🥇அடாப்டிவ் ஆண்டெனா வரிசைகள்: இது எப்படி வேலை செய்கிறது? (அடிப்படைகள்)

நாள் நேரம்.

அடாப்டிவ் ஆன்டெனா வரிசைகளில் ஸ்பேஷியல் சிக்னல் செயலாக்கத்திற்கான பல்வேறு அல்காரிதம்களை ஆராய்ச்சி செய்து உருவாக்கி கடந்த சில ஆண்டுகளாக நான் செலவிட்டேன், மேலும் எனது தற்போதைய வேலையின் ஒரு பகுதியாக அதைத் தொடர்ந்து செய்து வருகிறேன். எனக்காக நான் கண்டுபிடித்த அறிவு மற்றும் தந்திரங்களை இங்கே பகிர்ந்து கொள்ள விரும்புகிறேன். இந்த சிக்னல் செயலாக்கப் பகுதியைப் படிக்கத் தொடங்குபவர்களுக்கு அல்லது ஆர்வமுள்ளவர்களுக்கு இது பயனுள்ளதாக இருக்கும் என்று நம்புகிறேன்.

அடாப்டிவ் ஆண்டெனா வரிசை என்றால் என்ன?

ஆண்டெனா வரிசை - இது ஏதோ ஒரு வகையில் விண்வெளியில் வைக்கப்பட்டுள்ள ஆண்டெனா உறுப்புகளின் தொகுப்பாகும். தகவமைப்பு ஆண்டெனா வரிசையின் எளிமைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்பு, நாங்கள் கருத்தில் கொள்வோம், பின்வரும் வடிவத்தில் குறிப்பிடலாம்:

அடாப்டிவ் ஆண்டெனா வரிசைகள் பெரும்பாலும் "ஸ்மார்ட்" ஆண்டெனாக்கள் (ஸ்மார்ட் ஆண்டெனா) ஒரு ஆண்டெனா வரிசையை "ஸ்மார்ட்" ஆக்குவது ஸ்பேஷியல் சிக்னல் செயலாக்க அலகு மற்றும் அதில் செயல்படுத்தப்பட்ட வழிமுறைகள் ஆகும். இந்த வழிமுறைகள் பெறப்பட்ட சிக்னலை பகுப்பாய்வு செய்து $inline$w_1…w_N$inline$ என்ற வெயிட்டிங் குணகங்களின் தொகுப்பை உருவாக்குகின்றன, இது ஒவ்வொரு உறுப்புக்கும் சமிக்ஞையின் வீச்சு மற்றும் ஆரம்ப கட்டத்தை தீர்மானிக்கிறது. கொடுக்கப்பட்ட வீச்சு-கட்ட விநியோகம் தீர்மானிக்கிறது கதிர்வீச்சு முறை ஒட்டுமொத்தமாக முழு லட்டு. தேவையான வடிவத்தின் கதிர்வீச்சு வடிவத்தை ஒருங்கிணைத்து சமிக்ஞை செயலாக்கத்தின் போது அதை மாற்றும் திறன் தகவமைப்பு ஆண்டெனா வரிசைகளின் முக்கிய அம்சங்களில் ஒன்றாகும், இது பரந்த அளவிலான சிக்கல்களைத் தீர்க்க அனுமதிக்கிறது. பணிகளின் வரம்பு. ஆனால் முதல் விஷயங்கள் முதலில்.

கதிர்வீச்சு முறை எவ்வாறு உருவாகிறது?

திசை முறை ஒரு குறிப்பிட்ட திசையில் உமிழப்படும் சமிக்ஞை சக்தியை வகைப்படுத்துகிறது. எளிமைக்காக, லட்டு கூறுகள் ஐசோட்ரோபிக் என்று கருதுகிறோம், அதாவது. அவை ஒவ்வொன்றிற்கும், உமிழப்படும் சமிக்ஞையின் சக்தி திசையைப் பொறுத்தது அல்ல. ஒரு குறிப்பிட்ட திசையில் கிராட்டிங் மூலம் உமிழப்படும் சக்தியின் பெருக்கம் அல்லது குறைப்பு காரணமாக பெறப்படுகிறது குறுக்கீடு ஆண்டெனா வரிசையின் பல்வேறு கூறுகளால் வெளிப்படும் மின்காந்த அலைகள். மின்காந்த அலைகளுக்கு ஒரு நிலையான குறுக்கீடு முறை இருந்தால் மட்டுமே சாத்தியமாகும் இணக்கத்தைப், அதாவது சமிக்ஞைகளின் கட்ட வேறுபாடு காலப்போக்கில் மாறக்கூடாது. வெறுமனே, ஆண்டெனா வரிசையின் ஒவ்வொரு உறுப்பும் கதிர்வீச வேண்டும் ஹார்மோனிக் சமிக்ஞை அதே கேரியர் அதிர்வெண்ணில் $inline$f_{0}$inline$. இருப்பினும், நடைமுறையில் $inline$Delta f << f_{0}$inline$ என்ற வரையறுக்கப்பட்ட அகலத்தின் ஸ்பெக்ட்ரம் கொண்ட நாரோபேண்ட் சிக்னல்களுடன் வேலை செய்ய வேண்டும்.
அனைத்து AR உறுப்புகளும் ஒரே சமிக்ஞையை வெளியிடட்டும் சிக்கலான வீச்சு $inline$x_n(t)=u(t)$inline$. பிறகு தொலைவில் ரிசீவரில், n-வது உறுப்பிலிருந்து பெறப்பட்ட சமிக்ஞையை குறிப்பிடலாம் பகுப்பாய்வு படிவம்:

