No campo deantenas de matrizA formação de feixe, também conhecida como filtragem espacial, é uma técnica de processamento de sinais usada para transmitir e receber ondas de rádio ou ondas sonoras sem fio de forma direcional. A formação de feixe é comumente usada em sistemas de radar e sonar, comunicações sem fio, acústica e equipamentos biomédicos. Tipicamente, a formação e a varredura de feixe são realizadas ajustando-se a relação de fase entre a fonte de alimentação e cada elemento do conjunto de antenas, de modo que todos os elementos transmitam ou recebam sinais em fase em uma direção específica. Durante a transmissão, o formador de feixe controla a fase e a amplitude relativa do sinal de cada transmissor para criar padrões de interferência construtiva e destrutiva na frente de onda. Durante a recepção, a configuração do conjunto de sensores prioriza a recepção do padrão de radiação desejado.
Tecnologia de formação de feixe
A formação de feixe é uma técnica usada para direcionar o padrão de radiação de um feixe para uma direção desejada com uma resposta fixa. A formação de feixe e a varredura de feixe de umantenaA formação de arranjos pode ser obtida por um sistema de deslocamento de fase ou um sistema de atraso de tempo.
Deslocamento de fase
Em sistemas de banda estreita, o atraso de tempo também é chamado de deslocamento de fase. Em radiofrequência (RFEm frequências intermediárias (FI) ou de banda larga, a formação de feixe pode ser obtida por meio de deslocamento de fase com moduladores de fase de ferrite. Em banda base, o deslocamento de fase pode ser obtido por processamento digital de sinais. Em operação em banda larga, a formação de feixe com retardo temporal é preferida devido à necessidade de tornar a direção do feixe principal invariante com a frequência.
RM-PA17731
RM-PA10145-30 (10-14,5 GHz)
atraso de tempo
O atraso temporal pode ser introduzido alterando-se o comprimento da linha de transmissão. Assim como no caso da defasagem, o atraso temporal pode ser introduzido em radiofrequência (RF) ou frequência intermediária (FI), e o atraso introduzido dessa forma funciona bem em uma ampla faixa de frequências. No entanto, a largura de banda do arranjo de antenas com varredura temporal é limitada pela largura de banda dos dipolos e pelo espaçamento elétrico entre eles. Quando a frequência de operação aumenta, o espaçamento elétrico entre os dipolos também aumenta, resultando em um certo estreitamento da largura do feixe em altas frequências. Quando a frequência aumenta ainda mais, isso eventualmente leva ao aparecimento de lóbulos de difração. Em um arranjo de antenas com varredura temporal, os lóbulos de difração ocorrem quando a direção de formação do feixe excede o valor máximo do feixe principal. Esse fenômeno causa erros na distribuição do feixe principal. Portanto, para evitar os lóbulos de difração, os dipolos da antena devem ter um espaçamento adequado.
Pesos
O vetor de ponderação é um vetor complexo cuja componente de amplitude determina o nível do lóbulo lateral e a largura do feixe principal, enquanto a componente de fase determina o ângulo do feixe principal e a posição do nulo. As ponderações de fase para arranjos de banda estreita são aplicadas por deslocadores de fase.
RM-PA7087-43 (71-86 GHz)
RM-PA1075145-32 (10,75-14,5 GHz)
Design de formação de feixe
Antenas que podem se adaptar ao ambiente de radiofrequência alterando seu padrão de radiação são chamadas de antenas de matriz de fase ativa. Os projetos de formação de feixe podem incluir matrizes de Butler, matrizes de Blass e matrizes de antenas de Wullenweber.
Matriz de mordomo
A Matriz Butler combina uma ponte de 90° com um deslocador de fase para alcançar um setor de cobertura de até 360°, desde que o projeto do oscilador e o padrão de diretividade sejam adequados. Cada feixe pode ser usado por um transmissor ou receptor dedicado, ou por um único transmissor ou receptor controlado por uma chave de RF. Dessa forma, a Matriz Butler pode ser usada para direcionar o feixe de um arranjo circular.
Matriz de Brahs
A matriz de Burras utiliza linhas de transmissão e acopladores direcionais para implementar a formação de feixe com retardo temporal para operação em banda larga. A matriz de Burras pode ser projetada como um formador de feixe perpendicular ao plano da antena (broadside beamformer), mas, devido ao uso de terminações resistivas, apresenta maiores perdas.
Conjunto de antenas Woollenweber
A antena Woollenweber é um arranjo circular utilizado para radiogoniometria na faixa de alta frequência (HF). Este tipo de antena pode utilizar elementos omnidirecionais ou direcionais, e o número de elementos geralmente varia de 30 a 100, dos quais um terço é dedicado à formação sequencial de feixes altamente direcionais. Cada elemento é conectado a um dispositivo de rádio que controla a ponderação de amplitude do padrão de radiação da antena através de um goniômetro capaz de varrer 360° sem praticamente alterar as características do padrão. Além disso, a antena forma um feixe que se irradia a partir do arranjo através de um atraso temporal, permitindo assim a operação em banda larga.
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Data da publicação: 07/06/2024
