Nel campo diantenne a schieraIl beamforming, noto anche come filtraggio spaziale, è una tecnica di elaborazione del segnale utilizzata per trasmettere e ricevere onde radio wireless o onde sonore in modo direzionale. Il beamforming è comunemente utilizzato nei sistemi radar e sonar, nelle comunicazioni wireless, nell'acustica e nelle apparecchiature biomediche. In genere, il beamforming e la scansione del fascio vengono eseguiti impostando la relazione di fase tra il segnale di alimentazione e ciascun elemento dell'array di antenne in modo che tutti gli elementi trasmettano o ricevano segnali in fase in una direzione specifica. Durante la trasmissione, il beamformer controlla la fase e l'ampiezza relativa del segnale di ciascun trasmettitore per creare modelli di interferenza costruttivi e distruttivi sul fronte d'onda. Durante la ricezione, la configurazione dell'array di sensori dà priorità alla ricezione del modello di radiazione desiderato.
Tecnologia Beamforming
Il beamforming è una tecnica utilizzata per orientare un diagramma di radiazione del fascio verso una direzione desiderata con una risposta fissa. Il beamforming e la scansione del fascio di unantennaLa matrice può essere ottenuta mediante un sistema di sfasamento o un sistema di ritardo temporale.
Sfasamento
Nei sistemi a banda stretta, il ritardo temporale è anche chiamato sfasamento. A radiofrequenza (RF) o a frequenza intermedia (IF), il beamforming può essere ottenuto mediante sfasamento con sfasatori in ferrite. In banda base, lo sfasamento può essere ottenuto mediante elaborazione digitale del segnale. Nel funzionamento a banda larga, il beamforming con ritardo è preferito a causa della necessità di rendere la direzione del fascio principale invariante con la frequenza.
Codice articolo: RM-PA17731
RM-PA10145-30 (10-14,5 GHz)
ritardo temporale
Il ritardo può essere introdotto modificando la lunghezza della linea di trasmissione. Come per lo sfasamento, il ritardo può essere introdotto a radiofrequenza (RF) o a frequenza intermedia (IF), e il ritardo introdotto in questo modo funziona bene su un ampio intervallo di frequenze. Tuttavia, la larghezza di banda dell'array a scansione temporale è limitata dalla larghezza di banda dei dipoli e dalla spaziatura elettrica tra i dipoli. All'aumentare della frequenza operativa, aumenta anche la spaziatura elettrica tra i dipoli, con conseguente restringimento della larghezza del fascio alle alte frequenze. Un ulteriore aumento della frequenza porterà alla formazione di lobi a reticolo. In un array a scansione di fase, i lobi a reticolo si verificano quando la direzione di formazione del fascio supera il valore massimo del fascio principale. Questo fenomeno causa errori nella distribuzione del fascio principale. Pertanto, per evitare i lobi a reticolo, i dipoli dell'antenna devono essere opportunamente spaziati.
Pesi
Il vettore dei pesi è un vettore complesso la cui componente di ampiezza determina il livello del lobo laterale e la larghezza del fascio principale, mentre la componente di fase determina l'angolo del fascio principale e la posizione di nullo. I pesi di fase per gli array a banda stretta sono applicati da sfasatori.
RM-PA7087-43 (71-86 GHz)
RM-PA1075145-32 (10,75-14,5 GHz)
Progettazione del beamforming
Le antenne che possono adattarsi all'ambiente RF modificando il loro diagramma di radiazione sono chiamate antenne attive a matrice di fase. I progetti di beamforming possono includere array di antenne a matrice di Butler, a matrice di Blass e Wullenweber.
Matrice del maggiordomo
La Butler Matrix combina un ponte a 90° con uno sfasatore per ottenere un settore di copertura fino a 360°, se il design dell'oscillatore e il diagramma di direttività sono appropriati. Ogni fascio può essere utilizzato da un trasmettitore o ricevitore dedicato, oppure da un singolo trasmettitore o ricevitore controllato da un interruttore RF. In questo modo, la Butler Matrix può essere utilizzata per orientare il fascio di un array circolare.
Matrice di Brahs
La matrice di Burras utilizza linee di trasmissione e accoppiatori direzionali per implementare il beamforming a ritardo per operazioni a banda larga. La matrice di Burras può essere progettata come beamformer broadside, ma a causa dell'utilizzo di terminazioni resistive, presenta perdite maggiori.
Array di antenne Woollenweber
L'array di antenne Woollenweber è un array circolare utilizzato per applicazioni di radiogoniometria nella banda ad alta frequenza (HF). Questo tipo di array di antenne può utilizzare elementi omnidirezionali o direzionali e il numero di elementi è generalmente compreso tra 30 e 100, di cui un terzo è dedicato alla formazione sequenziale di fasci altamente direzionali. Ogni elemento è collegato a un dispositivo radio in grado di controllare la ponderazione in ampiezza del diagramma di distribuzione dell'array di antenne tramite un goniometro in grado di scansionare a 360° senza praticamente alcuna modifica nelle caratteristiche del diagramma di distribuzione dell'antenna. Inoltre, l'array di antenne forma un fascio che si irradia verso l'esterno con un ritardo temporale, consentendo così il funzionamento a banda larga.
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Data di pubblicazione: 07-06-2024
