Inom områdetarrayantenner, strålformning, även känd som spatial filtrering, är en signalbehandlingsteknik som används för att sända och ta emot trådlösa radiovågor eller ljudvågor på ett riktat sätt. Strålformning används ofta i radar- och sonarsystem, trådlös kommunikation, akustik och biomedicinsk utrustning. Vanligtvis åstadkoms strålformning och strålskanning genom att ställa in fasförhållandet mellan matningen och varje element i antennuppsättningen så att alla element sänder eller tar emot signaler i fas i en specifik riktning. Under överföring styr strålformaren fasen och den relativa amplituden för varje sändares signal för att skapa konstruktiva och destruktiva interferensmönster på vågfronten. Under mottagning prioriterar sensoruppsättningens konfiguration mottagning av det önskade strålningsmönstret.
Strålformningsteknik
Strålformning är en teknik som används för att styra ett strålmönster i en önskad riktning med ett fast svar. Strålformning och strålskanning av enantennEn grupp kan uppnås med ett fasförskjutningssystem eller ett tidsfördröjningssystem.
Fasförskjutning
I smalbandiga system kallas tidsfördröjning även fasförskjutning. Vid radiofrekvens (RF) eller mellanfrekvens (IF), kan strålformning uppnås genom fasskiftning med ferritfasskiftare. Vid basband kan fasskiftning uppnås genom digital signalbehandling. Vid bredbandsdrift är tidsfördröjd strålformning att föredra på grund av behovet av att göra huvudstrålens riktning invariant med frekvensen.
RM-PA17731
RM-PA10145-30 (10–14,5 GHz)
Tidsfördröjning
Tidsfördröjning kan introduceras genom att ändra längden på transmissionsledningen. Precis som vid fasförskjutning kan tidsfördröjning introduceras vid radiofrekvens (RF) eller mellanfrekvens (IF), och tidsfördröjningen som introduceras på detta sätt fungerar bra över ett brett frekvensområde. Bandbredden för den tidsskannade antennen begränsas dock av dipolernas bandbredd och det elektriska avståndet mellan dipolerna. När driftsfrekvensen ökar ökar det elektriska avståndet mellan dipolerna, vilket resulterar i en viss grad av förträngning av strålbredden vid höga frekvenser. När frekvensen ökar ytterligare kommer det så småningom att leda till gitterlober. I en fasstyrd antennen kommer gitterlober att uppstå när strålformningsriktningen överstiger huvudstrålens maximala värde. Detta fenomen orsakar fel i huvudstrålens distribution. För att undvika gitterlober måste därför antennens dipoler ha lämpligt avstånd.
Vikter
Viktvektorn är en komplex vektor vars amplitudkomponent bestämmer sidolobnivån och huvudstrålbredden, medan faskomponenten bestämmer huvudstrålvinkeln och nollpositionen. Fasvikterna för smalbandiga matriser appliceras av fasskiftare.
RM-PA7087-43 (71-86 GHz)
RM-PA1075145-32 (10,75–14,5 GHz)
Strålformningsdesign
Antenner som kan anpassa sig till RF-miljön genom att ändra sitt strålningsmönster kallas aktiva fasstyrda antenner. Strålformningsdesigner kan inkludera Butler-matris-, Blass-matris- och Wullenweber-antennmatriser.
Butler Matrix
Butlermatrisen kombinerar en 90°-brygga med en fasskiftare för att uppnå en täckningssektor så bred som 360° om oscillatorns design och riktningsmönster är lämpliga. Varje stråle kan användas av en dedikerad sändare eller mottagare, eller av en enda sändare eller mottagare som styrs av en RF-omkopplare. På detta sätt kan Butlermatrisen användas för att styra strålen i en cirkulär matris.
Brahs Matrix
Burras-matrisen använder transmissionsledningar och riktningskopplare för att implementera tidsfördröjd strålformning för bredbandsdrift. Burras-matrisen kan utformas som en bredsidig strålformare, men på grund av användningen av resistiva avslutningar har den högre förluster.
Woollenweber-antennuppsättning
Woollenweber-antennuppsättningen är en cirkulär uppsättning som används för pejlingstillämpningar i högfrekvensbandet (HF). Denna typ av antennuppsättning kan använda antingen rundstrålande eller riktade element, och antalet element är vanligtvis 30 till 100, varav en tredjedel är dedikerade till att sekventiellt bilda mycket riktade strålar. Varje element är anslutet till en radioenhet som kan styra amplitudviktningen av antennuppsättningsmönstret via en goniometer som kan skanna 360° med nästan ingen förändring av antennmönstrets egenskaper. Dessutom bildar antennuppsättningen en stråle som strålar utåt från antennuppsättningen genom tidsfördröjning, vilket uppnår bredbandsdrift.
För att lära dig mer om antenner, besök:
Publiceringstid: 7 juni 2024
