صفائف الهوائي التكيفية: كيف تعمل؟ (الأساسيات)

سلام عليكم.

لقد كرست السنوات القليلة الماضية للبحث وإنشاء خوارزميات مختلفة لمعالجة الإشارات المكانية في مصفوفات الهوائيات التكيفية ، وما زلت أفعل ذلك كجزء من عملي في الوقت الحالي. هنا أود أن أشارك المعرفة والحيل التي اكتشفتها بنفسي. آمل أن يكون هذا مفيدًا للأشخاص الذين بدأوا للتو في تعلم هذا المجال من معالجة الإشارات أو المهتمين فقط.

ما هو نظام الهوائي التكيفي؟

مجموعة الهوائي عبارة عن مجموعة من عناصر الهوائي الموضوعة في الفضاء بطريقة ما. يمكن تمثيل البنية المبسطة لمصفوفة الهوائي التكيفي ، والتي سننظر فيها ، على النحو التالي:


غالبًا ما تسمى صفيفات الهوائيات التكيفية بالهوائيات "الذكية" (هوائي ذكي). تتكون مجموعة الهوائيات "الذكية" من وحدة معالجة الإشارات المكانية والخوارزميات المطبقة فيها. تحلل هذه الخوارزميات الإشارة المستقبلة وتشكل مجموعة من معاملات الوزن $ inline $ w_1… w_N $ inline $ التي تحدد السعة والمرحلة الأولية للإشارة لكل عنصر من العناصر. يحدد توزيع الطور-الاتساع المحدد نمط الإشعاع الشبكة كلها. تعد القدرة على تجميع نموذج الإشعاع للشكل المطلوب وتغييره أثناء معالجة الإشارة إحدى السمات الرئيسية لمصفوفات الهوائي التكيفي ، والتي تجعل من الممكن حل مشكلة واسعة النطاق. مجموعة من المهام. لكن أول الأشياء أولاً.

كيف يتم تشكيل نمط الإشعاع؟

نمط الاتجاه يميز قوة الإشارة المشعة في اتجاه معين. من أجل البساطة ، نفترض أن عناصر الشبكة متجانسة الخواص ، أي لكل منهم ، لا تعتمد قوة الإشارة المنبعثة على الاتجاه. يتم الحصول على تضخيم أو توهين القدرة التي يشعها المشبك في اتجاه معين بسبب التشوش EMW المنبعثة من عناصر مختلفة من مجموعة الهوائي. لا يمكن وضع نمط تداخل مستقر لـ EMW إلا في حالة حدوث ذلك منطق، أي. يجب ألا يتغير اختلاف الطور في الإشارات بمرور الوقت. من الناحية المثالية ، يجب أن يشع كل عنصر من عناصر صفيف الهوائي إشارة توافقية على نفس تردد الناقل $ inline $ f_ {0} $ inline $. ومع ذلك ، من الناحية العملية ، يتعين على المرء أن يعمل مع إشارات النطاق الضيق التي لها نطاق عرض محدود $ inline $ Delta f << f_ {0} $ inline $.
دع جميع عناصر المصفوفة ترسل نفس الإشارة مع سعة معقدة $ مضمنة $ x_n (t) = u (t) $ مضمنة $. ثم على بعيد المتلقي ، يمكن تمثيل الإشارة المستلمة من العنصر n في تحليلي استمارة:

$$ display $$ a_n (t) = u (t-tau_n) e ^ {i2pi f_0 (t-tau_n)} $$ display $$

حيث $ inline $ tau_n $ inline $ هو التأخير في انتشار الإشارة من عنصر الهوائي إلى نقطة الاستقبال.
هذه إشارة "شبه متناسق"، ولتلبية شرط التماسك ، من الضروري أن يكون الحد الأقصى للتأخير في انتشار EMW بين أي عنصرين أقل بكثير من الوقت المميز لتغير غلاف الإشارة $ inline $ T $ inline $ ، أي $ inline $ u (t-tau_n) ≈ u (t-tau_m) $ inline $. وبالتالي ، يمكن كتابة شرط تماسك إشارة النطاق الضيق على النحو التالي:

$$ display $$ T≈frac {1} {Delta f} >> frac {D_ {max}} {c} = max (tau_k-tau_m) $$ display $$

حيث $ inline $ D_ {max} $ inline $ هو أقصى مسافة بين عناصر AR ، و $ inline $ c $ inline $ هو سرعة الضوء.

