آرایه های آنتن تطبیقی: چگونه کار می کند؟ (مبانی)

روز بخیر.

من چند سال گذشته را صرف تحقیق و ایجاد الگوریتم‌های مختلف برای پردازش سیگنال فضایی در آرایه‌های آنتن تطبیقی ​​کرده‌ام و به عنوان بخشی از کار فعلی خود به این کار ادامه می‌دهم. در اینجا می خواهم دانش و ترفندهایی را که برای خودم کشف کرده ام به اشتراک بگذارم. من امیدوارم که این برای افرادی که شروع به مطالعه این حوزه از پردازش سیگنال می کنند یا کسانی که به سادگی علاقه مند هستند مفید باشد.

آرایه آنتن تطبیقی ​​چیست؟

آرایه آنتن - این مجموعه ای از عناصر آنتن است که به نوعی در فضا قرار گرفته اند. یک ساختار ساده از آرایه آنتن تطبیقی، که ما در نظر خواهیم گرفت، می تواند به شکل زیر نمایش داده شود:


آرایه های آنتن تطبیقی ​​اغلب آنتن های "هوشمند" نامیده می شوند.آنتن هوشمند). چیزی که یک آرایه آنتن را "هوشمند" می کند، واحد پردازش سیگنال فضایی و الگوریتم های پیاده سازی شده در آن است. این الگوریتم ها سیگنال دریافتی را تجزیه و تحلیل می کنند و مجموعه ای از ضرایب وزنی $inline$w_1…w_N$inline$ را تشکیل می دهند که دامنه و فاز اولیه سیگنال را برای هر عنصر تعیین می کند. توزیع دامنه فاز داده شده تعیین می کند الگو انتشار کل شبکه به عنوان یک کل. توانایی سنتز الگوی تشعشعی شکل مورد نیاز و تغییر آن در طول پردازش سیگنال یکی از ویژگی های اصلی آرایه های آنتن تطبیقی ​​است که امکان حل طیف گسترده ای از مشکلات را فراهم می کند. محدوده وظایف. اما اول از همه.

الگوی تشعشع چگونه تشکیل می شود؟

الگوی جهت قدرت سیگنال منتشر شده در جهت خاصی را مشخص می کند. برای سادگی، فرض می کنیم که عناصر شبکه ایزوتروپیک هستند، یعنی. برای هر یک از آنها، قدرت سیگنال ساطع شده به جهت بستگی ندارد. تقویت یا تضعیف توان ساطع شده از گریتینگ در یک جهت خاص به دلیل دخالت امواج الکترومغناطیسی ساطع شده توسط عناصر مختلف آرایه آنتن. یک الگوی تداخل پایدار برای امواج الکترومغناطیسی تنها در صورتی امکان پذیر است که این امواج انسجام، یعنی اختلاف فاز سیگنال ها نباید در طول زمان تغییر کند. در حالت ایده آل، هر عنصر آرایه آنتن باید تابش کند سیگنال هارمونیک در همان فرکانس حامل $inline$f_{0}$inline$. با این حال، در عمل باید با سیگنال‌های باند باریکی کار کرد که دارای طیفی با عرض محدود $inline$Delta f << f_{0}$inline$ هستند.
اجازه دهید همه عناصر AR سیگنال یکسانی را منتشر کنند دامنه پیچیده $inline$x_n(t)=u(t)$inline$. سپس در از راه دور در گیرنده، سیگنال دریافتی از عنصر n ام را می توان در آن نشان داد تحلیلی فرم:

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

که $inline$tau_n$inline$ تاخیر در انتشار سیگنال از عنصر آنتن به نقطه دریافت است.
چنین سیگنالی است "شبه هارمونیک"و برای ارضای شرط انسجام، لازم است که حداکثر تاخیر در انتشار امواج الکترومغناطیسی بین هر دو عنصر بسیار کمتر از زمان مشخصه تغییر در پوشش سیگنال $inline$T$inline$ باشد، یعنی. $inline$u(t-tau_n) ≈ u(t-tau_m)$inline$. بنابراین، شرط انسجام یک سیگنال باند باریک را می توان به صورت زیر نوشت:

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

که $inline$D_{max}$inline$ حداکثر فاصله بین عناصر AR است و $inline$с$inline$ سرعت نور است.

