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 o sonore wireless in modo direzionale. Il beamforming è comunemente impiegato nei sistemi radar e sonar, nelle comunicazioni wireless, nell'acustica e nelle apparecchiature biomediche. Tipicamente, il beamforming e la scansione del fascio vengono realizzati impostando la relazione di fase tra l'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 costruttiva e distruttiva sul fronte d'onda. Durante la ricezione, la configurazione dell'array di sensori dà priorità alla ricezione del modello di radiazione desiderato.
Tecnologia di beamforming
Il beamforming è una tecnica utilizzata per orientare un diagramma di radiazione del fascio in una direzione desiderata con una risposta fissa. Beamforming e scansione del fascio di unantennaL'array può essere realizzato tramite un sistema a sfasamento o un sistema a ritardo temporale.
Sfasamento
Nei sistemi a banda stretta, il ritardo temporale è anche chiamato sfasamento. Alla radiofrequenza (RFIn banda base (IF) o a frequenza intermedia (IF), la formazione del fascio può essere ottenuta mediante sfasamento con sfasatori in ferrite. In banda base, lo sfasamento può essere ottenuto tramite elaborazione digitale del segnale. In banda larga, si preferisce la formazione del fascio con ritardo temporale a causa della necessità di rendere la direzione del fascio principale invariante con la frequenza.
RM-PA17731
RM-PA10145-30 (10-14,5 GHz)
Ritardo temporale
È possibile introdurre un ritardo temporale modificando la lunghezza della linea di trasmissione. Analogamente allo sfasamento, il ritardo temporale può essere introdotto a radiofrequenza (RF) o a frequenza intermedia (IF), e il ritardo introdotto in questo modo funziona bene su un'ampia gamma 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 di essi. All'aumentare della frequenza operativa, aumenta anche la spaziatura elettrica tra i dipoli, con conseguente restringimento dell'ampiezza del fascio alle alte frequenze. Un ulteriore aumento della frequenza porterà alla formazione di lobi di diffrazione. In un array a fasi, i lobi di diffrazione si verificano quando la direzione di beamforming supera il valore massimo del lobo principale. Questo fenomeno causa errori nella distribuzione del lobo principale. Pertanto, per evitare i lobi di diffrazione, i dipoli dell'antenna devono avere una spaziatura adeguata.
Pesi
Il vettore dei pesi è un vettore complesso la cui componente di ampiezza determina il livello dei lobi laterali e la larghezza del lobo principale, mentre la componente di fase determina l'angolo del lobo principale e la posizione del punto nullo. I pesi di fase per gli array a banda stretta vengono applicati tramite sfasatori.
RM-PA7087-43 (71-86 GHz)
RM-PA1075145-32 (10,75-14,5 GHz)
Progettazione di beamforming
Le antenne in grado di adattarsi all'ambiente RF modificando il proprio diagramma di radiazione sono chiamate antenne a schiera di fase attiva. Le configurazioni di beamforming possono includere matrici di Butler, matrici di Blass e schiere di antenne di Wullenweber.
Matrice Butler
La matrice Butler combina un ponte a 90° con uno sfasatore per ottenere un settore di copertura ampio fino a 360° se la progettazione dell'oscillatore e il diagramma di direttività sono appropriati. Ciascun 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 matrice Butler può essere utilizzata per orientare il fascio di un'antenna circolare.
Matrice Brahs
La matrice di Burras utilizza linee di trasmissione e accoppiatori direzionali per implementare la formazione del fascio con ritardo temporale per il funzionamento a banda larga. La matrice di Burras può essere progettata come un beamformer a fascio largo, ma a causa dell'uso di terminazioni resistive, presenta perdite maggiori.
schiera di antenne Woollenweber
L'array di antenne Woollenweber è un array circolare utilizzato per applicazioni di localizzazione direzionale 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. Ciascun elemento è collegato a un dispositivo radio in grado di controllare la ponderazione dell'ampiezza del diagramma di radiazione dell'array tramite un goniometro che può effettuare una scansione di 360° senza quasi alcuna variazione delle caratteristiche del diagramma di radiazione. Inoltre, l'array di antenne forma un fascio che si irradia verso l'esterno tramite un ritardo temporale, consentendo così un funzionamento a banda larga.
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Data di pubblicazione: 7 giugno 2024