عند استقبال إشارة ، يتم إجراء جمع متماسك رقميًا في وحدة المعالجة المكانية. في هذه الحالة ، يتم تحديد القيمة المعقدة للإشارة الرقمية عند خرج هذه الكتلة من خلال التعبير:

$$ عرض $$ y = sum_ {n = 1} ^ Nw_n ^ * x_n $$ عرض $$

من الأنسب تمثيل آخر تعبير في النموذج المنتج نقطة نواقل معقدة الأبعاد N في شكل مصفوفة:

$$ display $$ y = (textbf {w}، textbf {x}) = textbf {w} ^ Htextbf {x} $$ display $$

حيث w и x هي متجهات عمود ، و $ مضمنة $ (.) ^ H $ $ مضمنة هي العملية الاقتران Hermitian.

يمثل التمثيل المتجه للإشارات أحد العناصر الأساسية عند العمل مع صفائف الهوائي ، لأن غالبًا ما يتجنب الحسابات الرياضية المرهقة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تحديد الإشارة التي يتم تلقيها في وقت ما باستخدام متجه غالبًا ما يسمح للمرء بالتجريد من النظام المادي الحقيقي وفهم ما يحدث بالضبط من وجهة نظر الهندسة.

من أجل حساب مخطط الإشعاع لصفيف الهوائي ، من الضروري عقليًا وبشكل متسلسل "إطلاق" مجموعة من موجات الطائرة من جميع الاتجاهات الممكنة. في هذه الحالة ، قيم عناصر المتجه x يمكن تقديمها بالشكل التالي:

$$ display $$ x_n = s_n = exp {-i (textbf {k} (phi، theta)، textbf {r} _n)} $$ display $$

حيث k - ناقلات الموجة$ inline $ phi $ inline $ و $ inline $ theta $ inline $ - زاوية السمت и زاوية الارتفاع، يميز اتجاه وصول الموجة المستوية ، $ inline $ textbf {r} _n $ inline $ هو إحداثيات عنصر الهوائي ، $ inline $ s_n $ inline $ هو عنصر متجه التدريج s موجة مستوية مع متجه الموجة k (في الأدب الإنجليزي ، يسمى متجه التدريج متجه التوجيه). اعتماد اتساع الحجم التربيعي y من $ inline $ phi $ inline $ و $ inline $ theta $ inline $ يحدد نمط الاستقبال لمصفوفة الهوائي لمتجه وزن معين w.

ملامح مخطط إشعاع صفيف الهوائي

من الملائم دراسة الخصائص العامة لمخطط إشعاع صفائف الهوائي على صفيف هوائي خطي متساوي البعد في مستوى أفقي (أي أن RP يعتمد فقط على الزاوية السمتيّة $ inline $ phi $ inline $). ملائم من وجهتي نظر: الحسابات التحليلية والعرض المرئي.

احسب RP لمتجه وزن الوحدة ($ inline $ w_n = 1، n = 1… N $ inline $) كما هو موضح فوق يقترب.
الرياضيات هنا
إسقاط موجه الموجة على المحور الرأسي: $ inline $ k_v = -frac {2pi} {lambda} sinphi $ inline $
الإحداثيات الرأسية لعنصر الهوائي بالمؤشر n: $ inline $ r_ {nv} = (n-1) d $ inline $
ومن d - فترة صفيف الهوائي (المسافة بين العناصر المتجاورة) ، λ هو الطول الموجي. جميع عناصر المتجه الأخرى r تساوي الصفر.
تتم كتابة الإشارة التي تستقبلها صفيف الهوائي بالشكل التالي:

$$ display $$ y = sum_ {n = 1} ^ {N} 1 ⋅exp {i2pi nfrac {d} {lambda} sinphi} $$ عرض $$