هنگامی که یک سیگنال دریافت می شود، جمع منسجم به صورت دیجیتالی در واحد پردازش فضایی انجام می شود. در این حالت، مقدار مختلط سیگنال دیجیتال در خروجی این بلوک با عبارت:

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

نشان دادن آخرین عبارت در فرم راحت تر است محصول نقطه ای بردارهای پیچیده N بعدی به شکل ماتریس:

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

جایی که w и x بردارهای ستونی هستند و $inline$(.)^H$inline$ عملیات است صیغه هرمیتی.

نمایش برداری سیگنال ها یکی از موارد اساسی در هنگام کار با آرایه های آنتن است، زیرا اغلب به شما امکان می دهد از محاسبات ریاضی دست و پا گیر خودداری کنید. علاوه بر این، شناسایی سیگنال دریافت شده در یک لحظه خاص از زمان با یک بردار اغلب به فرد اجازه می دهد تا از سیستم فیزیکی واقعی انتزاع کند و بفهمد که دقیقاً از نقطه نظر هندسه چه اتفاقی می افتد.

برای محاسبه الگوی تابش آرایه آنتن، باید به صورت ذهنی و متوالی مجموعه ای از امواج هواپیما از تمام جهات ممکن در این مورد، مقادیر عناصر برداری x را می توان به شکل زیر نشان داد:

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

جایی که k - بردار موج، $inline$phi$inline$ و $inline$theta$inline$ - زاویه آزیموت и زاویه ارتفاع، که جهت رسیدن یک موج صفحه را مشخص می کند، $inline$textbf{r}_n$inline$ مختصات عنصر آنتن است، $inline$s_n$inline$ عنصر بردار فازبندی است. s موج صفحه با بردار موج k (در ادبیات انگلیسی به بردار فازبندی steerage vector می گویند). وابستگی دامنه مجذور کمیت y از $inline$phi$inline$ و $inline$theta$inline$ الگوی تابش آرایه آنتن را برای دریافت بردار معینی از ضرایب وزنی تعیین می کند. w.

ویژگی های الگوی تابش آرایه آنتن

مطالعه خواص کلی الگوی تشعشع آرایه‌های آنتن روی یک آرایه آنتن با فاصله خطی در صفحه افقی راحت است (یعنی الگوی فقط به زاویه‌ای ازیموتال $inline$phi$inline$ بستگی دارد). از دو نقطه نظر راحت است: محاسبات تحلیلی و ارائه بصری.

بیایید DN را برای یک بردار وزن واحد محاسبه کنیم ($inline$w_n=1، n = 1 ... N$inline$)، به دنبال موارد توصیف شده بالاتر رویکرد.
ریاضی اینجاست
طرح ریزی بردار موج بر روی محور عمودی: $inline$k_v=-frac{2pi}{lambda}sinphi$inline$
مختصات عمودی عنصر آنتن با شاخص n: $inline$r_{nv}=(n-1)d$inline$
اینجا d - دوره آرایه آنتن (فاصله بین عناصر مجاور)، λ - طول موج همه عناصر برداری دیگر r برابر با صفر هستند.
سیگنال دریافتی توسط آرایه آنتن به شکل زیر ثبت می شود:

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

بیایید فرمول را برای مجموع پیشرفت هندسی и نمایش توابع مثلثاتی بر حسب نمایی پیچیده :

$$display$$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}$$display$$

در نتیجه، دریافت می کنیم:

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

فرکانس الگوی تابش

الگوی تابش آرایه آنتن حاصل تابع تناوبی سینوس زاویه است. این بدان معنی است که در مقادیر معینی از نسبت d/λ دارای حداکثر پراش (اضافی) است.
الگوی تابش غیر استاندارد آرایه آنتن برای N = 5
الگوی تابش عادی آرایه آنتن برای N = 5 در سیستم مختصات قطبی

موقعیت "آشکارسازهای پراش" را می توان مستقیماً از آن مشاهده کرد فرمول ها برای DN. با این حال، ما سعی خواهیم کرد بفهمیم که آنها از نظر فیزیکی و هندسی (در فضای N-بعدی) از کجا آمده اند.

