Im BereichArray-AntennenBeamforming, auch Raumfilterung genannt, ist ein Signalverarbeitungsverfahren zum gerichteten Senden und Empfangen von drahtlosen Funk- oder Schallwellen. Beamforming wird häufig in Radar- und Sonarsystemen, der drahtlosen Kommunikation, der Akustik und biomedizinischen Geräten eingesetzt. Typischerweise werden Beamforming und Beam Scanning durch die Einstellung der Phasenbeziehung zwischen der Einspeisung und jedem Element der Antennengruppe erreicht, sodass alle Elemente Signale phasengleich in eine bestimmte Richtung senden oder empfangen. Während des Sendens steuert der Beamformer die Phase und die relative Amplitude des Signals jedes Senders, um konstruktive und destruktive Interferenzmuster auf der Wellenfront zu erzeugen. Beim Empfang priorisiert die Sensoranordnung den Empfang des gewünschten Strahlungsmusters.
Beamforming-Technologie
Beamforming ist eine Technik, die verwendet wird, um ein Strahlungsmuster mit einer festen Reaktion in eine gewünschte Richtung zu lenken. Beamforming und Strahlabtastung einesAntenneArray kann durch ein Phasenverschiebungssystem oder ein Zeitverzögerungssystem erreicht werden.
Phasenverschiebung
In Schmalbandsystemen wird die Zeitverzögerung auch als Phasenverschiebung bezeichnet. Bei Hochfrequenz (RF) oder Zwischenfrequenz (ZF) kann Strahlformung durch Phasenverschiebung mit Ferrit-Phasenschiebern erreicht werden. Im Basisband kann die Phasenverschiebung durch digitale Signalverarbeitung erreicht werden. Im Breitbandbetrieb wird zeitverzögerte Strahlformung bevorzugt, da die Richtung des Hauptstrahls frequenzinvariant sein muss.
RM-PA17731
RM-PA10145-30 (10-14,5 GHz)
Zeitverzögerung
Eine Zeitverzögerung kann durch eine Änderung der Übertragungsleitungslänge erzeugt werden. Wie bei der Phasenverschiebung kann eine Zeitverzögerung bei Hochfrequenz (HF) oder Zwischenfrequenz (ZF) erzeugt werden, und die auf diese Weise erzeugte Zeitverzögerung funktioniert über einen weiten Frequenzbereich gut. Die Bandbreite der zeitgescannten Antennenanordnung wird jedoch durch die Bandbreite der Dipole und den elektrischen Abstand zwischen den Dipolen begrenzt. Mit zunehmender Betriebsfrequenz vergrößert sich der elektrische Abstand zwischen den Dipolen, was zu einer gewissen Verengung der Strahlbreite bei hohen Frequenzen führt. Bei weiterer Frequenzerhöhung treten schließlich Gitterkeulen auf. In einer phasengesteuerten Antennenanordnung treten Gitterkeulen auf, wenn die Strahlformungsrichtung den Maximalwert des Hauptstrahls überschreitet. Dieses Phänomen verursacht Fehler in der Verteilung des Hauptstrahls. Um Gitterkeulen zu vermeiden, müssen die Antennendipole daher einen geeigneten Abstand zueinander aufweisen.
Gewichte
Der Gewichtungsvektor ist ein komplexer Vektor, dessen Amplitudenkomponente den Nebenkeulenpegel und die Hauptstrahlbreite bestimmt, während die Phasenkomponente den Hauptstrahlwinkel und die Nullposition bestimmt. Die Phasengewichte für Schmalband-Arrays werden durch Phasenschieber angewendet.
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. Beamforming-Designs können Butler-Matrix-, Blass-Matrix- und Wullenweber-Antennenarrays umfassen.
Butler Matrix
Die Butler Matrix kombiniert eine 90°-Brücke mit einem Phasenschieber, um bei geeignetem Oszillatordesign und Richtcharakteristik einen Abdeckungsbereich von bis zu 360° zu erreichen. Jeder Strahl kann von einem dedizierten Sender oder Empfänger oder von einem einzelnen Sender oder Empfänger genutzt werden, der über einen HF-Schalter gesteuert wird. Auf diese Weise kann die Butler Matrix zur Strahlsteuerung eines kreisförmigen Arrays verwendet werden.
Brahs Matrix
Die Burras-Matrix nutzt Übertragungsleitungen und Richtkoppler, um zeitverzögertes Beamforming für den Breitbandbetrieb zu implementieren. Die Burras-Matrix kann als Breitseiten-Beamformer ausgelegt werden, weist jedoch aufgrund der Verwendung von Widerstandsabschlüssen höhere Verluste auf.
Woollenweber-Antennen-Array
Das Woollenweber-Antennenarray ist ein kreisförmiges Array, das zur Peilung im Hochfrequenzbereich (HF) eingesetzt wird. Dieses Antennenarray kann entweder omnidirektionale oder direktionale Elemente verwenden. Die Anzahl der Elemente beträgt in der Regel 30 bis 100, von denen ein Drittel für die sequentielle Bildung hochdirektionaler Strahlen vorgesehen ist. Jedes Element ist mit einem Funkgerät verbunden, das die Amplitudengewichtung des Antennenarray-Musters über ein Goniometer steuert, das 360° scannen kann, ohne dass sich die Antennenmustereigenschaften nahezu ändern. Darüber hinaus bildet das Antennenarray durch Zeitverzögerung einen Strahl, der vom Antennenarray nach außen abstrahlt, wodurch ein Breitbandbetrieb ermöglicht wird.
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Beitragszeit: 07.06.2024
