Programación de formación de haces
Utilice un conjunto de antenas y tecnología de antena inteligente para mejorar la estabilidad de la transmisión de la señal
Febrero de 2016-29 "Señale el artículo " Análisis característico de haces y conjuntos de antenas" introduce los conceptos de patrones y conjuntos de radiación de antenas. Este artículo presentará las tecnologías de antenas inteligentes, formación de haces y conjuntos de antenas lineales, así como sus aplicaciones. El uso adecuado de estas tecnologías de antena puede mejorar efectivamente la calidad de los enlaces inalámbricos y la estabilidad de la transmisión de la señal.
Un conjunto de antenas es un sistema de antenas compuesto por un grupo de unidades transmisoras. Si estos elementos de antena son todos idénticos, por ejemplo, en un conjunto omnidireccional, si están a la misma distancia entre sí en un eje, entonces el conjunto de antenas se denomina conjunto lineal. Además, si los elementos se excitan mediante corriente en el mismo cable, los elementos de la antena se pueden ajustar simultáneamente para que cada elemento del conjunto lineal esté equilibrado y consistente.
Matriz de antenas
La Figura 1 muestra una matriz lineal de cuatro elementos, en la que cada elemento es una antena omnidireccional. Se supone que cada elemento está separado por media longitud de onda. es impulsado por la misma corriente (misma amplitud y misma excitación de fase). Un conjunto de antenas que consta de múltiples elementos tiene un tamaño efectivo mayor que un único elemento de antena omnidireccional, y dicha antena tiene un patrón de radiación total más direccional.
El patrón de radiación del conjunto de antenas es la suma de los patrones de radiación de cada unidad. El patrón de radiación de cada unidad se muestra como el círculo de puntos dibujado en la Figura 1. La ganancia direccional ocurre en la línea central entre estas unidades.
Vale la pena señalar que el mismo conjunto de unidades de matriz física puede formar diferentes patrones de radiación de antena, lo que puede permitir que el receptor ajuste la dirección del haz para lograr una recepción correcta de la señal. Esto también permite utilizar un tamaño de antena para múltiples propósitos al producir dichas antenas. Es decir, se puede establecer la estructura básica de la unidad y el usuario puede cambiar el patrón de radiación formado por la unidad ajustando la excitación de la unidad.
Analicemos más a fondo el tema de la direccionalidad. Supongamos que el conjunto de la Figura 1 en realidad consta de 8 elementos de antena separados por media longitud de onda, y que la mitad de los elementos no están excitados. Ahora, excite tres células más para formar un sistema de matriz de siete células, aún separadas por media longitud de onda (Figura 2). Al aumentar el tamaño de la antena se aumenta la directividad del patrón de radiación, es decir, al aumentar la longitud de la antena. El resultado es un haz más estrecho y una mayor ganancia direccional. Debido a que aquí solo se aumenta el número de unidades, el aumento en la ganancia direccional ocurre en la misma dirección. Por lo tanto, cuando la ganancia se desvía del centro de la dirección de la radiación, la ganancia se reduce considerablemente, por lo que el error permitido en la alineación de la dirección será pequeño. Otra ventaja de este conjunto de antenas es que el sistema puede cambiar la dirección de transmisión de la señal sin cambiar el diseño estructural. vspace = 12 hspace = 12 alt = "Figura 1: Usar la misma corriente para accionar cada unidad de múltiples antenas puede lograr una estructura de antena más grande. El patrón de radiación de la señal total es la superposición de cada unidad gt
Uno de los métodos actuales para lograr el ajuste de fase es utilizar un desfasador programable. El principio de implementación es muy simple, que consiste en enviar continuamente instrucciones al desfasador para cambiar rápidamente la dirección del haz. Por tanto, si esta característica se aprovecha adecuadamente, el sistema tiene claras ventajas.
Formación de haz digital
Un formador de haz es una estructura de antena que puede controlar la excitación de elementos en amplitud y fase. La Figura 2 proporciona un ejemplo básico de formación de haces. La Figura 1 se cambia al sistema de la Figura 2 y se agregan tres unidades de excitación a la Figura 2. Las tres celdas "apagadas" en la Figura 1 simplemente tienen su señal de excitación programada a cero. La señal de excitación tiene dos variables que se pueden cambiar: amplitud y fase.
Estas dos cantidades mejoran la flexibilidad del control, ajustan las características de atenuación y los lóbulos laterales del haz principal, mejoran la directividad de la señal y reducen la interferencia de la señal.
