분야에서어레이 안테나빔포밍(beamforming)은 공간 필터링이라고도 하며, 무선 전파 또는 음파를 지향성 방식으로 송수신하는 데 사용되는 신호 처리 기술입니다. 빔포밍은 레이더 및 소나 시스템, 무선 통신, 음향 및 생체 의학 장비에 널리 사용됩니다. 일반적으로 빔포밍과 빔 스캐닝은 피드와 안테나 어레이의 각 요소 간의 위상 관계를 설정하여 모든 요소가 특정 방향으로 신호를 동위상으로 송수신하도록 구현됩니다. 송신 중에는 빔포머가 각 송신기 신호의 위상과 상대 진폭을 제어하여 파면에 생성 및 상쇄 간섭 패턴을 생성합니다. 수신 중에는 센서 어레이 구성이 원하는 방사 패턴의 수신을 우선시합니다.
빔포밍 기술
빔포밍은 고정된 응답을 갖는 빔 방사 패턴을 원하는 방향으로 조정하는 데 사용되는 기술입니다. 빔포밍과 빔 스캐닝은안테나배열은 위상 이동 시스템이나 시간 지연 시스템을 통해 구현될 수 있습니다.
위상 변화
협대역 시스템에서 시간 지연은 위상 편이라고도 합니다. 무선 주파수(RF) 또는 중간 주파수(IF)에서는 페라이트 위상 천이기를 이용한 위상 천이를 통해 빔포밍을 구현할 수 있습니다. 기저대역에서는 디지털 신호 처리를 통해 위상 천이를 구현할 수 있습니다. 광대역 동작에서는 주 빔의 방향을 주파수에 따라 불변하게 만들어야 하므로 시간 지연 빔포밍이 선호됩니다.
RM-PA17731
RM-PA10145-30(10-14.5GHz)
시간 지연
시간 지연은 전송선의 길이를 변경하여 발생할 수 있습니다. 위상 편이와 마찬가지로, 시간 지연은 무선 주파수(RF) 또는 중간 주파수(IF)에서 발생할 수 있으며, 이렇게 도입된 시간 지연은 넓은 주파수 범위에서 잘 작동합니다. 그러나 시간 스캔 어레이의 대역폭은 다이폴의 대역폭과 다이폴 사이의 전기적 간격에 의해 제한됩니다. 작동 주파수가 증가하면 다이폴 사이의 전기적 간격이 증가하여 고주파에서 빔 폭이 어느 정도 좁아집니다. 주파수가 더 증가하면 결국 격자 로브가 발생합니다. 위상 어레이에서 빔 형성 방향이 주 빔의 최대값을 초과하면 격자 로브가 발생합니다. 이 현상은 주 빔 분포에 오류를 유발합니다. 따라서 격자 로브를 방지하려면 안테나 다이폴이 적절한 간격을 가져야 합니다.
무게
가중치 벡터는 복소수 벡터로, 진폭 성분은 사이드로브 레벨과 메인 빔 폭을 결정하고, 위상 성분은 메인 빔 각도와 널 위치를 결정합니다. 협대역 어레이의 위상 가중치는 위상 천이기(phase shifter)에 의해 적용됩니다.
RM-PA7087-43(71-86GHz)
RM-PA1075145-32(10.75-14.5GHz)
빔포밍 설계
방사 패턴을 변경하여 RF 환경에 적응할 수 있는 안테나를 능동 위상 배열 안테나라고 합니다. 빔포밍 설계에는 버틀러 매트릭스, 블라스 매트릭스, 울렌베버 안테나 배열 등이 있습니다.
버틀러 매트릭스
버틀러 매트릭스는 90° 브리지와 위상 천이기(phase shifter)를 결합하여 발진기 설계와 지향성 패턴이 적절하다면 최대 360°의 커버리지 영역을 구현합니다. 각 빔은 전용 송신기 또는 수신기에서 사용하거나, RF 스위치로 제어되는 단일 송신기 또는 수신기에서 사용할 수 있습니다. 이러한 방식으로 버틀러 매트릭스는 원형 어레이의 빔을 조정하는 데 사용될 수 있습니다.
브라스 매트릭스
버라스 매트릭스는 전송선과 방향성 결합기를 사용하여 광대역 동작을 위한 시간 지연 빔포밍을 구현합니다. 버라스 매트릭스는 측면 빔포머로 설계될 수 있지만, 저항성 종단을 사용하기 때문에 손실이 더 큽니다.
울렌베버 안테나 어레이
울렌웨버 안테나 어레이는 고주파(HF) 대역의 방향 탐지 애플리케이션에 사용되는 원형 어레이입니다. 이 유형의 안테나 어레이는 전방향성 또는 지향성 소자를 사용할 수 있으며, 소자 수는 일반적으로 30개에서 100개 사이입니다. 이 중 3분의 1은 고지향성 빔을 순차적으로 형성하는 데 사용됩니다. 각 소자는 안테나 패턴 특성의 거의 변화 없이 360°를 스캔할 수 있는 고니오미터를 통해 안테나 어레이 패턴의 진폭 가중치를 제어할 수 있는 무선 장치에 연결됩니다. 또한, 안테나 어레이는 시간 지연을 통해 안테나 어레이에서 외부로 방사되는 빔을 형성하여 광대역 동작을 구현합니다.
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게시 시간: 2024년 6월 7일