تطبيق الصيغة ل مجاميع التدرج الهندسي и تمثيل الدوال المثلثية من حيث الأسس المعقدة :

$$ display $$ y = frac {1-exp {i2pi Nfrac {d} {lambda} sinphi}} {1-exp {i2pi frac {d} {lambda} sinphi}} = frac {sin (pi frac {Nd} {lambda} sinphi)} {sin (pi frac {d} {lambda} sinphi)} exp {ipi frac {d (N-1)} {lambda} sinphi} $$ display $$

نتيجة لذلك ، نحصل على:

$$ display $$ F (phi) = | y | ^ 2 = frac {sin ^ 2 (pi frac {Nd} {lambda} sinphi)} {sin ^ 2 (pi frac {d} {lambda} sinphi)} $ عرض $$

دورية نمط الإشعاع

مخطط الإشعاع الناتج من صفيف الهوائي هو دالة دورية لجيب الزاوية. هذا يعني أنه بالنسبة لقيم معينة من النسبة د / λ لديها أقصى حيود (إضافي).
مخطط إشعاع صفيف الهوائي غير المقيس لـ N = 5
مخطط إشعاع صفيف الهوائي المعياري لـ N = 5 في نظام الإحداثيات القطبية

يمكن عرض موضع "المنعطفات" مباشرة من الصيغ لـ DN. ومع ذلك ، سنحاول أن نفهم من أين أتوا ماديًا وهندسيًا (في الفضاء ذي البعد N).

عناصر مراحل المتجه s هي أسس معقدة $ inline $ e ^ {iPsi n} $ inline $ يتم تحديد قيمها من خلال قيمة الزاوية المعممة $ inline $ Psi = 2pi frac {d} {lambda} sinphi $ inline $. إذا كانت هناك زاويتان معممتان تقابلان اتجاهات مختلفة لوصول موجة مستوية ، حيث يكون $ inline $ Psi_1 = Psi_2 + 2pi m $ inline $ صحيحًا ، فهذا يعني شيئين:

• جسديا: تحفز جبهات الموجة المستوية القادمة من هذه الاتجاهات توزيعات طور اتساع متطابقة للتذبذبات الكهرومغناطيسية على عناصر صفيف الهوائي.
• هندسيا: نواقل التدريج لهذين الاتجاهين هي نفسها.

اتجاهات وصول الموجة المتصلة بهذه الطريقة متكافئة من وجهة نظر صفيف الهوائي ولا يمكن تمييزها عن بعضها البعض.

كيف نحدد منطقة الزوايا التي تكمن فيها دائمًا قيمة عظمى واحدة فقط للنمط؟ سنفعل ذلك بالقرب من السمت الصفري من الاعتبارات التالية: يجب أن تقع قيمة تحول الطور بين عنصرين متجاورين في النطاق من $ inline $ -pi $ inline $ إلى $ inline $ pi $ inline $.

$$ display $$ - pi <2pifrac {d} {lambda} sinphi

لحل هذا التفاوت ، نحصل على شرط لمنطقة التفرد بالقرب من الصفر:

$$ عرض $$ | sinphi |

يمكن ملاحظة أن حجم منطقة التفرد من حيث الزاوية يعتمد على العلاقة د / λ. إذا d = 0.5λ، إذن يكون كل اتجاه لوصول الإشارة "فرديًا" ، وتغطي منطقة التفرد النطاق الكامل للزوايا. لو d = 2.0λ، ثم الاتجاهات 0 ، ± 30 ، ± 90 متكافئة. تظهر فصوص الانعراج في نمط الإشعاع.

بشكل نموذجي ، يتم السعي إلى كبت فصوص الانكسار بواسطة عناصر الهوائي الاتجاهي. في هذه الحالة ، يكون مخطط الإشعاع الكلي لصفيف الهوائي هو نتاج مخطط عنصر واحد وصفيف العناصر المتناحرة. عادةً ما يتم اختيار معلمات RP لعنصر واحد بناءً على حالة منطقة عدم الغموض في صفيف الهوائي.

عرض الفص الرئيسي

معروف بكثرة الصيغة الهندسية لتقدير عرض الفص الرئيسي لنظام الهوائي: $ inline $ Delta phi ≈ frac {lambda} {D} $ inline $ ، حيث D هو الحجم المميز للهوائي. تُستخدم الصيغة لأنواع مختلفة من الهوائيات ، بما في ذلك المرآة. دعنا نظهر أنها صالحة أيضًا لمصفوفات الهوائي.