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

இங்கு $inline$tau_n$inline$ என்பது ஆண்டெனா உறுப்பிலிருந்து பெறும் இடத்திற்கு சமிக்ஞை பரவுவதில் தாமதமாகும்.
அத்தகைய சமிக்ஞை "அரை-ஹார்மோனிக்", மற்றும் ஒத்திசைவு நிலையை பூர்த்தி செய்ய, எந்த இரண்டு தனிமங்களுக்கிடையில் மின்காந்த அலைகளின் பரப்புதலில் அதிகபட்ச தாமதமானது சமிக்ஞை உறை $inline$T$inline$ இல் ஏற்படும் மாற்றத்தின் சிறப்பியல்பு நேரத்தை விட மிகக் குறைவாக இருப்பது அவசியம், அதாவது. $inline$u(t-tau_n) ≈ u(t-tau_m)$inline$. எனவே, ஒரு குறுகிய அலைவரிசை சமிக்ஞையின் ஒத்திசைவுக்கான நிபந்தனை பின்வருமாறு எழுதப்படலாம்:

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

$inline$D_{max}$inline$ என்பது AR உறுப்புகளுக்கு இடையே உள்ள அதிகபட்ச தூரம் மற்றும் $inline$с$inline$ என்பது ஒளியின் வேகம்.

ஒரு சமிக்ஞையைப் பெறும்போது, இடஞ்சார்ந்த செயலாக்க அலகு டிஜிட்டல் முறையில் ஒத்திசைவான கூட்டுத்தொகை செய்யப்படுகிறது. இந்த வழக்கில், இந்த தொகுதியின் வெளியீட்டில் டிஜிட்டல் சிக்னலின் சிக்கலான மதிப்பு வெளிப்பாட்டால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது:

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

வடிவத்தில் கடைசி வெளிப்பாட்டைக் குறிப்பிடுவது மிகவும் வசதியானது டாட் தயாரிப்பு மேட்ரிக்ஸ் வடிவத்தில் N- பரிமாண சிக்கலான திசையன்கள்:

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

எங்கே w и x நெடுவரிசை திசையன்கள், மற்றும் $inline$(.)^H$inline$ என்பது செயல்பாடாகும் ஹெர்மிடியன் இணைத்தல்.

ஆண்டெனா வரிசைகளுடன் பணிபுரியும் போது சமிக்ஞைகளின் திசையன் பிரதிநிதித்துவம் அடிப்படை ஒன்றாகும், ஏனெனில் சிக்கலான கணிதக் கணக்கீடுகளைத் தவிர்க்க அடிக்கடி உங்களை அனுமதிக்கிறது. கூடுதலாக, ஒரு திசையன் மூலம் ஒரு குறிப்பிட்ட நேரத்தில் பெறப்பட்ட சமிக்ஞையை அடையாளம் காண்பது, ஒருவரை உண்மையான இயற்பியல் அமைப்பிலிருந்து சுருக்கவும் மற்றும் வடிவவியலின் பார்வையில் இருந்து சரியாக என்ன நடக்கிறது என்பதைப் புரிந்துகொள்ளவும் அனுமதிக்கிறது.

ஆண்டெனா வரிசையின் கதிர்வீச்சு வடிவத்தைக் கணக்கிட, நீங்கள் மனரீதியாகவும் தொடர்ச்சியாகவும் ஒரு தொகுப்பை "தொடக்க" வேண்டும் விமான அலைகள் சாத்தியமான அனைத்து திசைகளிலிருந்தும். இந்த வழக்கில், திசையன் உறுப்புகளின் மதிப்புகள் x பின்வரும் வடிவத்தில் குறிப்பிடலாம்:

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

எங்கே k - அலை திசையன், $inline$phi$inline$ மற்றும் $inline$theta$inline$ – அஜிமுத் கோணம் и உயர கோணம், ஒரு விமான அலையின் வருகையின் திசையை வகைப்படுத்துகிறது, $inline$textbf{r}_n$inline$ என்பது ஆண்டெனா உறுப்பின் ஒருங்கிணைப்பு, $inline$s_n$inline$ என்பது ஃபாசிங் வெக்டரின் உறுப்பு s அலை திசையன் கொண்ட விமான அலை k (ஆங்கில இலக்கியத்தில் ஃபாசிங் திசையன் ஸ்டீரேஜ் வெக்டர் என்று அழைக்கப்படுகிறது). அளவின் ஸ்கொயர் அலைவீச்சின் சார்பு y $inline$phi$inline$ மற்றும் $inline$theta$inline$ ஆகியவற்றிலிருந்து கொடுக்கப்பட்ட வெக்டார் வெக்டரின் வெக்டரைப் பெறுவதற்கு ஆண்டெனா வரிசையின் கதிர்வீச்சு வடிவத்தை தீர்மானிக்கிறது w.

