في مجالهوائيات المصفوفةتُعرف تقنية تشكيل الحزمة، أو الترشيح المكاني، بأنها أسلوب لمعالجة الإشارات يُستخدم لإرسال واستقبال الموجات الراديوية أو الصوتية اللاسلكية بطريقة موجهة. وتُستخدم هذه التقنية على نطاق واسع في أنظمة الرادار والسونار، والاتصالات اللاسلكية، وعلم الصوتيات، والمعدات الطبية الحيوية. عادةً ما يتم تشكيل الحزمة ومسحها عن طريق ضبط علاقة الطور بين الإشارة المغذية وكل عنصر من عناصر مصفوفة الهوائي، بحيث تُرسل جميع العناصر أو تستقبل الإشارات في طور واحد وفي اتجاه محدد. أثناء الإرسال، يتحكم مُشكِّل الحزمة في طور وسعة إشارة كل مُرسِل لإنشاء أنماط تداخل بناءة وهدّامة على جبهة الموجة. أما أثناء الاستقبال، فيُعطي تكوين مصفوفة المستشعرات الأولوية لاستقبال نمط الإشعاع المطلوب.
تقنية تشكيل الحزمة
تشكيل الحزمة هو أسلوب يُستخدم لتوجيه نمط إشعاع الحزمة إلى اتجاه محدد باستجابة ثابتة. تشكيل الحزمة ومسح الحزمة لـهوائييمكن تحقيق المصفوفة بواسطة نظام إزاحة الطور أو نظام تأخير زمني.
إزاحة الطور
في أنظمة النطاق الضيق، يُطلق على تأخير الوقت أيضًا اسم إزاحة الطور. عند ترددات الراديو (RFفي نطاق الترددات المتوسطة (IF)، يمكن تحقيق تشكيل الحزمة عن طريق إزاحة الطور باستخدام مُزحزحات الطور الفريتية. أما في نطاق التردد الأساسي، فيمكن تحقيق إزاحة الطور عن طريق معالجة الإشارات الرقمية. وفي التشغيل واسع النطاق، يُفضل تشكيل الحزمة بتأخير زمني نظرًا لضرورة جعل اتجاه الحزمة الرئيسية ثابتًا مع التردد.
RM-PA17731
RM-PA10145-30(10-14.5GHz)
التأخير الزمني
يمكن إدخال تأخير زمني بتغيير طول خط النقل. وكما هو الحال مع إزاحة الطور، يمكن إدخال التأخير الزمني عند ترددات الراديو (RF) أو الترددات المتوسطة (IF)، ويعمل هذا التأخير بكفاءة ضمن نطاق ترددي واسع. مع ذلك، فإن عرض نطاق المصفوفة الممسوحة زمنيًا محدود بعرض نطاق ثنائيات الأقطاب والمسافة الكهربائية بينها. عند زيادة تردد التشغيل، تزداد المسافة الكهربائية بين ثنائيات الأقطاب، مما يؤدي إلى تضييق عرض الحزمة عند الترددات العالية. وعند زيادة التردد أكثر، سيؤدي ذلك في النهاية إلى ظهور فصوص محززة. في المصفوفة الطورية، تظهر هذه الفصوص عندما يتجاوز اتجاه تشكيل الحزمة القيمة القصوى للحزمة الرئيسية. وتتسبب هذه الظاهرة في أخطاء في توزيع الحزمة الرئيسية. لذا، لتجنب ظهور الفصوص المحززة، يجب أن تكون المسافة بين ثنائيات أقطاب الهوائي مناسبة.
الأوزان
متجه الوزن هو متجه مركب، يحدد مركب السعة فيه مستوى الفصوص الجانبية وعرض الحزمة الرئيسية، بينما يحدد مركب الطور زاوية الحزمة الرئيسية وموضع الصفر. وتُطبق أوزان الطور لمصفوفات النطاق الضيق بواسطة مُغيرات الطور.
RM-PA7087-43(71-86GHz)
RM-PA1075145-32(10.75-14.5GHz)
تصميم تشكيل الحزم
تُسمى الهوائيات التي يمكنها التكيف مع بيئة الترددات الراديوية عن طريق تغيير نمط إشعاعها بهوائيات المصفوفة الطورية النشطة. وتشمل تصميمات تشكيل الحزمة مصفوفة بتلر، ومصفوفة بلاس، ومصفوفات هوائيات وولنويبر.
مصفوفة بتلر
تجمع مصفوفة بتلر بين جسر بزاوية 90 درجة ومُبدِّل طور لتحقيق قطاع تغطية يصل عرضه إلى 360 درجة إذا كان تصميم المذبذب ونمط التوجيه مناسبين. يمكن استخدام كل حزمة بواسطة جهاز إرسال أو استقبال مخصص، أو بواسطة جهاز إرسال أو استقبال واحد يتم التحكم فيه بواسطة مفتاح ترددات لاسلكية. وبهذه الطريقة، يمكن استخدام مصفوفة بتلر لتوجيه حزمة مصفوفة دائرية.
مصفوفة براهس
تستخدم مصفوفة بوراس خطوط النقل والمقرنات الاتجاهية لتنفيذ تشكيل الحزمة بتأخير زمني للتشغيل واسع النطاق. يمكن تصميم مصفوفة بوراس كمشكل حزمة جانبي، ولكن نظرًا لاستخدامها نهايات مقاومة، فإنها تعاني من خسائر أعلى.
مصفوفة هوائيات وولنويبر
مصفوفة هوائيات وولنويبر هي مصفوفة دائرية تُستخدم لتحديد الاتجاه في نطاق الترددات العالية (HF). يمكن لهذا النوع من المصفوفات استخدام عناصر متعددة الاتجاهات أو عناصر موجهة، ويتراوح عدد العناصر عادةً بين 30 و100 عنصر، يُخصص ثلثها لتشكيل حزم موجهة للغاية بالتتابع. يتصل كل عنصر بجهاز لاسلكي يتحكم في ترجيح سعة نمط إشعاع المصفوفة عبر مقياس زوايا قادر على المسح بزاوية 360 درجة دون تغيير يُذكر في خصائص نمط الإشعاع. إضافةً إلى ذلك، تُشكل المصفوفة حزمة إشعاعية خارجية عبر تأخير زمني، مما يُتيح تشغيلًا واسع النطاق.
لمعرفة المزيد عن الهوائيات، يرجى زيارة:
تاريخ النشر: 7 يونيو 2024