آیتم ها مرحله بندی بردار s نماهای مختلط $inline$e^{iPsi n}$inline$ هستند که مقادیر آنها با مقدار زاویه تعمیم یافته $inline$Psi = 2pi frac{d}{lambda}sinphi$inline$ تعیین می شود. اگر دو زاویه تعمیم یافته مربوط به جهات مختلف رسیدن موج صفحه وجود داشته باشد، که برای آنها $inline$Psi_1 = Psi_2 + 2pi m$inline$ وجود دارد، آنگاه این به معنای دو چیز است:

• از نظر فیزیکی: جبهه‌های موج صفحه‌ای که از این جهت‌ها می‌آیند، توزیع‌های دامنه-فاز یکسانی از نوسانات الکترومغناطیسی را بر روی عناصر آرایه آنتن القا می‌کنند.
• از نظر هندسی: بردارهای فازبندی زیرا این دو جهت منطبق هستند.

جهت های رسیدن موج مربوط به این روش از نظر آرایه آنتن معادل بوده و از یکدیگر قابل تشخیص نیستند.

چگونه می توان ناحیه زوایایی را تعیین کرد که همیشه یک حداکثر اصلی DP در آن قرار دارد؟ بیایید این کار را در مجاورت آزیموت صفر از ملاحظات زیر انجام دهیم: بزرگی تغییر فاز بین دو عنصر مجاور باید در محدوده $inline$-pi$inline$ تا $inline$pi$inline$ قرار گیرد.

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

با حل این نابرابری، شرط ناحیه یکتایی در مجاورت صفر را بدست می آوریم:

$$نمایش$$|سینفی|

مشاهده می شود که اندازه ناحیه منحصر به فرد در زاویه به رابطه بستگی دارد d/λ. اگر d = 0.5λ، سپس هر جهت رسیدن سیگنال "منفرد" است و منطقه منحصر به فرد طیف کامل زوایا را پوشش می دهد. اگر d = 2.0λسپس جهت های 0، ± 30، 90 ± معادل هستند. لوب های پراش روی الگوی تابش ظاهر می شوند.

به طور معمول، لوب های پراش با استفاده از عناصر آنتن جهت سرکوب می شوند. در این حالت، الگوی تابش کامل آرایه آنتن حاصل ضرب الگوی یک عنصر و آرایه ای از عناصر همسانگرد است. پارامترهای الگوی یک عنصر معمولاً بر اساس شرط ناحیه عدم ابهام آرایه آنتن انتخاب می شوند.

عرض لوب اصلی

به طور گسترده ای شناخته شده فرمول مهندسی برای تخمین پهنای لوب اصلی یک سیستم آنتن: $inline$Delta phi ≈ frac{lambda}{D}$inline$، که در آن D اندازه مشخصه آنتن است. این فرمول برای انواع مختلف آنتن از جمله آینه ای استفاده می شود. اجازه دهید نشان دهیم که برای آرایه های آنتن نیز معتبر است.

اجازه دهید عرض لوب اصلی را با اولین صفرهای الگو در مجاورت حداکثر اصلی تعیین کنیم. صورت کسر اصطلاحات برای $inline$F(phi)$inline$ وقتی $inline$sinphi=mfrac{lambda}{dN}$inline$ ناپدید می‌شود. صفرهای اول مربوط به m = 1± است. باور کردن $inline$frac{lambda}{dN}<<1$inline$ $inline$Delta phi = 2frac{lambda}{dN}$inline$ دریافت می‌کنیم.

