في مجالهوائيات المصفوفةتشكيل الحزمة، المعروف أيضًا باسم الترشيح المكاني، هو تقنية معالجة إشارات تُستخدم لإرسال واستقبال موجات الراديو أو الموجات الصوتية اللاسلكية بطريقة اتجاهية. يُستخدم تشكيل الحزمة بشكل شائع في أنظمة الرادار والسونار، والاتصالات اللاسلكية، والصوتيات، والمعدات الطبية الحيوية. عادةً، يتم إنجاز تشكيل الحزمة ومسحها عن طريق ضبط علاقة الطور بين التغذية وكل عنصر من عناصر مصفوفة الهوائي بحيث ترسل جميع العناصر أو تستقبل الإشارات في طور واحد وفي اتجاه محدد. أثناء الإرسال، يتحكم مُشكّل الحزمة في طور كل إشارة من إشارات المُرسِل وسعتها النسبية لإنشاء أنماط تداخل بناءة وهدّامة على واجهة الموجة. أثناء الاستقبال، يُعطي تكوين مصفوفة المستشعرات الأولوية لاستقبال نمط الإشعاع المطلوب.
تقنية تشكيل الحزمة
تشكيل الحزمة هي تقنية تُستخدم لتوجيه نمط إشعاع الحزمة إلى الاتجاه المطلوب باستجابة ثابتة. تشكيل الحزمة ومسح الحزمة لـهوائييمكن تحقيق المصفوفة من خلال نظام تحويل الطور أو نظام تأخير الوقت.
تحول الطور
في أنظمة النطاق الضيق، يُطلق على تأخير الوقت أيضًا اسم تحول الطور. عند التردد اللاسلكي (RF) أو التردد المتوسط (IF)، يمكن تحقيق تشكيل الحزمة عن طريق إزاحة الطور باستخدام مُزَيِّفات طور الفريت. في النطاق الأساسي، يمكن تحقيق إزاحة الطور عن طريق معالجة الإشارة الرقمية. في النطاق العريض، يُفضَّل تشكيل الحزمة بتأخير زمني نظرًا لضرورة جعل اتجاه الحزمة الرئيسية ثابتًا مع التردد.
RM-PA17731
RM-PA10145-30 (10-14.5 جيجاهرتز)
فارق الوقت
يمكن إدخال تأخير زمني عن طريق تغيير طول خط النقل. وكما هو الحال مع إزاحة الطور، يمكن إدخال تأخير زمني عند التردد اللاسلكي (RF) أو التردد المتوسط (IF)، ويعمل تأخير الوقت المُدخل بهذه الطريقة جيدًا على نطاق تردد واسع. ومع ذلك، فإن عرض النطاق الترددي للمصفوفة الممسوحة ضوئيًا محدود بعرض نطاق ثنائيات الأقطاب والتباعد الكهربائي بينها. عندما يزداد تردد التشغيل، تزداد التباعد الكهربائي بين ثنائيات الأقطاب، مما يؤدي إلى درجة معينة من تضييق عرض الشعاع عند الترددات العالية. وعندما يزداد التردد أكثر، سيؤدي ذلك في النهاية إلى فصوص محززة. في المصفوفة الطورية، تحدث فصوص محززة عندما يتجاوز اتجاه تشكيل الشعاع الحد الأقصى لقيمة الشعاع الرئيسي. تسبب هذه الظاهرة أخطاء في توزيع الشعاع الرئيسي. لذلك، لتجنب فصوص المحززة، يجب أن يكون لثنائيات أقطاب الهوائي تباعد مناسب.
الأوزان
متجه الوزن هو متجه معقد، يحدد مكون سعته مستوى الفص الجانبي وعرض الشعاع الرئيسي، بينما يحدد مكون الطور زاوية الشعاع الرئيسي وموضع الصفر. تُطبق أوزان الطور لمصفوفات النطاق الضيق بواسطة مُغيرات الطور.
RM-PA7087-43 (71-86 جيجاهرتز)
RM-PA1075145-32(10.75-14.5 جيجاهرتز)
تصميم تشكيل الحزمة
تُسمى الهوائيات القادرة على التكيف مع بيئة الترددات الراديوية بتغيير نمط إشعاعها هوائيات مصفوفة طورية نشطة. تشمل تصميمات تشكيل الحزمة مصفوفات هوائيات بتلر، وبلاس، ووولينويبر.
مصفوفة بتلر
تجمع مصفوفة بتلر بين جسر بزاوية 90 درجة ومُغير طور لتحقيق تغطية قطاعية تصل إلى 360 درجة، إذا كان تصميم المذبذب ونمط اتجاهه مناسبين. يمكن استخدام كل شعاع بواسطة جهاز إرسال أو استقبال مخصص، أو بواسطة جهاز إرسال أو استقبال واحد يتم التحكم فيه بواسطة مفتاح تردد لاسلكي. وبهذه الطريقة، يمكن استخدام مصفوفة بتلر لتوجيه شعاع مصفوفة دائرية.
مصفوفة براهس
تستخدم مصفوفة بوراس خطوط نقل ومُقارنات اتجاهية لتنفيذ تشكيل الحزمة بتأخير زمني لتشغيل النطاق العريض. يمكن تصميم مصفوفة بوراس كمُشكّل حزمة جانبي، ولكن نظرًا لاستخدام النهايات المقاومة، فإن خسائرها أعلى.
مجموعة هوائيات Woollenweber
مصفوفة هوائيات Woollenweber هي مصفوفة دائرية تُستخدم لتطبيقات تحديد الاتجاه في نطاق التردد العالي (HF). يمكن لهذا النوع من مصفوفات الهوائيات استخدام عناصر متعددة الاتجاهات أو عناصر اتجاهية، ويتراوح عدد العناصر عادةً بين 30 و100 عنصر، ثلثها مخصص لتشكيل حزم عالية الاتجاه بشكل متتالي. يتصل كل عنصر بجهاز راديو يتحكم في وزن سعة نمط مصفوفة الهوائي من خلال مقياس زوايا يمكنه مسح 360 درجة دون أي تغيير يُذكر في خصائص نمط الهوائي. بالإضافة إلى ذلك، تُشكل مصفوفة الهوائي شعاعًا يشع من مصفوفة الهوائي عبر تأخير زمني، مما يحقق تشغيلًا واسع النطاق.
لمعرفة المزيد عن الهوائيات، يرجى زيارة:
وقت النشر: ٧ يونيو ٢٠٢٤