دعونا نحدد عرض الفص الرئيسي من خلال الأصفار الأولى للنمط بالقرب من الحد الأقصى الرئيسي. البسط التعبيرات لـ $ inline $ F (phi) $ inline $ يتلاشى عند $ inline $ sinphi = mfrac {lambda} {dN} $ inline $. تتوافق الأصفار الأولى مع m = ± 1. الاعتقاد $ inline $ frac {lambda} {dN} << 1 $ inline $ نحصل على $ inline $ Delta phi = 2frac {lambda} {dN} $ inline $.

عادة ، يتم تحديد عرض نمط الاتجاه AP بمستوى نصف الطاقة (-3 ديسيبل). في هذه الحالة ، استخدم التعبير:

$$ display $$ Delta phi≈0.88frac {lambda} {dN} $$ display $$

مثال

يمكن التحكم في عرض الفص الرئيسي عن طريق تحديد قيم اتساع مختلفة لأوزان صفيف الهوائي. ضع في اعتبارك ثلاثة توزيعات:

• توزيع الاتساع المنتظم (الأوزان 1): $ inline $ w_n = 1 $ inline $.
• قيم السعة المتساقطة نحو حواف الشبكة (الأوزان 2): $ inline $ w_n = 0.5 + 0.3cos (2pifrac {n-1} {N} -pifrac {N-1} {N}) $ inline $
• زيادة قيم السعة باتجاه حواف الشبكة (الأوزان 3): $ inline $ w_n = 0.5-0.3cos (2pifrac {n-1} {N} -pifrac {N-1} {N}) $ inline $

يوضح الشكل مخططات الإشعاع الناتجة المقيسة على مقياس لوغاريتمي:
يمكن تتبع الاتجاهات التالية من الشكل: توزيع اتساعات معاملات الوزن المتناقصة نحو حواف الصفيف يؤدي إلى توسيع الفص الرئيسي لـ RP ، ولكن انخفاض في مستوى الفصوص الجانبية. على العكس من ذلك ، تؤدي قيم الاتساع المتزايدة باتجاه حواف صفيف الهوائي إلى تضييق الفص الرئيسي وزيادة مستوى الجدران الجانبية. من المناسب هنا النظر في الحالات المحددة:

1. اتساع معاملات الوزن لجميع العناصر ، باستثناء العناصر المتطرفة ، تساوي الصفر. أوزان العناصر المتطرفة تساوي واحدًا. في هذه الحالة ، تصبح الشبكة مكافئة لعنصرين AR مع فترة د = (ن -1) د. ليس من الصعب تقدير عرض الفص الرئيسي باستخدام الصيغة أعلاه. في هذه الحالة ، ستتحول الجدران الجانبية إلى أقصى حيود وستتماشى مع الحد الأقصى الرئيسي.
2. وزن العنصر المركزي يساوي واحدًا ، والباقي يساوي صفرًا. في هذه الحالة ، حصلنا أساسًا على هوائي واحد بنمط إشعاع متناحٍ.

اتجاه الحد الأقصى الرئيسي

لذلك ، نظرنا في كيفية ضبط عرض الفص الرئيسي DN AR. الآن دعونا نرى كيفية توجيه الاتجاه. دعنا نتذكر ناقلات التعبير للإشارة المستقبلة. دعنا نرغب في أن ينظر الحد الأقصى لنمط الإشعاع في اتجاه ما $ inline $ phi_0 $ inline $. هذا يعني أنه يجب استقبال الطاقة القصوى من هذا الاتجاه. يتوافق هذا الاتجاه مع متجه التدرج $ inline $ textbf {s} (phi_0) $ inline $ in N- فضاء متجه الأبعاد ، ويتم تعريف الطاقة المستقبلة على أنها مربع حاصل الضرب النقطي لمتجه الطور هذا ومتجه الوزن w. يكون الناتج القياسي لمتجهين هو الحد الأقصى عندما يكونان علاقة خطية متداخلة، أي. $ inline $ textbf {w} = beta textbf {s} (phi_0) $ inline $ حيث β هو عامل تطبيع. وبالتالي ، إذا اخترنا متجه الوزن الذي يساوي متجه الطور للاتجاه المطلوب ، فسنقوم بتدوير الحد الأقصى لمخطط الإشعاع.