به طور معمول، عرض الگوی جهت دهی آنتن با سطح نیمه توان (-3 دسی بل) تعیین می شود. در این مورد از عبارت استفاده کنید:

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

مثال

عرض لوب اصلی را می توان با تنظیم مقادیر دامنه مختلف برای ضرایب وزن آرایه آنتن کنترل کرد. بیایید سه توزیع را در نظر بگیریم:

• توزیع دامنه یکنواخت (وزن 1): $inline$w_n=1$inline$.
• مقادیر دامنه در حال کاهش به سمت لبه های توری (وزن 2): $inline$w_n=0.5+0.3cos(2pifrac{n-1}{N}-pifrac{N-1}{N})$inline$
• مقادیر دامنه در حال افزایش به سمت لبه های توری (وزن 3): $inline$w_n=0.5-0.3cos(2pifrac{n-1}{N}-pifrac{N-1}{N})$inline$

شکل، الگوهای تابش نرمال شده حاصل را در مقیاس لگاریتمی نشان می دهد:
روندهای زیر را می توان از شکل ردیابی کرد: توزیع دامنه های ضریب وزنی که به سمت لبه های آرایه کاهش می یابد منجر به گسترش لوب اصلی الگو، اما کاهش سطح لوب های جانبی می شود. برعکس، افزایش مقادیر دامنه به سمت لبه های آرایه آنتن، منجر به باریک شدن لوب اصلی و افزایش سطح لوب های جانبی می شود. در اینجا مناسب است که موارد محدود کننده را در نظر بگیرید:

1. دامنه ضرایب وزنی همه عناصر به جز ضرایب شدید برابر با صفر است. وزن خارجی ترین عناصر برابر با یک است. در این حالت، شبکه معادل یک AR دو عنصری با نقطه می شود D = (N-1)d. تخمین عرض گلبرگ اصلی با استفاده از فرمول ارائه شده در بالا دشوار نیست. در این حالت، دیواره های جانبی به حداکثر پراش تبدیل می شوند و با حداکثر اصلی تراز می شوند.
2. وزن عنصر مرکزی برابر با یک و بقیه برابر با صفر است. در این مورد، اساساً یک آنتن با الگوی تابش همسانگرد دریافت کردیم.

جهت حداکثر اصلی

بنابراین، ما به نحوه تنظیم عرض لوب اصلی AP AP نگاه کردیم. حالا بیایید ببینیم چگونه جهت را هدایت کنیم. به یاد بیاوریم بیان برداری برای سیگنال دریافتی اجازه دهید ماکزیمم الگوی تشعشع را بخواهیم در جهت خاصی $inline$phi_0$inline$ نگاه کند. یعنی حداکثر توان را باید از این جهت دریافت کرد. این جهت مطابق با بردار فازبندی $inline$textbf{s}(phi_0)$inline$ در N- فضای برداری بعدی و توان دریافتی به عنوان مربع حاصل ضرب اسکالر این بردار فازبندی و بردار ضرایب وزنی تعریف می شود. w. حاصل ضرب اسکالر دو بردار زمانی که آنها حداکثر هستند خطی، یعنی $inline$textbf{w}=بتا textbf{s}(phi_0)$inline$، جایی که β - برخی از عوامل عادی سازی بنابراین، اگر بردار وزنی را برابر با بردار فازبندی برای جهت مورد نیاز انتخاب کنیم، حداکثر الگوی تابش را می‌چرخانیم.

فاکتورهای وزنی زیر را به عنوان مثال در نظر بگیرید: $inline$textbf{w}=textbf{s}(10°)$inline$

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

در نتیجه یک الگوی تابشی با حداکثر اصلی در جهت 10 درجه بدست می آوریم.

اکنون همان ضرایب وزنی را اعمال می کنیم، اما نه برای دریافت سیگنال، بلکه برای انتقال. در اینجا شایان ذکر است که هنگام ارسال یک سیگنال، جهت بردار موج به عکس تغییر می کند. این بدان معناست که عناصر بردار فازبندی برای دریافت و انتقال، آنها در علامت نشانگر متفاوت هستند، یعنی. با صرف پیچیده به هم پیوسته اند. در نتیجه حداکثر الگوی تشعشعی را برای انتقال در جهت 10- درجه به دست می آوریم که با حداکثر الگوی تابشی برای دریافت با ضرایب وزنی یکسان منطبق نیست، برای اصلاح وضعیت لازم است ضرایب وزنی را نیز به کار می‌برند.

