Mi proyecto de graduación es un conjunto de antenas que se pueden utilizar para escanear el nivel del mar.
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Uso de conjunto de antenas y tecnología de antena inteligente para mejorar la estabilidad de la transmisión de la señal
En la edición del 16 al 29 de febrero de "Spot Beam and Antenna Matriz El concepto de matrices y patrones de radiación de antenas se introdujo en el artículo "Análisis de características". Este artículo presentará matrices de antenas lineales, formación de haces y tecnologías de antenas inteligentes y sus aplicaciones. El uso correcto de estas tecnologías de antena puede mejorar efectivamente la calidad de los enlaces inalámbricos y mejorar 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 los elementos de la antena son todos idénticos, como en un conjunto omnidireccional, y si están a la misma distancia entre sí en un eje, el conjunto de antenas se denomina conjunto lineal. Además, si estos elementos son excitados por la corriente en el mismo cable, entonces estos elementos de antena se pueden ajustar sincrónicamente y cada elemento del conjunto lineal está 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. Los elementos están separados por media longitud de onda. La corriente se utiliza para accionar cada unidad (misma amplitud y excitación de fase). El uso de múltiples unidades para formar un conjunto de antenas tiene un tamaño efectivo mayor que una única unidad de antena omnidireccional, y esta 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 media entre estas unidades.
Vale la pena señalar aquí que el mismo conjunto de unidades de matriz física puede formar diferentes patrones de radiación de antena, lo que permite al receptor ajustar 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 este tipo de antena. Es decir, se puede establecer una estructura de unidad básica 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 ocho elementos de antena separados por media longitud de onda, y que la mitad de los elementos no están excitados. Ahora, se excitan tres unidades más para formar un sistema de matriz de siete unidades, con las unidades todavía 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, lo que da como resultado una mayor ganancia direccional. Dado que aquí sólo se aumenta el número de unidades, la mejora en la ganancia direccional se produce en la misma dirección. En consecuencia, la ganancia se reduce considerablemente lejos del centro de la dirección de la radiación, por lo que el error permitido en la alineación direccional será muy pequeño. Otra ventaja de este conjunto de antenas es que el sistema puede cambiar la dirección de emisión 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, y el patrón de radiación de la señal total es la superposición de cada unidad.">
La ganancia direccional de la Figura 1 se concentra en la línea central del conjunto porque en este caso la fase de excitación es la misma que la fase del patrón de radiación (no se muestra en la figura). La diferencia de fase cero significa que la superposición de los patrones de radiación es consistente, por lo que un sistema de cuatro o siete unidades es intuitivo. En ausencia de la misma corriente de excitación, se aplica intencionalmente un cierto desplazamiento de fase a la corriente de excitación de cada unidad una por una, de modo que el resultado de la suma de fases estará en un cierto ángulo con el centro de la matriz.
Uno de los métodos actuales para lograr el ajuste de fase puede ser utilizar un desfasador programable. El principio de implementación es muy simple, es decir, enviar continuamente instrucciones al desfasador para hacer que el haz cambie de dirección rápidamente. Por lo tanto, si esta característica se utiliza correctamente, el sistema tiene ventajas obvias.
Formación de haces digital
Un formador de haces es una estructura de antena que puede controlar la excitación de la unidad en amplitud y fase. La Figura 2 proporciona un ejemplo básico de formación de haces. Cambie la Figura 1 al sistema de la Figura 2, que agrega tres unidades de excitación. Las tres celdas "apagadas" en la Figura 1 simplemente tienen sus señales de excitación programadas 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 el lóbulo lateral del haz principal, mejoran la directividad de la señal y reducen la interferencia de la señal.
La unidad de antena tiene dos variables variables: amplitud y fase. Estas cantidades se pueden representar mediante un exponencial complejo, que comúnmente se conoce como valor ponderado complejo Wk. El subíndice k es el número de unidades lineales. La discusión anterior ilustra que el cambio de fase se puede lograr simplemente programando un desfasador electrónico sin tener que insertar un tramo de cable o usar circuitos pasivos para lograr el cambio de fase. Se utiliza un amplificador de ganancia variable (VGA), que puede ser controlado por una palabra de comando que ajusta su ganancia y tiene ciertas restricciones de conmutación. La combinación de estas variables ajustables define la estructura de la formación de haces.
Aplicación de la tecnología digital VSPACE=12 HSPACE=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 dirección direccional más fuerte. ganancia (línea discontinua para haces controlados).
">
La implementación de unidades VGA y desfasadora en 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 adquiridas por la antena son generalmente señales de radiofrecuencia, microondas y ondas milimétricas. Evidentemente, estas frecuencias no pueden ser procesadas por la tecnología de procesamiento digital actual. Por lo tanto, un buen modulador y demodulador digital generalmente tiene 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 para convertir la señal a una frecuencia que el convertidor A/D pueda manejar. El resto de la conversión de frecuencia se realiza de forma digital.
Así, disponemos de valores de ponderación y potencias complejos para producir un patrón de radiación de antena con un amplio rango de variación tanto en ganancia direccional como en dirección. Si el valor de ponderación tiene características adaptativas, podemos maximizar su efectividad 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 ecualizador adaptativo porque el ecualizador adaptativo también utiliza valores de ponderación complejos para reducir la interferencia entre símbolos. En la aplicación de un ecualizador, enviaremos una "secuencia de entrenamiento" para familiarizar al ecualizador con las características del canal. De manera similar, usaremos técnicas similares en el formador de haz adaptativo para optimizar su patrón 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 segmentación celular ajustando los factores de ponderación complejos, se producirán picos de haz y señales cero. generarse 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 de dos maneras: primero, hay muchos decibeles de intensidad de señal disponible en las antenas direccionales en comparación con otros presupuestos de enlace; utiliza tecnología avanzada para reducir varios decibelios del diseño frontal del receptor; . Decibelios adicionales de ruido o 1 dB menos de pérdida del módem digital.
Aunque la energía de la señal en la celda se irradiaba uniformemente cuando se transmitía la señal anterior, la mayor parte de la energía se reflejaba entre las hojas y los edificios y se desperdiciaba. Las antenas inteligentes utilizan haces precisos para apuntar a las antenas de los usuarios. significa mayor intensidad de señal y menos interferencia de señal. Este patrón de radiación controlable se adapta perfectamente a la naturaleza dinámica de los canales inalámbricos, que a menudo cambian constantemente. Considere esta característica técnica durante el proceso de diseño de sistemas inalámbricos de tercera generación.
Autor: Rob Howald