ضع في اعتبارك الأوزان التالية كمثال: $ inline $ textbf {w} = textbf {s} (10 °) $ inline $

$$ display $$ w_n = exp {i2pifrac {d} {lambda} (n-1) sin (10pi / 180)} $$ display $$

نتيجة لذلك ، نحصل على مخطط إشعاع بحد أقصى رئيسي في اتجاه 10 °.

نحن الآن نطبق نفس معاملات الترجيح ، ولكن ليس لاستقبال الإشارة ، ولكن للإرسال. هنا يجدر النظر في أنه عند إرسال إشارة ، يتم عكس اتجاه متجه الموجة. هذا يعني أن العناصر ناقلات المراحل لتلقي ونقل تختلف في علامة في الأس ، أي مترابطة من خلال الاقتران المعقد. نتيجة لذلك ، نحصل على الحد الأقصى لمخطط الإشعاع للإرسال في اتجاه -10 درجة ، والذي لا يتطابق مع الحد الأقصى RP للاستقبال بنفس معاملات الوزن. لتصحيح الموقف ، من الضروري تطبيق الاقتران المعقد على معاملات الوزن كذلك.

يجب دائمًا مراعاة السمة الموصوفة لتشكيل RP للاستقبال والإرسال عند العمل مع صفائف الهوائي.

هيا نلعب بنمط الإشعاع

ارتفاعات متعددة

دعنا نحدد المهمة لتشكيل حدتين رئيسيتين لنمط الإشعاع في الاتجاه: -5 ° و 10 °. للقيام بذلك ، نختار كمتجه للوزن المجموع المرجح لمتجهات الطور للاتجاهات المقابلة.

$$ display $$ textbf {w} = betatextbf {s} (10 °) + (1-beta) textbf {s} (- 5 °) $$ display $$

تعديل النسبة β يمكنك ضبط النسبة بين البتلات الرئيسية. هنا مرة أخرى من الملائم أن ننظر إلى ما يحدث في الفضاء المتجه. لو β أكبر من 0.5 ، يكون متجه معاملات الوزن أقرب إلى s(10 درجات) ، خلاف ذلك s(-5 درجة). كلما كان متجه الوزن أقرب إلى أحد الطور ، زاد المنتج القياسي المقابل ، وبالتالي قيمة الحد الأقصى المقابل لـ RP.

ومع ذلك ، يجدر النظر في أن كلا البتلتين الرئيسيتين لهما عرض محدود ، وإذا أردنا ضبط اتجاهين متقاربين ، فإن هذه البتلات سوف تندمج في اتجاه واحد ، وتتجه نحو اتجاه متوسط.

ارتفاع واحد وصفر

لنحاول الآن ضبط الحد الأقصى لنمط الإشعاع على الاتجاه $ inline $ phi_1 = 10 ° $ inline $ وفي نفس الوقت قمع الإشارة القادمة من الاتجاه $ inline $ phi_2 = -5 ° $ inline $. للقيام بذلك ، يجب عليك تعيين صفر DN للزاوية المقابلة. يمكنك القيام بذلك بالطريقة التالية:

$$ display $$ textbf {w} = textbf {s} _1-frac {textbf {s} _2 ^ Htextbf {s} _1} {N} textbf {s} _2 $$ display $$

حيث $ inline $ textbf {s} _1 = textbf {s} (10 °) $ inline $ و $ inline $ textbf {s} _2 = textbf {s} (- 5 °) $ inline $.

