Download miễn phí Một số phương pháp định dạng và điều khiển búp sóng cho anten thông minh
CHƯƠNG 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐỊNH DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP Số 3
1.1. Giới thiệu về định dạng và điều khiển bằng phương pháp số 3
1.2. Giới thiệu về anten dãy . 6
1.2.1. Các tham số cơ bản của một anten dãy 6
1.2.2. Dãy tuyến tính . 8
1.2.3. Dãy vòng tròn 10
1.2.4. Nhân đồ thị 12
1.2.5. Dãy phẳng 13
1.3. Định dạng và điều khiển bằng phương pháp tương tự . 15
1.4. Mảng pha 18
1.5. Định dạng và điều khiển bằng phương pháp số 20
1.5.1. Định dạng và điều khiển búp sóng theo khoảng phần tử 21
1.5.2. Định dạng và điều khiển búp sóng theo khoảng cách búp . 22
1.5.3. Định dạng và điều khiển búp sóng hai chiều 22
1.6. Định nghĩa phân cực chéo 23
CHƯƠNG 2. MỘT SỐ THUẬT TOÁN CHO ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG 25
2.1. Thuật toán Chebychev . 25
2.1.1. Đồ thị Chebychev cho dãy phẳng . 24
2.1.2. Phân bố dòng tối ưu 27
2.2.3. Phương pháp biến đổi xác định biên độ dòng . 29
2.1.4. Độ rộng búp của mảng phẳng Chebychev . 31
2.1.5. Số phần tử nhỏ nhất cho quét vùng rộng 33
2.2. Thuật toán SMI 35
2.3. Kết hợp thuật toán Chebychev và thuật toán SMI . 39
CHƯƠNG 3. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG VÀ MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG . 40
Việc thu các thông tin RF ở dạng luống số cho phép dụng các thuật toán và kỹ thuật xử lý tín hiệu để tách những thông tin từ dữ liệu miền không gian. Kỹ thuật DBF dựa trên việc thu các tín hiệu RF tại các phần tử anten và biến đổi chúng thành hai luồng tín hiệu nhị phân băng cơ sở ( kênh đồng pha là I, kênh vuông pha là Q). Tích hợp bên trong các tín hiệu băng cơ sở là biên độ và pha của tín hiệu thu được ở mỗi phần tử của dãy. Điều chỉnh búp sóng được tạo bởi việc tạo trọng số cho các tín hiệu này bằng cách điều chỉnh biên độ và pha của các tín hiệu sẽ thu được búp sóng mong muốn. Quá trình này được thực hiện bằng bộ xử lý tín hiệu số. Đó là một chức năng trước đây thường được thực hiện bằng việc sử dụng mạng điều khiển búp sóng tương tự và giờ được thực hiện bằng việc dùng một bộ xử lý tín hiệu số. Phương pháp này gần như bảo toàn tất cả các thông tin tại góc mở, đó là sự khác biệt với định dạng và điều khiển bằng phương pháp tương tự. Bởi vì phương pháp tạo búp sóng tương tự chỉ là tạo ra tổng trọng số của các tín hiệu và do đó làm suy hao kích thước tín hiệu từ thành 1(hình 1.2). Điểm mấu chốt của công nghệ này là việc biến đổi chính xác các tín hiệu tương tự thành miền số. Điều này đạt được bằng việc sử dụng các bộ heterodyne, các bộ thu này cần phù hợp chặt chẽ về cả biên độ và pha. Sự phù hợp này không cần thực hiện bằng việc điều chỉnh từ phần cứng. Mà chỉ cần thực hiện quá trình chuẩn này để các giá trị của luồng dữ liệu được hiệu chỉnh trước khi tới bộ điều khiển búp sóng.
Hình 1.2: Bộ điều khiển búp sóng tương tự
Các bộ thu thực hiện các chức năng sau: Chuyển đổi tần số xuống tần số thấp, lọc và khuếch đại để mức của tín hiệu phù hợp với yêu cầu lối vào của các bộ biến đổi ADC. Lợi ích chính đạt được từ việc định dạng và điều khiển búp sóng bằng phương pháp số là xử lý rất mềm dẻo mà không có làm suy giảm đi trong tỷ số tín hiệu trên tạp âm(SNR). Trong một số cách, nó có thể được xem như là một anten tối ưu, theo đó tất cả các thông tin tới bề mặt của anten được thu lại ở dạng nhiều luồng số. Tất cả các thông tin này là có giá trị cho việc xử lý trong điều khiển búp sóng. Có nhiều các cấu hình thiết bị có thể được sử dụng để thực hiện việc sử lý số. Từ cấu trúc điều khiển búp sóng được điều chỉnh bởi thủ tục phần mềm, có một dải rộng mềm dẻo nhiều loại búp có thể được tạo ra, bao gồm búp quét, đa búp, búp hướng xác định, búp hướng không.
Khi chúng ta kết hợp các phương pháp truy nhập đó thì bộ xử lý số có mức thông tín cao hơn với tính lính hoạt của nó, chúng ta nhận thấy rằng định dạng và điều khiển búp sóng số cho một số các đặc trưng ngoài khả năng của những mảng pha thông thường.