هنگام کار با آرایه های آنتن باید ویژگی توصیف شده تشکیل الگوهای دریافت و ارسال را همیشه در نظر داشت.

بیایید با الگوی تابش بازی کنیم

چند اوج

اجازه دهید وظیفه تشکیل دو ماکزیمم اصلی الگوی تابش را در جهت تنظیم کنیم: -5 درجه و 10 درجه. برای این کار، مجموع وزنی بردارهای فازبندی را برای جهات مربوطه به عنوان بردار وزن انتخاب می کنیم.

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

تنظیم نسبت β می توانید نسبت بین گلبرگ های اصلی را تنظیم کنید. در اینجا دوباره راحت است که به آنچه در فضای برداری اتفاق می افتد نگاه کنید. اگر β بزرگتر از 0.5 است، سپس بردار ضرایب وزنی به آن نزدیکتر است s(10 درجه)، در غیر این صورت به s(-5 درجه). هر چه بردار وزن به یکی از فازها نزدیکتر باشد، حاصل ضرب اسکالر مربوطه و در نتیجه مقدار حداکثر DP مربوطه بیشتر است.

با این حال، شایان ذکر است که هر دو گلبرگ اصلی دارای عرض محدودی هستند و اگر بخواهیم در دو جهت نزدیک کوک کنیم، این گلبرگ ها در یک جهت ادغام می شوند و به سمت جهت میانی می روند.

یک حداکثر و صفر

حالا بیایید سعی کنیم حداکثر الگوی تشعشع را در جهت $inline$phi_1=10°$inline$ تنظیم کنیم و همزمان سیگنالی را که از جهت $inline$phi_2=-5°$inline$ می آید، سرکوب کنیم. برای این کار باید DN را برای زاویه مربوطه صفر قرار دهید. شما می توانید این کار را به صورت زیر انجام دهید:

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

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

معنای هندسی انتخاب بردار وزن به شرح زیر است. ما این بردار را می خواهیم w حداکثر بر روی $inline$textbf{s}_1$inline$ و در عین حال متعامد بردار $inline$textbf{s}_2$inline$ بود. بردار $inline$textbf{s}_1$inline$ را می توان به صورت دو عبارت نشان داد: یک بردار خطی $inline$textbf{s}_2$inline$ و یک بردار متعامد $inline$textbf{s}_2$inline$. برای ارضای بیان مسئله، لازم است جزء دوم به عنوان بردار ضرایب وزنی انتخاب شود w. مولفه همخطی را می توان با نمایش بردار $inline$textbf{s}_1$inline$ روی بردار نرمال شده $inline$frac{textbf{s}_2}{sqrt{N}}$inline$ با استفاده از حاصل ضرب اسکالر محاسبه کرد.

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

بر این اساس، با کم کردن جزء خطی آن از بردار فازبندی اولیه $inline$textbf{s}_1$inline$، بردار وزن مورد نیاز را بدست می آوریم.

چند یادداشت اضافی

1. در همه جای بالا، موضوع نرمال کردن بردار وزن را حذف کردم، i.e. طول آن بنابراین، عادی سازی بردار وزن بر ویژگی های الگوی تابش آرایه آنتن تأثیر نمی گذارد: جهت حداکثر اصلی، عرض لوب اصلی و غیره. همچنین می توان نشان داد که این نرمال سازی بر SNR در خروجی واحد پردازش فضایی تأثیر نمی گذارد. در این راستا، هنگام در نظر گرفتن الگوریتم‌های پردازش سیگنال فضایی، معمولاً یک نرمال‌سازی واحد بردار وزن را می‌پذیریم. $inline$textbf{w}^Htextbf{w}=1$inline$
2. امکان تشکیل الگوی آرایه آنتن با تعداد عناصر N تعیین می شود. هرچه درجات آزادی در هنگام اجرای پردازش وزن فضایی بیشتر باشد، گزینه های بیشتری برای نحوه "پیچاندن" بردار وزن در فضای N-بعدی وجود دارد.
3. هنگام دریافت الگوهای تابشی، آرایه آنتن از نظر فیزیکی وجود ندارد و همه اینها فقط در "تخیل" واحد محاسباتی که سیگنال را پردازش می کند وجود دارد. این بدان معنی است که همزمان می توان چندین الگو را سنتز کرد و سیگنال هایی را که از جهات مختلف می آیند به طور مستقل پردازش کرد. در مورد انتقال، همه چیز تا حدودی پیچیده تر است، اما همچنین می توان چندین DN را برای انتقال جریان های مختلف داده سنتز کرد. این فناوری در سیستم های ارتباطی نامیده می شود MIMO.
4. با استفاده از کد متلب ارائه شده، می توانید خودتان با DN بازی کنید
   رمز

