En el campo deantenas de matrizLa formación de haces, también conocida como filtrado espacial, es una técnica de procesamiento de señales que se utiliza para transmitir y recibir ondas de radio o de sonido inalámbricas de forma direccional. La formación de haces se utiliza comúnmente en sistemas de radar y sonar, comunicaciones inalámbricas, acústica y equipos biomédicos. Normalmente, la formación y el escaneo de haces se logran ajustando la relación de fase entre la alimentación y cada elemento del conjunto de antenas para que todos los elementos transmitan o reciban señales en fase en una dirección específica. Durante la transmisión, el conformador de haces controla la fase y la amplitud relativa de la señal de cada transmisor para crear patrones de interferencia constructiva y destructiva en el frente de onda. Durante la recepción, la configuración del conjunto de sensores prioriza la recepción del patrón de radiación deseado.
Tecnología de formación de haces
La formación de haces es una técnica utilizada para dirigir un patrón de radiación de un haz hacia una dirección deseada con una respuesta fija. La formación de haces y el escaneo de haces de unantenaLa configuración de la matriz se puede lograr mediante un sistema de desplazamiento de fase o un sistema de retardo de tiempo.
Cambio de fase
En los sistemas de banda estrecha, el retardo de tiempo también se denomina desplazamiento de fase. A radiofrecuencia (RFEn frecuencias medias o intermedias (FI), la formación de haces se puede lograr mediante el desplazamiento de fase con desfasadores de ferrita. En banda base, el desplazamiento de fase se puede lograr mediante procesamiento digital de señales. En operación de banda ancha, se prefiere la formación de haces con retardo de tiempo debido a la necesidad de que la dirección del haz principal sea invariable con la frecuencia.
RM-PA17731
RM-PA10145-30 (10-14,5 GHz)
Retraso temporal
El retardo temporal se puede introducir modificando la longitud de la línea de transmisión. Al igual que con el desplazamiento de fase, el retardo temporal se puede introducir en la radiofrecuencia (RF) o en la frecuencia intermedia (FI), y funciona bien en un amplio rango de frecuencias. Sin embargo, el ancho de banda de la matriz de barrido temporal está limitado por el ancho de banda de los dipolos y la separación eléctrica entre ellos. Al aumentar la frecuencia de operación, aumenta la separación eléctrica entre los dipolos, lo que provoca una cierta reducción del ancho del haz a altas frecuencias. Si la frecuencia aumenta aún más, eventualmente se producirán lóbulos de difracción. En una matriz de fase, los lóbulos de difracción se producen cuando la dirección de formación del haz supera el valor máximo del haz principal. Este fenómeno causa errores en la distribución del haz principal. Por lo tanto, para evitar los lóbulos de difracción, los dipolos de la antena deben tener una separación adecuada.
Pesos
El vector de ponderación es un vector complejo cuya componente de amplitud determina el nivel de los lóbulos laterales y el ancho del haz principal, mientras que la componente de fase determina el ángulo del haz principal y la posición nula. Las ponderaciones de fase para arreglos de banda estrecha se aplican mediante desplazadores de fase.
RM-PA7087-43 (71-86 GHz)
RM-PA1075145-32 (10,75-14,5 GHz)
Diseño de formación de haces
Las antenas que pueden adaptarse al entorno de radiofrecuencia modificando su patrón de radiación se denominan antenas de matriz de fase activa. Los diseños de formación de haces pueden incluir matrices de Butler, matrices de Blass y matrices de antenas de Wullenweber.
Matriz de Butler
La matriz Butler combina un puente de 90° con un desfasador para lograr un sector de cobertura de hasta 360° si el diseño del oscilador y el patrón de directividad son adecuados. Cada haz puede ser utilizado por un transmisor o receptor dedicado, o por un único transmisor o receptor controlado por un conmutador de RF. De esta forma, la matriz Butler puede utilizarse para orientar el haz de una matriz circular.
Matriz de Brahs
La matriz de Burras utiliza líneas de transmisión y acopladores direccionales para implementar la formación de haces con retardo de tiempo para operación de banda ancha. La matriz de Burras puede diseñarse como un conformador de haces de banda ancha, pero debido al uso de terminaciones resistivas, presenta mayores pérdidas.
Conjunto de antenas Woollenweber
El conjunto de antenas Woollenweber es un conjunto circular utilizado para aplicaciones de localización de dirección en la banda de alta frecuencia (HF). Este tipo de conjunto puede utilizar elementos omnidireccionales o direccionales, y generalmente consta de entre 30 y 100 elementos, de los cuales un tercio se dedica a la formación secuencial de haces altamente direccionales. Cada elemento está conectado a un dispositivo de radio que controla la ponderación de amplitud del patrón de radiación del conjunto mediante un goniómetro capaz de escanear 360° prácticamente sin alterar las características del patrón. Además, el conjunto de antenas genera un haz que se irradia hacia afuera mediante un retardo de tiempo, logrando así un funcionamiento de banda ancha.
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Fecha de publicación: 7 de junio de 2024
