분야에서는배열 안테나공간 필터링이라고도 알려진 빔포밍은 무선 전파 또는 음파를 방향성 방식으로 전송 및 수신하는 데 사용되는 신호 처리 기술입니다.빔포밍은 일반적으로 레이더 및 소나 시스템, 무선 통신, 음향 및 생체의학 장비에 사용됩니다.일반적으로 빔포밍과 빔 스캐닝은 모든 요소가 특정 방향에서 위상이 동일하게 신호를 전송하거나 수신하도록 피드와 안테나 어레이의 각 요소 사이의 위상 관계를 설정함으로써 수행됩니다.전송 중에 빔형성기는 각 송신기 신호의 위상과 상대 진폭을 제어하여 파면에 보강 및 상쇄 간섭 패턴을 생성합니다.수신하는 동안 센서 어레이 구성은 원하는 방사 패턴의 수신을 우선시합니다.
빔포밍 기술
빔포밍은 고정된 응답으로 빔 방사 패턴을 원하는 방향으로 조종하는 데 사용되는 기술입니다.빔포밍 및 빔 스캐닝안테나어레이는 위상 변이 시스템 또는 시간 지연 시스템으로 달성될 수 있습니다.
위상 변화
협대역 시스템에서는 시간 지연을 위상 편이라고도 합니다.무선 주파수(RF) 또는 중간 주파수(IF)의 경우 페라이트 위상 천이기를 사용한 위상 천이를 통해 빔형성을 달성할 수 있습니다.베이스밴드에서는 디지털 신호 처리를 통해 위상 편이를 달성할 수 있습니다.광대역 작동에서는 주 빔의 방향이 주파수에 따라 변하지 않도록 해야 하기 때문에 시간 지연 빔형성이 선호됩니다.
RM-PA17731
RM-PA10145-30(10-14.5GHz)
시간차
전송선의 길이를 변경하면 시간 지연이 발생할 수 있습니다.위상 변이와 마찬가지로 시간 지연은 무선 주파수(RF) 또는 중간 주파수(IF)에서 도입될 수 있으며 이러한 방식으로 도입된 시간 지연은 넓은 주파수 범위에서 잘 작동합니다.그러나 시간 스캔 어레이의 대역폭은 쌍극자의 대역폭과 쌍극자 사이의 전기적 간격에 의해 제한됩니다.작동 주파수가 증가하면 쌍극자 사이의 전기적 간격이 증가하여 고주파수에서 빔 폭이 어느 정도 좁아집니다.주파수가 더 증가하면 결국 격자 로브가 발생하게 됩니다.위상 배열에서는 빔 형성 방향이 메인 빔의 최대값을 초과할 때 격자 로브가 발생합니다.이 현상은 메인빔의 분포에 오류를 발생시킵니다.따라서 격자 로브를 방지하려면 안테나 다이폴의 간격이 적절해야 합니다.
가중치
가중 벡터는 진폭 구성 요소가 사이드로브 레벨과 메인 빔 폭을 결정하고, 위상 구성 요소가 메인 빔 각도와 널 위치를 결정하는 복소 벡터입니다.협대역 어레이의 위상 가중치는 위상 천이기에 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 Butler 매트릭스, Blass 매트릭스 및 Wullenweber 안테나 어레이가 포함될 수 있습니다.
버틀러 매트릭스
Butler Matrix는 발진기 설계 및 지향성 패턴이 적절한 경우 90° 브리지와 위상 시프터를 결합하여 360°의 넓은 커버리지 섹터를 달성합니다.각 빔은 전용 송신기나 수신기에 의해 사용될 수도 있고, RF 스위치로 제어되는 단일 송신기나 수신기에 의해 사용될 수도 있습니다.이러한 방식으로 Butler Matrix를 사용하여 원형 배열의 빔을 조종할 수 있습니다.
브라스 매트릭스
Burras 매트릭스는 전송선과 방향성 결합기를 사용하여 광대역 작동을 위한 시간 지연 빔형성을 구현합니다.Burras 매트릭스는 브로드사이드 빔형성기로 설계할 수 있지만 저항성 종단을 사용하기 때문에 손실이 더 높습니다.
Woollenweber 안테나 어레이
Woollenweber 안테나 어레이는 고주파수(HF) 대역에서 방향 찾기 애플리케이션에 사용되는 원형 어레이입니다.이러한 유형의 안테나 배열은 무지향성 또는 지향성 요소를 사용할 수 있으며 요소 수는 일반적으로 30~100개이며 그 중 1/3은 높은 지향성 빔을 순차적으로 형성하는 데 사용됩니다.각 요소는 안테나 패턴 특성의 변화가 거의 없이 360° 스캔할 수 있는 고니오미터를 통해 안테나 배열 패턴의 진폭 가중치를 제어할 수 있는 무선 장치에 연결됩니다.또한, 안테나 어레이는 시간 지연을 통해 안테나 어레이로부터 외부로 방사되는 빔을 형성함으로써 광대역 동작을 구현한다.
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게시 시간: 2024년 6월 7일
