ในสาขาเสาอากาศแบบอาร์เรย์การสร้างลำแสง หรือที่รู้จักกันในชื่อการกรองเชิงพื้นที่ เป็นเทคนิคการประมวลผลสัญญาณที่ใช้ในการส่งและรับคลื่นวิทยุหรือคลื่นเสียงแบบไร้สายในลักษณะที่มีทิศทาง การสร้างลำแสงมักใช้ในระบบเรดาร์และโซนาร์ การสื่อสารไร้สาย เสียง และอุปกรณ์ทางการแพทย์ โดยทั่วไป การสร้างลำแสงและการสแกนลำแสงจะทำได้โดยการกำหนดความสัมพันธ์ของเฟสระหว่างตัวป้อนและแต่ละองค์ประกอบของอาร์เรย์เสาอากาศ เพื่อให้องค์ประกอบทั้งหมดส่งหรือรับสัญญาณในเฟสเดียวกันในทิศทางที่กำหนด ในระหว่างการส่ง ตัวสร้างลำแสงจะควบคุมเฟสและแอมพลิจูดสัมพัทธ์ของสัญญาณของตัวส่งแต่ละตัวเพื่อสร้างรูปแบบการรบกวนแบบเสริมและแบบหักล้างบนหน้าคลื่น ในระหว่างการรับ การกำหนดค่าอาร์เรย์เซนเซอร์จะให้ความสำคัญกับการรับรูปแบบการแผ่รังสีที่ต้องการ
เทคโนโลยีการสร้างลำแสง
การสร้างลำแสง (Beamforming) เป็นเทคนิคที่ใช้ในการกำหนดทิศทางการแผ่รังสีของลำแสงไปยังทิศทางที่ต้องการด้วยการตอบสนองที่คงที่ การสร้างลำแสงและการสแกนลำแสงของ...เสาอากาศอาร์เรย์สามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้ระบบเปลี่ยนเฟสหรือระบบหน่วงเวลา
การเลื่อนเฟส
ในระบบแถบความถี่แคบ ความล่าช้าของเวลาเรียกว่าการเลื่อนเฟส ที่ความถี่วิทยุ (RFในย่านความถี่ต่ำ (หรือความถี่กลาง (IF)) การสร้างลำแสงสามารถทำได้โดยการเปลี่ยนเฟสด้วยตัวเปลี่ยนเฟสเฟอร์ไรต์ ในย่านความถี่พื้นฐาน การเปลี่ยนเฟสสามารถทำได้โดยการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล ในการทำงานแบบย่านความถี่กว้าง การสร้างลำแสงแบบหน่วงเวลาเป็นที่นิยมมากกว่า เนื่องจากจำเป็นต้องทำให้ทิศทางของลำแสงหลักไม่เปลี่ยนแปลงตามความถี่
ความล่าช้าของเวลา
การหน่วงเวลาสามารถเกิดขึ้นได้โดยการเปลี่ยนความยาวของสายส่ง เช่นเดียวกับการเลื่อนเฟส การหน่วงเวลาสามารถเกิดขึ้นได้ที่ความถี่วิทยุ (RF) หรือความถี่กลาง (IF) และการหน่วงเวลาที่เกิดขึ้นในลักษณะนี้ใช้งานได้ดีในช่วงความถี่กว้าง อย่างไรก็ตาม แบนด์วิดธ์ของอาร์เรย์แบบสแกนเวลาถูกจำกัดโดยแบนด์วิดธ์ของไดโพลและระยะห่างทางไฟฟ้าKระหว่างไดโพล เมื่อความถี่ในการทำงานเพิ่มขึ้น ระยะห่างทางไฟฟ้าKระหว่างไดโพลจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความกว้างของลำแสงแคบลงในระดับหนึ่งที่ความถี่สูง เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นอีก จะนำไปสู่การเกิดเกรตติ้งโลบ ในอาร์เรย์แบบเฟส เกรตติ้งโลบจะเกิดขึ้นเมื่อทิศทางการสร้างลำแสงเกินค่าสูงสุดของลำแสงหลัก ปรากฏการณ์นี้ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการกระจายของลำแสงหลัก ดังนั้น เพื่อหลีกเลี่ยงเกรตติ้งโลบ ไดโพลของเสาอากาศต้องมีระยะห่างที่เหมาะสม