ஆண்டெனா வரிசை கதிர்வீச்சு வடிவத்தின் அம்சங்கள்

கிடைமட்டத் தளத்தில் உள்ள நேரியல் சம தூர ஆண்டெனா வரிசையில் ஆண்டெனா வரிசைகளின் கதிர்வீச்சு வடிவத்தின் பொதுவான பண்புகளைப் படிப்பது வசதியானது (அதாவது, வடிவமானது அசிமுதல் கோணம் $inline$phi$inline$ ஐ மட்டுமே சார்ந்துள்ளது). இரண்டு கோணங்களில் இருந்து வசதியானது: பகுப்பாய்வு கணக்கீடுகள் மற்றும் காட்சி விளக்கக்காட்சி.

ஒரு யூனிட் எடை திசையன் ($inline$w_n=1, n = 1 ... N$inline$) க்கு DNஐக் கணக்கிடுவோம். அதிக அணுகுமுறை.
இங்கே கணிதம்
செங்குத்து அச்சில் அலை வெக்டரின் ப்ரொஜெக்ஷன்: $inline$k_v=-frac{2pi}{lambda}sinphi$inline$
குறியீட்டு n உடன் ஆண்டெனா உறுப்பின் செங்குத்து ஒருங்கிணைப்பு: $inline$r_{nv}=(n-1)d$inline$
இது d - ஆண்டெனா வரிசை காலம் (அருகிலுள்ள உறுப்புகளுக்கு இடையே உள்ள தூரம்), λ - அலைநீளம். மற்ற அனைத்து திசையன் கூறுகள் r பூஜ்ஜியத்திற்கு சமம்.
ஆண்டெனா வரிசையால் பெறப்பட்ட சமிக்ஞை பின்வரும் வடிவத்தில் பதிவு செய்யப்படுகிறது:

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

அதற்கான சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்துவோம் வடிவியல் முன்னேற்றத்தின் தொகைகள் и சிக்கலான அதிவேகங்களின் அடிப்படையில் முக்கோணவியல் செயல்பாடுகளின் பிரதிநிதித்துவம் :

$$display$$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}$$display$$

இதன் விளைவாக நாம் பெறுகிறோம்:

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

கதிர்வீச்சு வடிவத்தின் அதிர்வெண்

இதன் விளைவாக வரும் ஆண்டெனா வரிசை கதிர்வீச்சு முறையானது கோணத்தின் சைனின் ஒரு குறிப்பிட்ட கால செயல்பாடு ஆகும். இதன் பொருள் விகிதத்தின் சில மதிப்புகளில் d/λ இது மாறுபாடு (கூடுதல்) அதிகபட்சம் கொண்டது.
N = 5 க்கான ஆண்டெனா வரிசையின் தரமற்ற கதிர்வீச்சு முறை
துருவ ஒருங்கிணைப்பு அமைப்பில் N = 5 க்கான ஆண்டெனா வரிசையின் இயல்பான கதிர்வீச்சு முறை

"டிஃப்ராக்ஷன் டிடெக்டர்களின்" நிலையை நேரடியாகப் பார்க்கலாம் சூத்திரங்கள் DNக்கு. இருப்பினும், அவை உடல் மற்றும் வடிவியல் (N- பரிமாண இடத்தில்) எங்கிருந்து வருகின்றன என்பதைப் புரிந்துகொள்ள முயற்சிப்போம்.

கூறுகள் கட்டம் கட்டுதல் திசையன் s $inline$e^{iPsi n}$inline$ சிக்கலான அடுக்குகளாகும், இதன் மதிப்புகள் $inline$Psi = 2pi frac{d}{lambda}sinphi$inline$ என்ற பொதுவான கோணத்தின் மதிப்பால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. விமான அலையின் வருகையின் வெவ்வேறு திசைகளுடன் தொடர்புடைய இரண்டு பொதுவான கோணங்கள் இருந்தால், அதற்கு $inline$Psi_1 = Psi_2 + 2pi m$inline$, இது இரண்டு விஷயங்களைக் குறிக்கிறது:

உடல் ரீதியாக: இந்த திசைகளிலிருந்து வரும் விமான அலை முனைகள் ஆண்டெனா வரிசையின் தனிமங்களில் மின்காந்த அலைவுகளின் ஒரே மாதிரியான அலைவீச்சு-கட்ட விநியோகத்தைத் தூண்டுகின்றன.
வடிவியல் ரீதியாக: நிலை திசையன்கள் இந்த இரண்டு திசைகளும் ஒத்துப்போகின்றன.