المعنى الهندسي لاختيار متجه الوزن كما يلي. نريد هذا المتجه w كان الحد الأقصى من الإسقاط على $ inline $ textbf {s} _1 $ inline $ وكان متعامدًا مع المتجه $ inline $ textbf {s} _2 $ inline $. يمكن تمثيل المتجه $ inline $ textbf {s} _1 $ inline $ كمصطلحين: المتجه الخطي $ inline $ textbf {s} _2 $ inline $ والمتجه المتعامد $ inline $ textbf {s} _2 $ inline $. للوفاء ببيان المشكلة ، من الضروري اختيار المكون الثاني كمتجه لمعاملات الوزن w. يمكنك حساب المكون الخطي بإسقاط المتجه $ inline $ textbf {s} _1 $ inline $ على المتجه العادي $ inline $ frac {textbf {s} _2} {sqrt {N}} $ inline $ باستخدام المنتج النقطي.

$$ display $$ textbf {s} _ {1 ||} = frac {textbf {s} _2} {sqrt {N}} frac {textbf {s} _2 ^ Htextbf {s} _1} {sqrt {N}} $$ عرض $$

وفقًا لذلك ، بطرح المكون الخطي من متجه التدريج الأصلي $ inline $ textbf {s} _1 $ inline $ ، نحصل على متجه الوزن المطلوب.

بعض الملاحظات الإضافية

1. في كل مكان أعلاه ، حذفت مسألة تطبيع ناقل الوزن ، أي طوله. لذلك ، لا يؤثر تطبيع متجه الوزن على خصائص مخطط إشعاع صفيف الهوائي: اتجاه الحد الأقصى الرئيسي ، وعرض الفص الرئيسي ، وما إلى ذلك. يمكن أيضًا إظهار أن هذا التطبيع لا يؤثر على SNR عند إخراج كتلة المعالجة المكانية. في هذا الصدد ، عند النظر في خوارزميات معالجة الإشارات المكانية ، عادةً ما أقبل تطبيع الوحدة لمتجه الوزن ، أي $ inline $ textbf {w} ^ Htextbf {w} = 1 $ مضمنة $
2. تُحدد فرص تشكيل RP لصفيف الهوائي بعدد العناصر N. وكلما زاد عدد العناصر ، زادت الاحتمالات. كلما زادت درجات الحرية في تنفيذ معالجة الوزن المكاني ، زادت خيارات كيفية "تحريف" متجه الوزن في الفضاء ذي البعد N.
3. عند استقبال RP ، لا توجد صفيف الهوائي ماديًا ، وكل هذا موجود فقط في "خيال" وحدة الحوسبة التي تعالج الإشارة. هذا يعني أنه يمكن تصنيع عدة أنماط في نفس الوقت ومعالجة الإشارات القادمة من اتجاهات مختلفة بشكل مستقل. في حالة الإرسال ، تكون الأمور أكثر تعقيدًا إلى حد ما ، ولكن من الممكن أيضًا تجميع العديد من DNs لنقل تدفقات البيانات المختلفة. هذه التكنولوجيا في أنظمة الاتصالات تسمى MIMO.
4. بمساعدة كود matlab المقدم ، يمكنك اللعب مع DN بنفسك
   قانون

   % antenna array settings
   N = 10;             % number of elements
   d = 0.5;            % period of antenna array
   wLength = 1;        % wavelength
   mode = 'receiver';  % receiver or transmitter
   
   % weights of antenna array
   w = ones(N,1);    
   % w = 0.5 + 0.3*cos(2*pi*((0:N-1)-0.5*(N-1))/N).';
   % w = 0.5 - 0.3*cos(2*pi*((0:N-1)-0.5*(N-1))/N).';
   % w = exp(2i*pi*d/wLength*sin(10/180*pi)*(0:N-1)).';
   % b = 0.5; w = b*exp(2i*pi*d/wLength*sin(+10/180*pi)*(0:N-1)).' + (1-b)*exp(2i*pi*d/wLength*sin(-5/180*pi)*(0:N-1)).';
   % b = 0.5; w = b*exp(2i*pi*d/wLength*sin(+3/180*pi)*(0:N-1)).' + (1-b)*exp(2i*pi*d/wLength*sin(-3/180*pi)*(0:N-1)).';
   
   % s1 = exp(2i*pi*d/wLength*sin(10/180*pi)*(0:N-1)).';
   % s2 = exp(2i*pi*d/wLength*sin(-5/180*pi)*(0:N-1)).';
   % w = s1 - (1/N)*s2*s2'*s1;
   % w = s1;
   
   % normalize weights
   w = w./sqrt(sum(abs(w).^2));
   
   % set of angle values to calculate pattern
   angGrid_deg = (-90:0.5:90);
   
