de amplitudecomponent het niveau van de zijlobben en de breedte van de hoofdbundel bepaalt, terwijl de fasecomponent de hoek van de hoofdbundel en de nulpositie bepaalt. De fasegewichten voor smalbandantennes worden toegepast door faseverschuivers.
RM-PA7087-43 (71-86GHz)
RM-PA1075145-32 (10,75-14,5 GHz)
Ontwerp van straalvorming
Antennes die zich kunnen aanpassen aan de RF-omgeving door hun stralingspatroon te veranderen, worden actieve phased array-antennes genoemd. Beamforming-ontwerpen kunnen onder andere Butler-, Blass- en Wullenweber-antenne-arrays omvatten.
Butler Matrix
De Butler Matrix combineert een 90°-brug met een faseschuiver om een dekkingsgebied van maar liefst 360° te bereiken, mits het ontwerp van de oscillator en het richtingspatroon geschikt zijn. Elke bundel kan worden gebruikt door een aparte zender of ontvanger, of door een enkele zender of ontvanger die wordt aangestuurd door een RF-schakelaar. Op deze manier kan de Butler Matrix worden gebruikt om de bundel van een cirkelvormige array te sturen.
Brahs Matrix
De Burras-matrix maakt gebruik van transmissielijnen en richtingskoppelaars om bundelvorming met tijdsvertraging te realiseren voor breedbandwerking. De Burras-matrix kan worden ontworpen als een bundelvormer in de breedterichting, maar door het gebruik van resistieve afsluitingen heeft deze hogere verliezen.
Woollenweber antenne-array
De Woollenweber-antenne-array is een cirkelvormige array die wordt gebruikt voor richtingbepalingstoepassingen in de hoogfrequente (HF) band. Dit type antenne-array kan zowel omnidirectionele als directionele elementen bevatten, en het aantal elementen ligt doorgaans tussen de 30 en 100, waarvan een derde is bestemd voor het sequentieel vormen van sterk directionele bundels. Elk element is verbonden met een radio-eenheid die de amplitude-weging van het antennepatroon kan regelen via een goniometer die 360° kan scannen met vrijwel geen verandering in de eigenschappen van het antennepatroon. Bovendien vormt de antenne-array een bundel die vanuit de array naar buiten straalt door middel van een tijdsvertraging, waardoor breedbandwerking wordt bereikt.
Ga voor meer informatie over antennes naar:
Geplaatst op: 7 juni 2024