இந்த வழியில் தொடர்புடைய அலை வருகையின் திசைகள் ஆண்டெனா வரிசையின் பார்வையில் இருந்து சமமானவை மற்றும் ஒருவருக்கொருவர் பிரித்தறிய முடியாதவை.

டிபியின் ஒரு முக்கிய அதிகபட்சம் மட்டுமே எப்போதும் இருக்கும் கோணங்களின் பகுதியை எவ்வாறு தீர்மானிப்பது? பின்வரும் கருத்தில் இருந்து பூஜ்ஜிய அசிமுத்தின் அருகே இதைச் செய்வோம்: இரண்டு அருகில் உள்ள உறுப்புகளுக்கு இடையேயான கட்ட மாற்றத்தின் அளவு $inline$-pi$inline$ இலிருந்து $inline$pi$inline$ வரையிலான வரம்பில் இருக்க வேண்டும்.

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

இந்த சமத்துவமின்மையைத் தீர்த்து, பூஜ்ஜியத்திற்கு அருகில் உள்ள தனித்தன்மையின் பகுதிக்கான நிபந்தனையைப் பெறுகிறோம்:

$$டிஸ்ப்ளே$$|சின்பி|

கோணத்தில் தனித்தன்மையின் பகுதியின் அளவு உறவைப் பொறுத்தது என்பதைக் காணலாம் d/λ. என்றால் d = 0.5λ, பின்னர் சமிக்ஞை வருகையின் ஒவ்வொரு திசையும் "தனிநபர்" ஆகும், மேலும் தனித்துவத்தின் பகுதி முழு அளவிலான கோணங்களையும் உள்ளடக்கியது. என்றால் d = 2.0λ, பின்னர் திசைகள் 0, ± 30, ± 90 ஆகியவை சமமானவை. கதிர்வீச்சு வடிவத்தில் டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் லோப்கள் தோன்றும்.

பொதுவாக, டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் லோப்கள் திசை ஆண்டெனா கூறுகளைப் பயன்படுத்தி அடக்க முற்படுகின்றன. இந்த வழக்கில், ஆண்டெனா வரிசையின் முழுமையான கதிர்வீச்சு வடிவமானது ஒரு தனிமத்தின் வடிவத்தின் மற்றும் ஐசோட்ரோபிக் தனிமங்களின் வரிசையின் விளைபொருளாகும். ஒரு தனிமத்தின் வடிவத்தின் அளவுருக்கள் பொதுவாக ஆண்டெனா வரிசையின் தெளிவற்ற பகுதிக்கான நிபந்தனையின் அடிப்படையில் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன.

பிரதான மடல் அகலம்

பரவலாக அறியப்படுகிறது ஆண்டெனா அமைப்பின் பிரதான மடலின் அகலத்தை மதிப்பிடுவதற்கான பொறியியல் சூத்திரம்: $inline$Delta phi ≈ frac{lambda}{D}$inline$, D என்பது ஆண்டெனாவின் சிறப்பியல்பு அளவு. கண்ணாடிகள் உட்பட பல்வேறு வகையான ஆண்டெனாக்களுக்கு சூத்திரம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இது ஆண்டெனா வரிசைகளுக்கும் செல்லுபடியாகும் என்பதைக் காட்டுவோம்.

பிரதான அதிகபட்சத்திற்கு அருகில் உள்ள வடிவத்தின் முதல் பூஜ்ஜியங்களால் பிரதான மடலின் அகலத்தை தீர்மானிப்போம். எண்ணெழுத்து வெளிப்பாடுகள் $inline$F(phi)$inline$ க்கு $inline$sinphi=mfrac{lambda}{dN}$inline$ இல் மறைந்துவிடும். முதல் பூஜ்ஜியங்கள் m = ±1 உடன் ஒத்திருக்கும். நம்புவது $inline$frac{lambda}{dN}<<1$inline$ $inline$Delta phi = 2frac{lambda}{dN}$inline$.

பொதுவாக, ஆண்டெனா டைரக்டிவிட்டி வடிவத்தின் அகலம் அரை-சக்தி நிலை (-3 dB) மூலம் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. இந்த வழக்கில், வெளிப்பாட்டைப் பயன்படுத்தவும்:

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

உதாரணமாக

ஆண்டெனா வரிசை வெயிட்டிங் குணகங்களுக்கு வெவ்வேறு வீச்சு மதிப்புகளை அமைப்பதன் மூலம் பிரதான மடலின் அகலத்தைக் கட்டுப்படுத்தலாம். மூன்று விநியோகங்களைக் கருத்தில் கொள்வோம்:

சீரான அலைவீச்சு விநியோகம் (எடைகள் 1): $inline$w_n=1$inline$.
கிராட்டிங்கின் விளிம்புகளை நோக்கி வீச்சு மதிப்புகள் குறைகின்றன (எடைகள் 2): $inline$w_n=0.5+0.3cos(2pifrac{n-1}{N}-pifrac{N-1}{N})$inline$
கிராட்டிங்கின் விளிம்புகளை நோக்கி அலைவீச்சு மதிப்புகள் அதிகரிக்கும் (எடைகள் 3): $inline$w_n=0.5-0.3cos(2pifrac{n-1}{N}-pifrac{N-1}{N})$inline$

மடக்கை அளவில் விளைந்த இயல்பாக்கப்பட்ட கதிர்வீச்சு வடிவங்களை படம் காட்டுகிறது:
பின்வரும் போக்குகளை படத்தில் இருந்து கண்டறியலாம்: வரிசையின் விளிம்புகளை நோக்கி எடை குணக வீச்சுகளின் விநியோகம் குறைவதால், வடிவத்தின் முக்கிய மடல் விரிவடைகிறது, ஆனால் பக்க மடல்களின் மட்டத்தில் குறைவு. ஆண்டெனா வரிசையின் விளிம்புகளை நோக்கி அதிகரிக்கும் வீச்சு மதிப்புகள், மாறாக, பிரதான மடல் குறுகுவதற்கும் பக்க மடல்களின் அளவை அதிகரிப்பதற்கும் வழிவகுக்கும். வரம்புக்குட்பட்ட வழக்குகளை இங்கே கருத்தில் கொள்வது வசதியானது:

தீவிரமானவை தவிர அனைத்து உறுப்புகளின் எடையிடும் குணகங்களின் வீச்சுகள் பூஜ்ஜியத்திற்கு சமம். வெளிப்புற உறுப்புகளுக்கான எடைகள் ஒன்றுக்கு சமம். இந்த வழக்கில், லட்டு ஒரு காலத்துடன் இரண்டு உறுப்பு ARக்கு சமமாகிறது D = (N-1)d. மேலே வழங்கப்பட்ட சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தி பிரதான இதழின் அகலத்தை மதிப்பிடுவது கடினம் அல்ல. இந்த வழக்கில், பக்கச்சுவர்கள் டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் மாக்சிமாவாக மாறும் மற்றும் முக்கிய அதிகபட்சத்துடன் சீரமைக்கும்.
மைய உறுப்பு எடை ஒன்றுக்கு சமம், மற்ற அனைத்தும் பூஜ்ஜியத்திற்கு சமம். இந்த வழக்கில், ஐசோட்ரோபிக் கதிர்வீச்சு வடிவத்துடன் ஒரு ஆண்டெனாவை நாங்கள் அடிப்படையில் பெற்றோம்.

முக்கிய அதிகபட்ச திசை

எனவே, AP AP இன் பிரதான மடலின் அகலத்தை நீங்கள் எவ்வாறு சரிசெய்யலாம் என்பதைப் பார்த்தோம். இப்போது திசையை எவ்வாறு திருப்புவது என்று பார்ப்போம். நினைவில் கொள்வோம் திசையன் வெளிப்பாடு பெறப்பட்ட சமிக்ஞைக்கு. ஒரு குறிப்பிட்ட திசையில் $inline$phi_0$inline$ இல் அதிகபட்ச கதிர்வீச்சு வடிவத்தைப் பார்க்க வேண்டும். இந்த திசையிலிருந்து அதிகபட்ச சக்தியைப் பெற வேண்டும் என்பதே இதன் பொருள். இந்த திசையானது $inline$textbf{s}(phi_0)$inline$ இல் கட்டமைக்கும் திசையனை ஒத்துள்ளது N-பரிமாண திசையன் இடம், மற்றும் பெறப்பட்ட சக்தியானது இந்த கட்டம் திசையன் மற்றும் எடையிடும் குணகங்களின் வெக்டரின் ஸ்கேலர் உற்பத்தியின் சதுரம் என வரையறுக்கப்படுகிறது. w. இரண்டு வெக்டார்களின் ஸ்கேலர் தயாரிப்பு அதிகபட்சமாக இருக்கும் போது கோலினியர், அதாவது $inline$textbf{w}=beta textbf{s}(phi_0)$inline$, எங்கே β - சில இயல்பாக்கும் காரணிகள். எனவே, தேவையான திசையில் கட்டம் திசையனுக்கு சமமான எடை திசையன் தேர்வு செய்தால், அதிகபட்ச கதிர்வீச்சு வடிவத்தை சுழற்றுவோம்.

பின்வரும் வெயிட்டிங் காரணிகளை உதாரணமாகக் கவனியுங்கள்: $inline$textbf{w}=textbf{s}(10°)$inline$

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

இதன் விளைவாக, 10 ° திசையில் முக்கிய அதிகபட்சத்துடன் ஒரு கதிர்வீச்சு முறையைப் பெறுகிறோம்.