   % convert degree to radian
   angGrid = angGrid_deg * pi / 180;
   % calculate set of steerage vectors for angle grid
   switch (mode)
       case 'receiver'
           s = exp(2i*pi*d/wLength*bsxfun(@times,(0:N-1)',sin(angGrid)));
       case 'transmitter'
           s = exp(-2i*pi*d/wLength*bsxfun(@times,(0:N-1)',sin(angGrid)));
   end
   
   % calculate pattern
   y = (abs(w'*s)).^2;
   
   %linear scale
   plot(angGrid_deg,y/max(y));
   grid on;
   xlim([-90 90]);
   
   % log scale
   % plot(angGrid_deg,10*log10(y/max(y)));
   % grid on;
   % xlim([-90 90]);

ما هي المهام التي يمكن حلها باستخدام مجموعة الهوائيات التكيفية؟

الاستقبال الأمثل لإشارة غير معروفةإذا كان اتجاه وصول الإشارة غير معروف (وإذا كانت قناة الاتصال متعددة المسارات ، فهناك عدة اتجاهات على الإطلاق) ، فعند تحليل الإشارة التي تتلقاها صفيف الهوائي ، يمكن تشكيل متجه الوزن الأمثل w بحيث يكون SNR عند خرج وحدة المعالجة المكانية بحد أقصى.

استقبال الإشارة الأمثل في وجود تداخلهنا تطرح المشكلة على النحو التالي: المعلمات المكانية للإشارة المفيدة المتوقعة معروفة ، ولكن هناك مصادر للتداخل في البيئة الخارجية. من الضروري تعظيم SINR عند خرج AA ، مما يقلل من تأثير التداخل على استقبال الإشارة.

نقل الإشارة الأمثل للمستخدميتم حل هذه المشكلة في أنظمة الاتصالات المتنقلة (4G ، 5G) ، وكذلك في Wi-Fi. المعنى بسيط: بمساعدة إشارات تجريبية خاصة في قناة ملاحظات المستخدم ، يتم تقدير الخصائص المكانية لقناة الاتصال ، وعلى أساسها يتم تحديد المتجه الأمثل لمعاملات الوزن للإرسال.

التعدد المكاني لتدفقات البياناتتسمح لك صفائف الهوائي التكيفي بنقل البيانات إلى عدة مستخدمين في نفس الوقت على نفس التردد ، مما يشكل نمطًا فرديًا لكل منهم. تسمى هذه التقنية MU-MIMO ويتم تنفيذها حاليًا (وفي مكان ما بالفعل) في أنظمة الاتصالات. يتم توفير إمكانية تعدد الإرسال المكاني ، على سبيل المثال ، في معيار اتصالات الهاتف المحمول 4G LTE ، ومعيار IEEE802.11ay Wi-Fi ، ومعايير اتصالات الهاتف المحمول 5G.

صفائف الهوائي الافتراضي للراداراتتسمح صفائف الهوائي الرقمية ، بمساعدة العديد من عناصر هوائي الإرسال ، بتشكيل مجموعة هوائي افتراضي بأحجام أكبر بكثير لمعالجة الإشارات. تتمتع الشبكة الافتراضية بجميع خصائص الشبكة الحقيقية ، ولكنها تتطلب أجهزة أقل لتنفيذها.

تقدير معلمات مصادر الإشعاعتسمح مصفوفات الهوائي التكيفي بحل مشكلة تقدير العدد ، والقدرة ، الإحداثيات الزاويّة مصادر البث الراديوي ، لإقامة علاقة إحصائية بين إشارات المصادر المختلفة. الميزة الرئيسية لصفائف الهوائيات التكيفية في هذه المسألة هي القدرة على الاستبانة الفائقة لمصادر الإشعاع المتقاربة. المصادر ، المسافة الزاوية بينها أقل من عرض الفص الرئيسي لمجموعة الهوائي (حد قرار رايلي). هذا ممكن بشكل أساسي بسبب التمثيل المتجه للإشارة ، ونموذج الإشارة المعروف ، وكذلك جهاز الرياضيات الخطية.

شكرا لكم على اهتمامكم

المصدر: www.habr.com