   % 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]);

با استفاده از آرایه آنتن تطبیقی ​​چه مشکلاتی را می توان حل کرد؟

دریافت بهینه سیگنال ناشناختهاگر جهت رسیدن سیگنال ناشناخته باشد (و اگر کانال ارتباطی چند مسیره باشد، عموما چندین جهت وجود دارد)، با تجزیه و تحلیل سیگنال دریافتی توسط آرایه آنتن، می توان بردار وزن بهینه را تشکیل داد. w به طوری که SNR در خروجی واحد پردازش فضایی حداکثر خواهد بود.

دریافت سیگنال بهینه در برابر نویز پس زمینهدر اینجا مشکل به صورت زیر مطرح می شود: پارامترهای فضایی سیگنال مفید مورد انتظار شناخته شده است، اما منابع تداخل در محیط خارجی وجود دارد. لازم است SINR را در خروجی AP به حداکثر برسانید و تا حد امکان تأثیر تداخل در دریافت سیگنال را به حداقل برسانید.

انتقال سیگنال بهینه به کاربراین مشکل در سیستم های ارتباطی سیار (4G، 5G) و همچنین در Wi-Fi حل می شود. معنی ساده است: با کمک سیگنال های آزمایشی ویژه در کانال بازخورد کاربر، ویژگی های فضایی کانال ارتباطی ارزیابی می شود و بر اساس آن، بردار ضرایب وزنی که برای انتقال بهینه است انتخاب می شود.

چندگانه سازی فضایی جریان های دادهآرایه‌های آنتن تطبیقی ​​امکان انتقال داده‌ها را به چندین کاربر به طور همزمان در یک فرکانس فراهم می‌کنند و یک الگوی جداگانه برای هر یک از آنها تشکیل می‌دهند. این فناوری MU-MIMO نامیده می شود و در حال حاضر به طور فعال (و در جایی در حال حاضر) در سیستم های ارتباطی پیاده سازی شده است. امکان مالتی پلکس فضایی به عنوان مثال در استاندارد ارتباطات سیار 4G LTE، استاندارد Wi-Fi IEEE802.11ay و استانداردهای ارتباطات سیار 5G فراهم شده است.

آرایه های آنتن مجازی برای رادارهاآرایه های آنتن دیجیتال با استفاده از چندین عنصر آنتن فرستنده، امکان تشکیل یک آرایه آنتن مجازی با اندازه های قابل توجهی بزرگتر را برای پردازش سیگنال فراهم می کند. یک شبکه مجازی تمام ویژگی های یک شبکه واقعی را دارد، اما به سخت افزار کمتری برای پیاده سازی نیاز دارد.

تخمین پارامترهای منابع تابشآرایه های آنتن تطبیقی ​​امکان حل مشکل تخمین تعداد، توان، مختصات زاویه ای منابع انتشار رادیویی، ارتباط آماری بین سیگنال های منابع مختلف برقرار می کند. مزیت اصلی آرایه های آنتن تطبیقی ​​در این مورد، توانایی فوق العاده تفکیک منابع تشعشعی مجاور است. منابعی که فاصله زاویه ای بین آنها کمتر از عرض لوب اصلی الگوی تابش آرایه آنتن است (محدودیت وضوح ریلی). این عمدتا به دلیل نمایش برداری سیگنال، مدل سیگنال شناخته شده و همچنین دستگاه ریاضیات خطی امکان پذیر است.

ممنون از توجه شما

منبع: www.habr.com