Auf dem Gebiet derArray-AntennenBeamforming, auch räumliche Filterung genannt, ist eine Signalverarbeitungstechnik, die zum gerichteten Senden und Empfangen drahtloser Funkwellen oder Schallwellen verwendet wird.Beamforming wird häufig in Radar- und Sonarsystemen, drahtloser Kommunikation, Akustik und biomedizinischen Geräten eingesetzt.Typischerweise werden Strahlformung und Strahlabtastung dadurch erreicht, dass die Phasenbeziehung zwischen der Einspeisung und jedem Element des Antennenarrays so eingestellt wird, dass alle Elemente Signale phasengleich in einer bestimmten Richtung senden oder empfangen.Während der Übertragung steuert der Strahlformer die Phase und relative Amplitude des Signals jedes Senders, um konstruktive und destruktive Interferenzmuster auf der Wellenfront zu erzeugen.Während des Empfangs priorisiert die Konfiguration des Sensorarrays den Empfang des gewünschten Strahlungsmusters.
Beamforming-Technologie
Beamforming ist eine Technik, mit der ein Strahlungsmuster mit einer festen Reaktion in eine gewünschte Richtung gelenkt wird.Strahlformung und Strahlabtastung einesAntenneArray kann durch ein Phasenverschiebungssystem oder ein Zeitverzögerungssystem erreicht werden.
Phasenverschiebung
In Schmalbandsystemen wird die Zeitverzögerung auch Phasenverschiebung genannt.Bei Radiofrequenz (RF) oder Zwischenfrequenz (IF) kann Strahlformung durch Phasenverschiebung mit Ferrit-Phasenschiebern erreicht werden.Im Basisband kann die Phasenverschiebung durch digitale Signalverarbeitung erreicht werden.Im Breitbandbetrieb wird die zeitverzögerte Strahlformung bevorzugt, da die Richtung des Hauptstrahls frequenzinvariant sein muss.
RM-PA17731
RM-PA10145-30 (10–14,5 GHz)
Zeitverzögerung
Durch Ändern der Länge der Übertragungsleitung kann eine Zeitverzögerung eingeführt werden.Wie bei der Phasenverschiebung kann eine Zeitverzögerung bei Hochfrequenz (RF) oder Zwischenfrequenz (IF) eingeführt werden, und die auf diese Weise eingeführte Zeitverzögerung funktioniert über einen weiten Frequenzbereich gut.Die Bandbreite des zeitabgetasteten Arrays ist jedoch durch die Bandbreite der Dipole und den elektrischen Abstand zwischen den Dipolen begrenzt.Wenn die Betriebsfrequenz steigt, vergrößert sich der elektrische Abstand zwischen den Dipolen, was bei hohen Frequenzen zu einer gewissen Verengung der Strahlbreite führt.Wenn die Frequenz weiter zunimmt, kommt es schließlich zu Gitterkeulen.In einem Phased-Array treten Gitterkeulen auf, wenn die Strahlformungsrichtung den Maximalwert des Hauptstrahls überschreitet.Dieses Phänomen führt zu Fehlern in der Verteilung des Hauptstrahls.Um Gitterkeulen zu vermeiden, müssen die Antennendipole daher einen geeigneten Abstand haben.
Gewichte
Der Gewichtsvektor ist ein komplexer Vektor, dessen Amplitudenkomponente die Höhe der Nebenkeule und die Breite des Hauptstrahls bestimmt, während die Phasenkomponente den Winkel und die Nullposition des Hauptstrahls bestimmt.Die Phasengewichte für Schmalband-Arrays werden durch Phasenschieber aufgebracht.
RM-PA7087-43 (71–86 GHz)
RM-PA1075145-32 (10,75–14,5 GHz)
Beamforming-Design
Antennen, die sich durch Änderung ihres Strahlungsmusters an die HF-Umgebung anpassen können, werden als aktive Phased-Array-Antennen bezeichnet.Strahlformungsdesigns können Butler-Matrix-, Blass-Matrix- und Wullenweber-Antennenarrays umfassen.
Butler-Matrix
Die Butler Matrix kombiniert eine 90°-Brücke mit einem Phasenschieber, um einen Abdeckungssektor von bis zu 360° zu erreichen, wenn das Oszillatordesign und das Richtcharakteristikmuster geeignet sind.Jeder Strahl kann von einem dedizierten Sender oder Empfänger oder von einem einzelnen Sender oder Empfänger verwendet werden, der über einen HF-Schalter gesteuert wird.Auf diese Weise kann die Butler-Matrix zur Steuerung des Strahls eines kreisförmigen Arrays verwendet werden.
Brahs-Matrix
Die Burras-Matrix nutzt Übertragungsleitungen und Richtkoppler, um eine zeitverzögerte Strahlformung für den Breitbandbetrieb zu implementieren.Die Burras-Matrix kann als breitseitiger Strahlformer konzipiert werden, weist jedoch aufgrund der Verwendung von Widerstandsabschlüssen höhere Verluste auf.
Woollenweber-Antennenanordnung
Das Woollenweber-Antennen-Array ist ein kreisförmiges Array, das für Peilanwendungen im Hochfrequenzband (HF) verwendet wird.Diese Art von Antennenarray kann entweder omnidirektionale oder gerichtete Elemente verwenden, und die Anzahl der Elemente beträgt im Allgemeinen 30 bis 100, von denen ein Drittel für die sequentielle Bildung stark gerichteter Strahlen bestimmt ist.Jedes Element ist mit einem Funkgerät verbunden, das die Amplitudengewichtung des Antennenarraymusters über ein Goniometer steuern kann, das 360° scannen kann, ohne dass sich die Antennenmustereigenschaften nahezu ändern.Darüber hinaus formt das Antennenarray durch Zeitverzögerung einen Strahl, der vom Antennenarray nach außen abstrahlt, wodurch ein Breitbandbetrieb erreicht wird.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 07.06.2024