இப்போது நாம் அதே வெயிட்டிங் குணகங்களைப் பயன்படுத்துகிறோம், ஆனால் சமிக்ஞை வரவேற்புக்காக அல்ல, ஆனால் பரிமாற்றத்திற்காக. ஒரு சமிக்ஞையை கடத்தும் போது, அலை திசையன் திசை எதிர் திசையில் மாறுகிறது என்பதை இங்கே கருத்தில் கொள்வது மதிப்பு. இதன் பொருள் கூறுகள் கட்டம் திசையன் வரவேற்பு மற்றும் பரிமாற்றத்திற்காக அவை அதிவேகத்தின் அடையாளத்தில் வேறுபடுகின்றன, அதாவது. சிக்கலான இணைப்பால் ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்பட்டுள்ளன. இதன் விளைவாக, -10 ° திசையில் பரிமாற்றத்திற்கான அதிகபட்ச கதிர்வீச்சு வடிவத்தைப் பெறுகிறோம், இது அதே எடை குணகங்களுடன் வரவேற்புக்கான அதிகபட்ச கதிர்வீச்சு வடிவத்துடன் ஒத்துப்போவதில்லை. நிலைமையை சரிசெய்ய, இது அவசியம் எடை குணகங்களுக்கும் சிக்கலான ஒருங்கிணைப்பைப் பயன்படுத்தவும்.

ஆண்டெனா வரிசைகளுடன் பணிபுரியும் போது வரவேற்பு மற்றும் பரிமாற்றத்திற்கான வடிவங்களை உருவாக்குவதற்கான விவரிக்கப்பட்ட அம்சம் எப்போதும் மனதில் கொள்ளப்பட வேண்டும்.

கதிர்வீச்சு மாதிரி விளையாடுவோம்

பல உச்சங்கள்

திசையில் கதிர்வீச்சு வடிவத்தின் இரண்டு முக்கிய மாக்சிமாவை உருவாக்கும் பணியை அமைப்போம்: -5° மற்றும் 10°. இதைச் செய்ய, தொடர்புடைய திசைகளுக்கான ஃபாசிங் திசையன்களின் எடையுள்ள தொகையை எடை வெக்டராகத் தேர்ந்தெடுக்கிறோம்.

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

விகிதத்தை சரிசெய்தல் β முக்கிய இதழ்களுக்கு இடையிலான விகிதத்தை நீங்கள் சரிசெய்யலாம். திசையன் விண்வெளியில் என்ன நடக்கிறது என்பதைப் பார்ப்பது இங்கே மீண்டும் வசதியானது. என்றால் β 0.5 ஐ விட அதிகமாக உள்ளது, பின்னர் வெயிட்டிங் குணகங்களின் திசையன் அருகில் உள்ளது s(10°), இல்லையெனில் s(-5°). எடை வெக்டானது பேஸர்களில் ஒன்றிற்கு நெருக்கமாக இருந்தால், அதனுடன் தொடர்புடைய ஸ்கேலர் தயாரிப்பு அதிகமாகும், எனவே தொடர்புடைய அதிகபட்ச DP இன் மதிப்பு.

இருப்பினும், இரண்டு முக்கிய இதழ்களும் வரையறுக்கப்பட்ட அகலத்தைக் கொண்டிருப்பதைக் கருத்தில் கொள்வது மதிப்பு, மேலும் நாம் இரண்டு நெருங்கிய திசைகளுக்கு இசைக்க விரும்பினால், இந்த இதழ்கள் ஒன்றில் ஒன்றிணைந்து, சில நடுத்தர திசையை நோக்கியதாக இருக்கும்.

அதிகபட்சம் ஒன்று மற்றும் பூஜ்யம்

இப்போது கதிரியக்க வடிவத்தின் அதிகபட்சத்தை $inline$phi_1=10°$inline$ திசையில் சரிசெய்ய முயற்சிப்போம், அதே நேரத்தில் $inline$phi_2=-5°$inline$ திசையிலிருந்து வரும் சிக்னலை அடக்கவும். இதைச் செய்ய, நீங்கள் தொடர்புடைய கோணத்திற்கு டிஎன் பூஜ்ஜியத்தை அமைக்க வேண்டும். இதை நீங்கள் பின்வருமாறு செய்யலாம்:

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

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

எடை வெக்டரைத் தேர்ந்தெடுப்பதன் வடிவியல் பொருள் பின்வருமாறு. இந்த திசையன் எங்களுக்கு வேண்டும் w $inline$textbf{s}_1$inline$ இல் அதிகபட்ச ப்ரொஜெக்ஷனைக் கொண்டிருந்தது மற்றும் அதே நேரத்தில் $inline$textbf{s}_2$inline$ என்ற வெக்டருக்கு ஆர்த்தோகனலாக இருந்தது. திசையன் $inline$textbf{s}_1$inline$ ஐ இரண்டு சொற்களாகக் குறிப்பிடலாம்: ஒரு கோலினியர் வெக்டார் $inline$textbf{s}_2$inline$ மற்றும் ஆர்த்தோகனல் வெக்டார் $inline$textbf{s}_2$inline$. சிக்கல் அறிக்கையை பூர்த்தி செய்ய, எடையிடும் குணகங்களின் திசையன் என இரண்டாவது கூறுகளைத் தேர்ந்தெடுப்பது அவசியம் w. $inline$textbf{s}_1$inline$ என்ற திசையனை $inline$frac{textbf{s}_2}{sqrt{N}}$inline$ என்ற ஸ்கேலார் தயாரிப்பைப் பயன்படுத்தி இயல்பாக்கப்பட்ட வெக்டரில் புரொஜெக்ட் செய்வதன் மூலம் கோலினியர் கூறுகளைக் கணக்கிடலாம்.

