W dziedzinieanteny szeregowekształtowanie wiązki, znane również jako filtrowanie przestrzenne, to technika przetwarzania sygnału stosowana do bezprzewodowego przesyłania i odbierania fal radiowych lub fal dźwiękowych w sposób kierunkowy.Kształtowanie wiązki jest powszechnie stosowane w systemach radarowych i sonarowych, komunikacji bezprzewodowej, akustyce i sprzęcie biomedycznym.Zwykle kształtowanie wiązki i skanowanie wiązki realizuje się poprzez ustawienie zależności fazowej pomiędzy zasilaniem a każdym elementem układu antenowego, tak aby wszystkie elementy transmitowały lub odbierały sygnały w fazie w określonym kierunku.Podczas transmisji element kształtujący wiązkę kontroluje fazę i względną amplitudę sygnału każdego nadajnika, tworząc konstruktywne i destrukcyjne wzorce zakłóceń na czole fali.Podczas odbioru konfiguracja układu czujników nadaje priorytet odbiorowi żądanego wzoru promieniowania.
Technologia kształtowania wiązki
Kształtowanie wiązki to technika stosowana do kierowania wzorca promieniowania wiązki w pożądanym kierunku ze stałą odpowiedzią.Kształtowanie wiązki i skanowanie wiązkiantenamożna uzyskać za pomocą systemu przesunięcia fazowego lub systemu opóźnienia czasowego.
Przesunięcie fazowe
W systemach wąskopasmowych opóźnienie czasowe nazywane jest także przesunięciem fazowym.Na częstotliwości radiowej (RF) lub częstotliwość pośrednią (IF), kształtowanie wiązki można osiągnąć poprzez przesunięcie fazowe za pomocą ferrytowych przesuwników fazowych.W paśmie podstawowym przesunięcie fazowe można osiągnąć poprzez cyfrowe przetwarzanie sygnału.W przypadku pracy szerokopasmowej preferowane jest kształtowanie wiązki z opóźnieniem czasowym ze względu na potrzebę zapewnienia, aby kierunek głównej wiązki był niezmienny w zależności od częstotliwości.
RM-PA17731
RM-PA10145-30 (10-14,5 GHz)
Opóźnienie czasowe
Opóźnienie czasowe można wprowadzić poprzez zmianę długości linii przesyłowej.Podobnie jak w przypadku przesunięcia fazowego, opóźnienie czasowe można wprowadzić na częstotliwości radiowej (RF) lub częstotliwości pośredniej (IF), a wprowadzone w ten sposób opóźnienie czasowe sprawdza się dobrze w szerokim zakresie częstotliwości.Jednakże szerokość pasma układu zeskanowanego w czasie jest ograniczona przez szerokość pasma dipoli i odstępy elektryczne między dipolami.Wraz ze wzrostem częstotliwości roboczej zwiększa się odstęp elektryczny między dipolami, co powoduje pewien stopień zwężenia szerokości wiązki przy wysokich częstotliwościach.Kiedy częstotliwość dalej wzrasta, ostatecznie doprowadzi to do zgrzytów.W układzie fazowanym płaty kraty pojawią się, gdy kierunek formowania wiązki przekroczy maksymalną wartość wiązki głównej.Zjawisko to powoduje błędy w rozkładzie wiązki głównej.Dlatego, aby uniknąć zgrzytów, dipole anteny muszą mieć odpowiedni odstęp.
Ciężary
Wektor ciężaru jest wektorem zespolonym, którego składowa amplitudowa określa poziom listka bocznego i szerokość wiązki głównej, natomiast składowa fazowa określa kąt i położenie zerowe wiązki głównej.Wagi fazowe dla układów wąskopasmowych są stosowane za pomocą przesuwników fazowych.
RM-PA7087-43 (71-86 GHz)
RM-PA1075145-32 (10,75–14,5 GHz)
Projekt kształtowania wiązki
Anteny, które mogą dostosować się do środowiska RF poprzez zmianę charakterystyki promieniowania, nazywane są antenami z aktywnym układem fazowanym.Projekty kształtowania wiązki mogą obejmować macierz Butlera, macierz Blassa i układy anten Wullenwebera.
Matryca Butlera
Butler Matrix łączy mostek 90° z przesuwnikiem fazowym, aby uzyskać sektor pokrycia tak szeroki jak 360°, jeśli konstrukcja oscylatora i wzór kierunkowości są odpowiednie.Każda wiązka może być wykorzystywana przez dedykowany nadajnik lub odbiornik lub przez pojedynczy nadajnik lub odbiornik sterowany przełącznikiem RF.W ten sposób matrycę Butlera można wykorzystać do sterowania wiązką okrągłego układu.
Brahs Matrix
Matryca Burrasa wykorzystuje linie przesyłowe i sprzęgacze kierunkowe do realizacji formowania wiązki z opóźnieniem czasowym dla pracy szerokopasmowej.Matrycę Burrasa można zaprojektować jako wiązkę szerokopasmową, jednak ze względu na zastosowanie zakończeń rezystancyjnych charakteryzuje się ona większymi stratami.
Układ antenowy Woollenweber
Układ antenowy Woollenweber to okrągły układ używany do zastosowań związanych z namierzaniem kierunku w paśmie wysokiej częstotliwości (HF).Ten typ układu antenowego może wykorzystywać elementy dookólne lub kierunkowe, a liczba elementów wynosi zazwyczaj od 30 do 100, z czego jedna trzecia jest przeznaczona do sekwencyjnego formowania wiązek wysoce kierunkowych.Każdy element jest podłączony do urządzenia radiowego, które może kontrolować ważenie amplitudy układu antenowego za pomocą goniometru, który może skanować w zakresie 360° prawie bez zmiany charakterystyki układu anteny.Ponadto układ antenowy tworzy wiązkę promieniującą na zewnątrz z układu antenowego z opóźnieniem czasowym, zapewniając w ten sposób działanie szerokopasmowe.
Więcej informacji na temat anten można znaleźć na stronie:
Czas publikacji: 7 czerwca 2024 r
