في مجال الهوائيات المصفوفةتكوين الشعاع، المعروف أيضًا باسم التصفية المكانية، هو تقنية معالجة الإشارات المستخدمة لإرسال واستقبال موجات الراديو اللاسلكية أو الموجات الصوتية بطريقة اتجاهية.يُستخدم تشكيل الشعاع بشكل شائع في أنظمة الرادار والسونار، والاتصالات اللاسلكية، والصوتيات، والمعدات الطبية الحيوية.عادةً، يتم تنفيذ تكوين الشعاع ومسح الشعاع عن طريق ضبط علاقة الطور بين التغذية وكل عنصر من عناصر مصفوفة الهوائي بحيث ترسل جميع العناصر أو تستقبل الإشارات في الطور في اتجاه محدد.أثناء الإرسال، يتحكم مُشكل الشعاع في الطور والسعة النسبية لإشارة كل مرسل لإنشاء أنماط تداخل بناءة ومدمرة على واجهة الموجة.أثناء الاستقبال، يعطي تكوين صفيف المستشعر الأولوية لاستقبال نمط الإشعاع المطلوب.
تكنولوجيا تشكيل الشعاع
Beamforming هي تقنية تستخدم لتوجيه نمط إشعاع الشعاع إلى الاتجاه المطلوب مع استجابة ثابتة.تشكيل الشعاع ومسح الشعاع لـهوائييمكن تحقيق المصفوفة عن طريق نظام إزاحة الطور أو نظام التأخير الزمني.
مرحلة التحول
في الأنظمة ذات النطاق الضيق، يسمى التأخير الزمني أيضًا بإزاحة الطور.على الترددات الراديوية (RF) أو التردد المتوسط (IF)، يمكن تحقيق تكوين الشعاع عن طريق تحويل الطور باستخدام مبدلات طور الفريت.في النطاق الأساسي، يمكن تحقيق تحول الطور عن طريق معالجة الإشارات الرقمية.في تشغيل النطاق العريض، يُفضل تشكيل الحزمة بتأخير زمني بسبب الحاجة إلى جعل اتجاه الحزمة الرئيسية ثابتًا مع التردد.
RM-PA17731
RM-PA10145-30 (10-14.5 جيجا هرتز)
الوقت الضائع
يمكن إدخال تأخير الوقت عن طريق تغيير طول خط النقل.كما هو الحال مع تحول الطور، يمكن إدخال تأخير الوقت عند الترددات الراديوية (RF) أو التردد المتوسط (IF)، ويعمل تأخير الوقت المقدم بهذه الطريقة بشكل جيد على نطاق ترددي واسع.ومع ذلك، فإن عرض النطاق الترددي للصفيف الممسوح زمنيًا محدود بعرض نطاق ثنائيات القطب والتباعد الكهربائي بين ثنائيات القطب.عندما يزيد تردد التشغيل، يزداد التباعد الكهربائي بين ثنائيات القطب، مما يؤدي إلى درجة معينة من تضييق عرض الحزمة عند الترددات العالية.وعندما يزيد التردد أكثر، فإنه سيؤدي في النهاية إلى صريف الفصوص.في المصفوفة المرحلية، ستحدث فصوص شبكية عندما يتجاوز اتجاه تشكيل الحزمة الحد الأقصى لقيمة الحزمة الرئيسية.تسبب هذه الظاهرة أخطاء في توزيع الحزمة الرئيسية.ولذلك، من أجل تجنب صريف الفصوص، يجب أن تكون ثنائيات أقطاب الهوائي متباعدة بشكل مناسب.
الأوزان
ناقل الوزن هو ناقل معقد يحدد مكون اتساعه مستوى الفص الجانبي وعرض الحزمة الرئيسية، بينما يحدد مكون الطور زاوية الحزمة الرئيسية وموضعها الفارغ.يتم تطبيق أوزان الطور للصفائف ضيقة النطاق بواسطة مبدلات الطور.
RM-PA7087-43(71-86 جيجا هرتز)
RM-PA1075145-32 (10.75-14.5 جيجا هرتز)
تصميم الشعاع
تسمى الهوائيات التي يمكنها التكيف مع بيئة التردد اللاسلكي عن طريق تغيير نمط الإشعاع الخاص بها بهوائيات المصفوفة الطورية النشطة.يمكن أن تشتمل تصميمات تكوين الشعاع على مصفوفة بتلر، ومصفوفة بلاس، ومصفوفات هوائي Wullenweber.
مصفوفة بتلر
تجمع مصفوفة بتلر بين جسر بزاوية 90 درجة ومبدل طور لتحقيق قطاع تغطية يصل عرضه إلى 360 درجة إذا كان تصميم المذبذب ونمط الاتجاه مناسبين.يمكن استخدام كل شعاع بواسطة جهاز إرسال أو جهاز استقبال مخصص، أو بواسطة جهاز إرسال أو جهاز استقبال واحد يتم التحكم فيه بواسطة مفتاح التردد اللاسلكي.بهذه الطريقة، يمكن استخدام مصفوفة بتلر لتوجيه شعاع مصفوفة دائرية.
مصفوفة براهس
تستخدم مصفوفة بوراس خطوط نقل وقارنات اتجاهية لتنفيذ تشكيل شعاع التأخير الزمني لتشغيل النطاق العريض.يمكن تصميم مصفوفة بوراس كمشكل شعاع عريض، ولكن بسبب استخدام النهايات المقاومة، فإن خسائرها أعلى.
مجموعة هوائي Woollenweber
صفيف هوائي Woollenweber عبارة عن صفيف دائري يستخدم لتطبيقات تحديد الاتجاه في نطاق التردد العالي (HF).يمكن لهذا النوع من مصفوفة الهوائي استخدام عناصر شاملة الاتجاه أو عناصر اتجاهية، ويتراوح عدد العناصر بشكل عام من 30 إلى 100، ثلثها مخصص لتشكيل حزم عالية الاتجاه بشكل متسلسل.يتم توصيل كل عنصر بجهاز راديو يمكنه التحكم في وزن السعة لنمط صفيف الهوائي من خلال مقياس الزوايا الذي يمكنه مسح 360 درجة دون أي تغيير تقريبًا في خصائص نمط الهوائي.بالإضافة إلى ذلك، تشكل مصفوفة الهوائي شعاعًا يشع إلى الخارج من مصفوفة الهوائي عبر تأخير زمني، وبالتالي تحقيق تشغيل النطاق العريض.
لمعرفة المزيد عن الهوائيات، يرجى زيارة:
وقت النشر: 07 يونيو 2024