น้ำหนัก
เวกเตอร์น้ำหนักเป็นเวกเตอร์เชิงซ้อน โดยส่วนประกอบแอมพลิจูดจะกำหนดระดับไซด์โลบและความกว้างของลำแสงหลัก ในขณะที่ส่วนประกอบเฟสจะกำหนดมุมของลำแสงหลักและตำแหน่งจุดศูนย์ เฟสน้ำหนักสำหรับอาร์เรย์แบบแถบความถี่แคบจะถูกปรับใช้โดยตัวเปลี่ยนเฟส
การออกแบบการสร้างลำแสง
เสาอากาศที่สามารถปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมคลื่นวิทยุได้โดยการเปลี่ยนรูปแบบการแผ่รังสี เรียกว่า เสาอากาศแบบแอคทีฟเฟสอาร์เรย์ การออกแบบบีมฟอร์มมิ่งอาจรวมถึงอาร์เรย์เสาอากาศแบบ Butler matrix, Blass matrix และ Wullenweber
เมทริกซ์บัตเลอร์
เมทริกซ์บัตเลอร์ (Butler Matrix) ผสานรวมบริดจ์ 90° เข้ากับตัวเปลี่ยนเฟส เพื่อให้ได้พื้นที่ครอบคลุมกว้างถึง 360° หากการออกแบบออสซิลเลเตอร์และรูปแบบการกระจายทิศทางเหมาะสม แต่ละลำแสงสามารถใช้งานได้โดยเครื่องส่งหรือเครื่องรับเฉพาะ หรือโดยเครื่องส่งหรือเครื่องรับเพียงเครื่องเดียวที่ควบคุมด้วยสวิตช์ RF ด้วยวิธีนี้ เมทริกซ์บัตเลอร์จึงสามารถใช้เพื่อควบคุมทิศทางลำแสงของอาร์เรย์วงกลมได้
บราห์ส แมทริกซ์
เมทริกซ์ Burras ใช้สายส่งและตัวเชื่อมต่อทิศทางเพื่อสร้างลำแสงแบบหน่วงเวลาสำหรับการทำงานแบบบรอดแบนด์ เมทริกซ์ Burras สามารถออกแบบให้เป็นตัวสร้างลำแสงแบบบรอดไซด์ได้ แต่เนื่องจากการใช้ตัวต้านทานปลายทาง จึงทำให้มีการสูญเสียสูงกว่า
เสาอากาศแบบ Woollenweber
เสาอากาศแบบ Woollenweber เป็นเสาอากาศทรงกลมที่ใช้สำหรับการค้นหาทิศทางในย่านความถี่สูง (HF) เสาอากาศแบบนี้สามารถใช้ได้ทั้งแบบรับส่งสัญญาณรอบทิศทางหรือแบบรับส่งสัญญาณทิศทางเดียว และโดยทั่วไปจะมีจำนวนองค์ประกอบ 30 ถึง 100 ชิ้น ซึ่งหนึ่งในสามจะใช้สำหรับการสร้างลำแสงที่มีทิศทางสูงอย่างต่อเนื่อง องค์ประกอบแต่ละชิ้นเชื่อมต่อกับอุปกรณ์วิทยุที่สามารถควบคุมการถ่วงน้ำหนักแอมพลิจูดของรูปแบบเสาอากาศผ่านเครื่องวัดมุมที่สามารถสแกนได้ 360° โดยแทบไม่มีการเปลี่ยนแปลงลักษณะของรูปแบบเสาอากาศ นอกจากนี้ เสาอากาศยังสร้างลำแสงที่แผ่ออกไปจากเสาอากาศผ่านการหน่วงเวลา ทำให้สามารถทำงานได้ในย่านความถี่กว้าง
หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเสาอากาศ โปรดไปที่:
วันที่โพสต์: 7 มิถุนายน 2024

