해당 분야에서어레이 안테나빔포밍(공간 필터링이라고도 함)은 무선 전파 또는 음파를 특정 방향으로 송수신하는 데 사용되는 신호 처리 기술입니다. 빔포밍은 레이더 및 소나 시스템, 무선 통신, 음향학 및 생체의학 장비에 널리 사용됩니다. 일반적으로 빔포밍 및 빔 스캐닝은 안테나 어레이의 각 소자와 급전부 사이의 위상 관계를 설정하여 모든 소자가 특정 방향으로 신호를 동위상으로 송수신하도록 함으로써 구현됩니다. 송신 시 빔포머는 각 송신기의 신호 위상과 상대적 진폭을 제어하여 파면에 보강 간섭 및 소멸 간섭 패턴을 생성합니다. 수신 시에는 센서 어레이 구성이 원하는 방사 패턴의 수신을 우선시합니다.
빔포밍 기술
빔포밍은 고정된 응답을 유지하면서 빔 방사 패턴을 원하는 방향으로 조향하는 데 사용되는 기술입니다. 빔포밍과 빔 스캐닝은 모두 이러한 기술을 활용합니다.안테나어레이는 위상 변이 시스템 또는 시간 지연 시스템을 통해 구현할 수 있습니다.
위상차
협대역 시스템에서 시간 지연은 위상차라고도 합니다. 무선 주파수에서 (RF고주파(F) 또는 중간 주파수(IF) 대역에서는 페라이트 위상 변환기를 이용한 위상 변이를 통해 빔포밍을 구현할 수 있습니다. 기저대역에서는 디지털 신호 처리를 통해 위상 변이를 구현할 수 있습니다. 광대역 동작에서는 주 빔의 방향을 주파수에 관계없이 일정하게 유지해야 하므로 시간 지연 빔포밍이 선호됩니다.
RM-PA17731
RM-PA10145-30(10-14.5GHz)
시간 지연
전송선로의 길이를 변경하여 시간 지연을 도입할 수 있습니다. 위상 편이와 마찬가지로 시간 지연은 무선 주파수(RF) 또는 중간 주파수(IF)에서 도입할 수 있으며, 이러한 방식으로 도입된 시간 지연은 넓은 주파수 범위에서 효과적으로 작동합니다. 그러나 시간 스캔 배열의 대역폭은 다이폴의 대역폭과 다이폴 사이의 전기적 간격에 의해 제한됩니다. 동작 주파수가 증가함에 따라 다이폴 사이의 전기적 간격이 증가하여 고주파수에서 빔 폭이 어느 정도 좁아집니다. 주파수가 더욱 증가하면 결국 회절엽이 발생합니다. 위상 배열에서 회절엽은 빔 형성 방향이 주 빔의 최대값을 초과할 때 발생합니다. 이 현상은 주 빔 분포에 오차를 유발합니다. 따라서 회절엽을 방지하기 위해서는 안테나 다이폴 사이에 적절한 간격을 두어야 합니다.
무게
가중치 벡터는 복소 벡터이며, 진폭 성분은 사이드롭 레벨과 주빔 폭을 결정하고, 위상 성분은 주빔 각도와 널 위치를 결정합니다. 협대역 배열의 위상 가중치는 위상 변환기를 통해 적용됩니다.
RM-PA7087-43(71-86GHz)
RM-PA1075145-32(10.75-14.5GHz)
빔포밍 설계
무선 주파수(RF) 환경에 맞춰 방사 패턴을 변경할 수 있는 안테나를 능동 위상 배열 안테나라고 합니다. 빔포밍 설계에는 버틀러 행렬, 블라스 행렬, 울렌베버 안테나 배열 등이 있습니다.
버틀러 매트릭스
버틀러 매트릭스는 90° 브리지와 위상 변환기를 결합하여 발진기 설계 및 지향성 패턴이 적절할 경우 최대 360°의 넓은 커버리지 영역을 구현합니다. 각 빔은 전용 송신기 또는 수신기, 혹은 RF 스위치로 제어되는 단일 송신기 또는 수신기에서 사용할 수 있습니다. 이러한 방식으로 버틀러 매트릭스는 원형 배열의 빔 방향을 조절하는 데 활용될 수 있습니다.
브라스 행렬
버라스 매트릭스는 전송선로와 방향성 결합기를 사용하여 광대역 동작을 위한 시간 지연 빔포밍을 구현합니다. 버라스 매트릭스는 정면 빔포밍기로 설계할 수 있지만, 저항 종단을 사용하기 때문에 손실이 더 큽니다.
울렌웨버 안테나 어레이
울렌웨버 안테나 어레이는 고주파(HF) 대역에서 방향 탐지 용도로 사용되는 원형 어레이입니다. 이 유형의 안테나 어레이는 무지향성 또는 지향성 소자를 사용할 수 있으며, 소자 수는 일반적으로 30개에서 100개 사이입니다. 이 중 3분의 1은 고도의 지향성 빔을 순차적으로 형성하는 데 사용됩니다. 각 소자는 무선 장치에 연결되어 있으며, 이 장치는 360° 회전이 가능한 고니오미터를 통해 안테나 어레이 패턴의 진폭 가중치를 제어할 수 있습니다. 이 고니오미터는 안테나 패턴 특성의 변화를 거의 일으키지 않습니다. 또한, 이 안테나 어레이는 시간 지연을 통해 어레이에서 바깥쪽으로 방사되는 빔을 형성하여 광대역 동작을 구현합니다.
안테나에 대한 자세한 내용을 알아보려면 다음 웹사이트를 방문하세요.
게시 시간: 2024년 6월 7일