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

அதன்படி, அசல் கட்ட திசையன் $inline$textbf{s}_1$inline$ இலிருந்து அதன் கோலினியர் கூறுகளைக் கழித்தால், தேவையான எடை வெக்டரைப் பெறுகிறோம்.

சில கூடுதல் குறிப்புகள்

மேலே உள்ள எல்லா இடங்களிலும், எடை வெக்டரை இயல்பாக்கும் சிக்கலை நான் தவிர்த்துவிட்டேன், அதாவது. அதன் நீளம். எனவே, எடை திசையனை இயல்பாக்குவது ஆண்டெனா வரிசை கதிர்வீச்சு வடிவத்தின் பண்புகளை பாதிக்காது: முக்கிய அதிகபட்ச திசை, முக்கிய மடலின் அகலம் போன்றவை. இந்த இயல்பாக்கம் ஸ்பேஷியல் பிராசசிங் யூனிட்டின் வெளியீட்டில் SNR ஐ பாதிக்காது என்பதையும் காட்டலாம். இது சம்பந்தமாக, இடஞ்சார்ந்த சிக்னல் செயலாக்க வழிமுறைகளைக் கருத்தில் கொள்ளும்போது, எடை வெக்டரின் அலகு இயல்பாக்கத்தை நாங்கள் வழக்கமாக ஏற்றுக்கொள்கிறோம், அதாவது. $inline$textbf{w}^Htextbf{w}=1$inline$
ஒரு ஆண்டெனா வரிசையின் வடிவத்தை உருவாக்குவதற்கான சாத்தியக்கூறுகள் உறுப்புகளின் எண்ணிக்கையால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது N. அதிக உறுப்புகள், பரந்த சாத்தியக்கூறுகள். இடஞ்சார்ந்த எடை செயலாக்கத்தை செயல்படுத்தும்போது அதிக அளவு சுதந்திரம், N- பரிமாண இடத்தில் எடை வெக்டரை எவ்வாறு "திருப்புவது" என்பதற்கான கூடுதல் விருப்பங்கள்.
கதிர்வீச்சு வடிவங்களைப் பெறும்போது, ஆன்டெனா வரிசை உடல் ரீதியாக இல்லை, மேலும் இவை அனைத்தும் சமிக்ஞையைச் செயலாக்கும் கணினி அலகு "கற்பனையில்" மட்டுமே உள்ளன. இதன் பொருள் ஒரே நேரத்தில் பல வடிவங்களை ஒருங்கிணைத்து வெவ்வேறு திசைகளில் இருந்து வரும் சமிக்ஞைகளை சுயாதீனமாக செயலாக்க முடியும். பரிமாற்றத்தின் விஷயத்தில், எல்லாமே சற்று சிக்கலானது, ஆனால் வெவ்வேறு தரவு ஸ்ட்ரீம்களை அனுப்ப பல டிஎன்களை ஒருங்கிணைக்க முடியும். தகவல் தொடர்பு அமைப்புகளில் இந்த தொழில்நுட்பம் என்று அழைக்கப்படுகிறது மிமொ.

வழங்கப்பட்ட மேட்லாப் குறியீட்டைப் பயன்படுத்தி, நீங்களே DN உடன் விளையாடலாம்
குறியீடு

% 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]);

தகவமைப்பு ஆண்டெனா வரிசையைப் பயன்படுத்தி என்ன சிக்கல்களைத் தீர்க்க முடியும்?

அறியப்படாத சமிக்ஞையின் உகந்த வரவேற்புசமிக்ஞையின் வருகையின் திசை தெரியவில்லை என்றால் (மற்றும் தகவல்தொடர்பு சேனல் மல்டிபாத் என்றால், பொதுவாக பல திசைகள் உள்ளன), பின்னர் ஆண்டெனா வரிசையால் பெறப்பட்ட சமிக்ஞையை பகுப்பாய்வு செய்வதன் மூலம், ஒரு உகந்த எடை திசையன் உருவாக்க முடியும். w அதனால் ஸ்பேஷியல் பிராசசிங் யூனிட்டின் வெளியீட்டில் உள்ள SNR அதிகபட்சமாக இருக்கும்.