La unidad de antena tiene dos variables: amplitud y fase, que se pueden representar mediante un índice complejo, que comúnmente se conoce como valor ponderado complejo Wk. El subíndice k es el número de unidades lineales. La discusión anterior muestra que el cambio de fase se puede lograr simplemente programando un desfasador electrónico sin la necesidad de insertar un trozo de cable o usar circuitos pasivos para lograr el cambio de fase. Un amplificador de ganancia variable (VGA) puede funcionar mediante una palabra de comando con ganancia ajustable, que tiene algunas restricciones de conmutación. La combinación de estas variables sintonizables define la estructura de la formación de haces.
Aplicación de la tecnología digital vspace = 12 hpace = 12 alt = "Figura 2: Cuando la longitud del conjunto de antenas aumenta de 4 elementos a 7 elementos, la directividad del patrón de radiación aumenta, lo que resulta en una mayor intensidad Ganancia direccional (la línea discontinua es el haz controlado).
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La implementación de unidades VGA y desfasadora en forma DSP abre la puerta a incorporar varias funciones inteligentes en la formación de haces. Los complejos algoritmos matemáticos y la dinámica de bucle cerrado proporcionan tolerancia y confiabilidad a la antena, así como flexibilidad de actualización. Estos métodos de implementación matemática pueden ser más rápidos y eficientes que los métodos de simulación.
Las señales que obtiene la antena son generalmente señales de radiofrecuencia, microondas y ondas milimétricas. Evidentemente, estas frecuencias no pueden procesarse mediante las técnicas de procesamiento digital actuales. Por tanto, un buen modulador y demodulador digital suele tener un circuito digital para realizar la función de modulación/demodulación. En los sistemas de comunicación, este trabajo se realiza en el demodulador. En los sistemas de comunicaciones avanzados, el receptor tiene una interfaz de RF que convierte la señal a una frecuencia que el convertidor de analógico a digital pueda manejar. El resto de la conversión de frecuencia se realiza de forma digital.
Por lo tanto, utilizamos pesos y potencias complejos para generar patrones de radiación de antena con una amplia gama de ganancias y direcciones direccionales. Si el peso tiene características adaptativas, podemos maximizar su utilidad mediante la corrección automática bajo control de circuito cerrado y optimizar algunas características funcionales, como maximizar la relación señal-ruido.
La situación analizada anteriormente es similar al caso del ecualizador adaptativo porque el ecualizador adaptativo también utiliza pesos complejos para reducir la interferencia entre símbolos. En la aplicación del ecualizador, enviaremos una "secuencia de entrenamiento" para familiarizar al ecualizador con las características del canal. De manera similar, utilizaremos técnicas similares en formadores de haz adaptativos para optimizar sus patrones de radiación.
Tenga en cuenta que la interferencia entre símbolos se ve afectada por la propagación multicanal. Los ecualizadores y las antenas adaptativas mejoran el rendimiento del sistema. Las antenas adaptativas pueden eliminar los efectos de la interferencia multicanal antes de que llegue al receptor. Por lo tanto, se puede ver que los algoritmos digitales desarrollados para soportar la ecualización adaptativa también se pueden utilizar para soportar la formación de haces.
Resumen de este artículo
Si la antena puede mejorar la intensidad de la señal de la manera anterior, o aumentar el tamaño de la división celular ajustando el factor de ponderación complejo, y producir picos de haz y cero señales en el área del patrón de radiación, a este tipo de antena la llamamos antena inteligente. El impacto de las antenas inteligentes en los sistemas inalámbricos existe en dos aspectos: primero, la intensidad de la señal disponible en las antenas direccionales es de muchos decibelios en comparación con otros presupuestos de enlace; se utilizará tecnología avanzada para reducir unos pocos decibelios adicionales de ruido, o 1 dB; Menos pérdida de módem digital.
Aunque en la transmisión de señal anterior, la energía de la señal dentro de la celda se irradiaba uniformemente, la mayor parte de la energía se desperdiciaba por reflejos entre las hojas y los edificios, mientras que las antenas inteligentes apuntan con haces precisos a la antena del usuario, lo que significa mayor intensidad de la señal y menos interferencias de señal. Este patrón de radiación controlable se adapta perfectamente a las características dinámicas de los canales inalámbricos, que normalmente cambian constantemente. Esta característica técnica debe considerarse en el diseño de sistemas inalámbricos de tercera generación.
Autor: Rob Howard