1. Một số lượng lớn các búp sóng độc lập có độ định hướng cao có thể được thiết lập mà không làm suy giảm tỷ số tín hiệu trên tạp (SNR).
2. Tất cả các thông tin đến anten dãy đều được sử dụng trong bộ xử lý tín hiệu do đó hiệu suất của hệ thống có thể được tối ưu hóa.
3. Các búp sóng có thể được chỉ định cho từng người dùng, do đó đảm bảo rằng tất cả các liên kết đều hoạt động với hệ số tăng ích lớn nhất.
4. Định dạng và điều khiển búp sóng thích nghi có thể dễ dàng được thực thi để cải tiến dung lượng hệ thống bằng cách khử nhiễu đồng kênh. Các thuật toán mà biểu diễn được ở dạng toán học thì có thể được ứng dụng. Hơn nữa định dạng và điều khiển búp sóng thích nghi được sử dụng để các hệ thống tăng cường khả năng chống lại nhiễu đa đường.
5. Các hệ thống DBF cho khả năng thực hiện chuẩn máy thời gian thực cho các hệ anten trong miền số. Dó đó có thể làm giảm nhẹ yêu cầu phối hợp chặt chẽ của biên độ và pha giữa các bộ thu phát, do sự thay đổi các tham số này có thể được chỉnh chính xác trong thời gian thực.
6. Định dạng và điều khiển búp sóng bằng phương pháp số có nhiều ưu điểm nổi trội khi được sử dụng trong các trạm truyền thông vệ tinh. Nếu sau khi phóng vệ tinh, người ta phát hiện rằng cần nâng cấp bộ định dạng và điều khiển búp sóng thì một phần mềm thích hợp có thể được cập nhật từ xa tới trạm vệ tinh đó. Điều này có nghĩa là tuổi thọ của trạm được tăng lên do bổ xung các bộ phận mới trong thời gian hoạt động trong khi dung lượng của trạm được nâng lên.
Ngoài ra công nghệ định dạng và điều khiển búp sóng thích nghi được nhắc đến như là công nghệ anten thông minh trong một số tài liệu. Việc dùng thuật ngữ “smart” phản ánh khả năng của anten thích nghi với môi trường, hoạt động của nó. Tên anten thông minh và anten thích nghi có thể hoán đổi cho nhau [1].
1.2. Giới thiệu về anten dãy
Trong nhiều ứng dụng của anten, các hệ thống truyền thông điểm – điểm được ứng dụng. Búp sóng anten có độ định hướng cao có thể được sử dụng để tận dụng các ưu điểm. Hướng của búp sóng có thể được xác lập bằng cách tạo một dãy có nhiều phần tử bức xạ. Khi độ hướng tính của anten tăng lên, hệ số tăng ích cũng tăng theo. Ở phía điểm thu tăng hệ số hướng tính có nghĩa là anten thu ít tạp nhiễu từ môi trường tín hiệu. Ngoài ra cùng với một mức của tín hiệu của anten thu, nếu hệ số tăng ích của một hệ số dãy tăng lên mưới lần, thì cùng với đó là giảm công suất phát xuống mười lần. Điều này rất có ý nghĩa đó là các anten có hệ số khuếch đại cao đem lại lợi ích đáng kể trong các mạng viễn thông điểm – điểm.
1.2.1. Các tham số cơ bản của một anten dãy
Đồ thị bức xạ: Liên quan đến việc phân phối công suất phát xạ, nó như là một hàm theo hướng trong không gian và được gọi là hàm phát xạ của một anten.
Hệ số của dãy: Hế số của dãy biểu diễn đồ thị phát xạ của trường ở khu xa của một mảng các phần tử phát xạ vô hướng và được biểu diễn bằng hàm .
Búp sóng chính: Búp sóng chính của đồ thị phát xạ của một anten là miền bao gồm theo một hướng, mà theo hướng đó công suất phát xạ của anten là lớn nhất.
Búp sóng phụ : Là các miền còn lại theo các hướng khác của búp sóng chính. Cho một dãy tuyến tính với các phần tử giống nhau, búp phụ thứ nhất (búp gần búp sóng chính nhất ) trong đồ thị phát xạ là 13 dB dưới đỉnh của búp sóng chính.
Độ rộng búp : độ rộng búp của anten là độ rộng góc của búp sóng chính trong đồ thị phát xạ của trường ở khu xa. Nửa công suất độ rộng búp, hay 3 dB độ rộng búp là độ rộng góc đo được giữa điểm trên búp sóng chính, điểm đó có độ rộng búp 3dB với điểm lớn nhất của búp sóng chính. Một anten dãy tuyến tính với các phần tử giống nhau có độ rộng búp 3dB được xác định là:
HPBW= (1.1)
trong đó A là chiều dài thu của mảng.
Hiệu suất của anten: hiệu suất của anten được định nghĩa là tỷ số của tổng công suất bức xạ trên tổng công suất lối vào của một anten kí hiệu là .
hH14i598VMD2LQz