பின்னணி இரைச்சலுக்கு எதிராக உகந்த சமிக்ஞை வரவேற்புஇங்கே சிக்கல் பின்வருமாறு முன்வைக்கப்படுகிறது: எதிர்பார்க்கப்படும் பயனுள்ள சமிக்ஞையின் இடஞ்சார்ந்த அளவுருக்கள் அறியப்படுகின்றன, ஆனால் வெளிப்புற சூழலில் குறுக்கீடு ஆதாரங்கள் உள்ளன. AP வெளியீட்டில் SINR ஐ அதிகரிக்க வேண்டியது அவசியம், சமிக்ஞை வரவேற்பில் குறுக்கீட்டின் செல்வாக்கை முடிந்தவரை குறைக்கிறது.

பயனருக்கு உகந்த சமிக்ஞை பரிமாற்றம்இந்த சிக்கல் மொபைல் தகவல் தொடர்பு அமைப்புகளில் (4G, 5G), அதே போல் Wi-Fi இல் தீர்க்கப்படுகிறது. பொருள் எளிதானது: பயனர் கருத்து சேனலில் சிறப்பு பைலட் சிக்னல்களின் உதவியுடன், தகவல்தொடர்பு சேனலின் இடஞ்சார்ந்த பண்புகள் மதிப்பிடப்படுகின்றன, மேலும் அதன் அடிப்படையில், பரிமாற்றத்திற்கு உகந்த எடை குணகங்களின் திசையன் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகிறது.

தரவு ஸ்ட்ரீம்களின் ஸ்பேஷியல் மல்டிபிளெக்சிங்அடாப்டிவ் ஆண்டெனா வரிசைகள் ஒரே அதிர்வெண்ணில் ஒரே நேரத்தில் பல பயனர்களுக்கு தரவு பரிமாற்றத்தை அனுமதிக்கின்றன, அவை ஒவ்வொன்றிற்கும் ஒரு தனிப்பட்ட வடிவத்தை உருவாக்குகின்றன. இந்த தொழில்நுட்பம் MU-MIMO என்று அழைக்கப்படுகிறது மற்றும் தற்போது தகவல் தொடர்பு அமைப்புகளில் தீவிரமாக செயல்படுத்தப்படுகிறது (மற்றும் எங்காவது ஏற்கனவே). ஸ்பேஷியல் மல்டிபிளெக்சிங்கின் சாத்தியம் வழங்கப்பட்டுள்ளது, எடுத்துக்காட்டாக, 4G LTE மொபைல் தகவல்தொடர்பு தரநிலை, IEEE802.11ay Wi-Fi தரநிலை மற்றும் 5G மொபைல் தொடர்பு தரநிலைகளில்.

ரேடார்களுக்கான மெய்நிகர் ஆண்டெனா வரிசைகள்டிஜிட்டல் ஆண்டெனா வரிசைகள், பல கடத்தும் ஆண்டெனா கூறுகளைப் பயன்படுத்தி, சிக்னல் செயலாக்கத்திற்காக குறிப்பிடத்தக்க அளவு பெரிய அளவிலான மெய்நிகர் ஆண்டெனா வரிசையை உருவாக்குவதை சாத்தியமாக்குகின்றன. மெய்நிகர் கட்டம் உண்மையான ஒன்றின் அனைத்து பண்புகளையும் கொண்டுள்ளது, ஆனால் செயல்படுத்த குறைந்த வன்பொருள் தேவைப்படுகிறது.

கதிர்வீச்சு மூலங்களின் அளவுருக்களின் மதிப்பீடுதகவமைப்பு ஆண்டெனா வரிசைகள் எண், சக்தி, ஆகியவற்றை மதிப்பிடுவதில் சிக்கலைத் தீர்க்க அனுமதிக்கின்றன. கோண ஆயத்தொலைவுகள் ரேடியோ உமிழ்வின் ஆதாரங்கள், வெவ்வேறு மூலங்களிலிருந்து வரும் சமிக்ஞைகளுக்கு இடையே ஒரு புள்ளியியல் தொடர்பை ஏற்படுத்துதல். இந்த விஷயத்தில் அடாப்டிவ் ஆண்டெனா வரிசைகளின் முக்கிய நன்மை அருகிலுள்ள கதிர்வீச்சு மூலங்களை சூப்பர்-தீர்க்கும் திறன் ஆகும். ஆதாரங்கள், இவற்றுக்கு இடையேயான கோண தூரம் ஆண்டெனா வரிசை கதிர்வீச்சு வடிவத்தின் பிரதான மடலின் அகலத்தை விட குறைவாக உள்ளது (Rayleigh தெளிவுத்திறன் வரம்பு) சிக்னலின் திசையன் பிரதிநிதித்துவம், நன்கு அறியப்பட்ட சமிக்ஞை மாதிரி மற்றும் நேரியல் கணிதத்தின் கருவி ஆகியவற்றின் காரணமாக இது முக்கியமாக சாத்தியமாகும்.

உங்கள் கவனத்திற்கு நன்றி

ஆதாரம்: www.habr.com

அடாப்டிவ் ஆண்டெனா வரிசைகள்: இது எப்படி வேலை செய்கிறது? (அடிப்படை)