V oblastianténní soustavyTvarování paprsku, známé také jako prostorové filtrování, je technika zpracování signálu používaná k směrovému přenosu a příjmu bezdrátových rádiových vln nebo zvukových vln. Tvarování paprsku se běžně používá v radarových a sonarových systémech, bezdrátové komunikaci, akustice a biomedicínských zařízeních. Tvarování paprsku a skenování paprsku se obvykle provádí nastavením fázového vztahu mezi napájecím zdrojem a každým prvkem anténního pole tak, aby všechny prvky vysílaly nebo přijímaly signály ve fázi ve specifickém směru. Během přenosu tvarovač paprsku řídí fázi a relativní amplitudu signálu každého vysílače, aby vytvořil konstruktivní a destruktivní interferenční obrazce na vlnoploše. Během příjmu konfigurace pole senzorů upřednostňuje příjem požadovaného vyzařovacího diagramu.
Technologie tvarování paprsku
Tvarování paprsku je technika používaná k nasměrování vyzařovacího diagramu paprsku do požadovaného směru s pevnou odezvou. Tvarování paprsku a skenování paprskuanténapole lze dosáhnout systémem fázového posunu nebo systémem časového zpoždění.
Fázový posun
V úzkopásmových systémech se časové zpoždění nazývá také fázový posun. Na rádiové frekvenci (RF) nebo mezifrekvence (IF) lze tvarování paprsku dosáhnout fázovým posunem pomocí feritových fázových posunovačů. V základním pásmu lze fázového posunu dosáhnout digitálním zpracováním signálu. V širokopásmovém provozu se dává přednost tvarování paprsku s časovým zpožděním, protože je třeba zajistit, aby směr hlavního paprsku zůstal invariantní s frekvencí.
RM-PA17731
RM-PA10145-30 (10–14,5 GHz)
Časové zpoždění
Časové zpoždění lze zavést změnou délky přenosového vedení. Stejně jako u fázového posunu lze časové zpoždění zavést na rádiové frekvenci (RF) nebo mezifrekvenci (IF) a takto zavedené časové zpoždění funguje dobře v širokém frekvenčním rozsahu. Šířka pásma časově skenovaného pole je však omezena šířkou pásma dipólů a elektrickou vzdáleností mezi dipóly. Když se provozní frekvence zvyšuje, elektrická vzdálenost mezi dipóly se zvětšuje, což má za následek určitý stupeň zúžení šířky paprsku při vysokých frekvencích. Když se frekvence dále zvyšuje, nakonec to povede ke vzniku mřížkových laloků. Ve fázovaném poli se mřížkové laloky objeví, když směr tvarování paprsku překročí maximální hodnotu hlavního paprsku. Tento jev způsobuje chyby v rozložení hlavního paprsku. Aby se tedy zabránilo vzniku mřížkových laloků, musí mít anténní dipóly odpovídající rozteč.
Váhy
Váhový vektor je komplexní vektor, jehož amplitudová složka určuje úroveň postranních laloků a šířku hlavního paprsku, zatímco fázová složka určuje úhel hlavního paprsku a nulovou polohu. Fázové váhy pro úzkopásmové anténní soustavy jsou aplikovány fázovými posunovači.
RM-PA7087-43 (71–86 GHz)
RM-PA1075145-32 (10,75–14,5 GHz)
Návrh tvarování paprsku
Antény, které se dokáží přizpůsobit vysokofrekvenčnímu prostředí změnou svého vyzařovacího diagramu, se nazývají aktivní fázované anténní soustavy. Mezi konstrukce s tvarováním paprsku mohou patřit anténní soustavy s Butlerovou maticí, Blassovou maticí a Wullenweberovou maticí.
Butlerova matice
Butlerova matice kombinuje 90° můstek s fázovým posunem, čímž dosahuje sektoru pokrytí až 360°, pokud je konstrukce oscilátoru a směrový diagram vhodný. Každý paprsek může být použit vyhrazeným vysílačem nebo přijímačem, nebo jedním vysílačem či přijímačem ovládaným RF přepínačem. Tímto způsobem lze Butlerovu matici použít k řízení paprsku kruhového pole.
Brahsova matice
Burrasova matice využívá přenosové linky a směrové vazební členy k implementaci časového zpoždění při formování paprsku pro širokopásmový provoz. Burrasova matice může být navržena jako boční formovač paprsku, ale kvůli použití odporových zakončení má vyšší ztráty.
Woollenweberova anténní soustava
Anténní soustava Woollenweber je kruhová soustava používaná pro aplikace zaměření ve vysokofrekvenčním (HF) pásmu. Tento typ anténní soustavy může používat buď všesměrové, nebo směrové prvky a počet prvků je obvykle 30 až 100, z nichž jedna třetina je určena pro postupné vytváření vysoce směrových paprsků. Každý prvek je připojen k rádiovému zařízení, které může řídit amplitudové vážení diagramu anténní soustavy pomocí goniometru, který dokáže skenovat 360° téměř beze změny charakteristik diagramu antény. Anténní soustava navíc vytváří paprsek vyzařující ven z anténní soustavy pomocí časového zpoždění, čímž se dosahuje širokopásmového provozu.
Chcete-li se dozvědět více o anténách, navštivte prosím:
Čas zveřejnění: 7. června 2024
