Inden forarray-antenner, stråleformning, også kendt som rumlig filtrering, er en signalbehandlingsteknik, der bruges til at sende og modtage trådløse radiobølger eller lydbølger i en retningsbestemt måde. Beamforming bruges almindeligvis i radar- og sonarsystemer, trådløs kommunikation, akustik og biomedicinsk udstyr. Typisk opnås stråleformning og strålescanning ved at indstille faseforholdet mellem feedet og hvert element i antenneopsætningen, så alle elementer sender eller modtager signaler i fase i en bestemt retning. Under transmission styrer stråleformeren fasen og den relative amplitude af hver senders signal for at skabe konstruktive og destruktive interferensmønstre på bølgefronten. Under modtagelse prioriterer sensoropsætningens konfiguration modtagelse af det ønskede strålingsmønster.
Beamforming-teknologi
Beamforming er en teknik, der bruges til at styre et strålemønster i en ønsket retning med en fast respons. Beamforming og strålescanning af enantenneEt faseskiftsystem eller et tidsforsinkelsessystem kan opnås.
Faseskift
I smalbåndssystemer kaldes tidsforsinkelse også faseforskydning. Ved radiofrekvens (RF) eller mellemfrekvens (IF), kan stråleformning opnås ved faseforskydning med ferritfaseskiftere. Ved basisbånd kan faseforskydning opnås ved digital signalbehandling. I bredbåndsdrift foretrækkes tidsforsinket stråleformning på grund af behovet for at gøre hovedstrålens retning invariant med frekvensen.
RM-PA17731
RM-PA10145-30 (10-14,5 GHz)
Tidsforsinkelse
Tidsforsinkelse kan introduceres ved at ændre længden af transmissionslinjen. Ligesom med faseforskydning kan tidsforsinkelse introduceres ved radiofrekvens (RF) eller mellemfrekvens (IF), og den tidsforsinkelse, der introduceres på denne måde, fungerer godt over et bredt frekvensområde. Båndbredden for det tidsscannede array er dog begrænset af dipolernes båndbredde og den elektriske afstand mellem dipolerne. Når driftsfrekvensen stiger, øges den elektriske afstand mellem dipolerne, hvilket resulterer i en vis grad af indsnævring af strålebredden ved høje frekvenser. Når frekvensen stiger yderligere, vil det i sidste ende føre til gitterlober. I et faset array vil gitterlober forekomme, når stråleformningsretningen overstiger hovedstrålens maksimale værdi. Dette fænomen forårsager fejl i fordelingen af hovedstrålen. For at undgå gitterlober skal antennedipolerne derfor have passende afstand.
Vægte
Vægtvektoren er en kompleks vektor, hvis amplitudekomponent bestemmer sidelobeniveauet og hovedstrålens bredde, mens fasekomponenten bestemmer hovedstrålevinklen og nulpositionen. Fasevægtene for smalbåndsarrays anvendes af faseskiftere.
RM-PA7087-43 (71-86 GHz)
RM-PA1075145-32 (10,75-14,5 GHz)
Stråleformningsdesign
Antenner, der kan tilpasse sig RF-miljøet ved at ændre deres strålingsmønster, kaldes aktive fasede antenner. Beamforming-designs kan omfatte Butler-matrix-, Blass-matrix- og Wullenweber-antennearrays.
Butler Matrix
Butler-matrixen kombinerer en 90°-bro med en faseskifter for at opnå en dækningssektor på op til 360°, hvis oscillatordesignet og retningsmønsteret er passende. Hver stråle kan bruges af en dedikeret sender eller modtager, eller af en enkelt sender eller modtager, der styres af en RF-switch. På denne måde kan Butler-matrixen bruges til at styre strålen i et cirkulært array.
Brahs Matrix
Burras-matricen bruger transmissionslinjer og retningsbestemte koblere til at implementere tidsforsinket stråleformning til bredbåndsdrift. Burras-matricen kan designes som en bredsidet stråleformer, men på grund af brugen af resistive termineringer har den højere tab.
Woollenweber antennesystem
Woollenweber-antennesystemet er et cirkulært antennesystem, der bruges til pejling i højfrekvensbåndet (HF). Denne type antennesystem kan bruge enten omnidirektionelle eller retningsbestemte elementer, og antallet af elementer er generelt 30 til 100, hvoraf en tredjedel er dedikeret til sekventielt at danne meget retningsbestemte stråler. Hvert element er forbundet til en radioenhed, der kan styre amplitudevægtningen af antennesystemets mønster via et goniometer, der kan scanne 360° næsten uden ændring i antennemønsterets egenskaber. Derudover danner antennesystemet en stråle, der udstråler udad fra antennesystemet via tidsforsinkelse, hvorved der opnås bredbåndsdrift.
For at lære mere om antenner, besøg venligst:
Opslagstidspunkt: 07. juni 2024
