THUẬT TOÁN CHO ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG

Hình 1.5: Dãy vòng với k phần tử cách đều Theo đó hệ số dãy cho một dãy vòng K phần tử đặt cách đều xách định theo công thức: K −1 F ( φ ,θ ) = ∑ Ak e  i α k −κ Rcos( φ −φk ) sinθ   k =0 (1.12) Ak e iα biểu thị trọng số phức cho phần tử thứ k. Trong trường hợp để có búp sóng chính k hướng theo góc ( φ0 ,θ 0 ) trong không gian, pha của trọng số của cho phần tử k có thể được chọn là: α k = κ Rcos ( φ0 − φk ) sinθ 0 (1.13) Trong nhiều ứng dụng, như anten trạm gốc, đồ thì bức xạ theo góc phẳng θ = π 2 được quan tâm. Trong trường hợp này hệ số dãy được cho bởi: K −1 F ( φ ) = ∑ Ak e  i α k −κ Rcos( φ −φk )   k =0 (1.14) Một thí dụ của F ( φ ) cho dãy vòng tám phần tử với bán kính R = 0.6533λ như trong hình 1.6, khi đó búp sóng của anten được lái theo hướng φ0 = 0 . 11 Hình 1.6: Đồ thị bức xạ của một dãy vòng 8 phần tử với R = 0.6533λ , búp sóng của o anten được lái theo hướng φ = 0 Một một đặc tính đi kèm của anten dãy vòng là sự có mặt của mức búp sóng phụ cao trong đồ thị búp sóng của nó. Thí dụ một anten dãy vòng với các phần từ cách đều và các trọng số giống nhau thì đỉnh thấp nhất của mức búp phụ vào khoảng 8dB đối với búp sóng chính. Mức búp sóng phụ là một hàm của θ0 và φ0 trong việc thêm vào nhiều tham số vật lý của dãy. 1.2.4. Nhân đồ thị Trọng phạm vi chúng ta chỉ quan tâm đến những dãy phần tử anten đẳng hướng. Phần tử đẳng hướng có thế bức xạ hoặc thu năng lượng giống nhau ở tất cả các hướng. Một anten đẳng hướng là một sự tưởng tượng trong toán học, nó không tồn tại trong thực tế. Trong thực tế, tất cả các phần tử anten có đồ thị bức xạ không giống nhau. Có lẽ xấp xỉ tốt nhất một anten đẳng hướng là các lưỡng cực có kích thước ngắn, và trong thực tế cũng như vậy, lưỡng cực này có các điểm không ở giữa các điểm đầu và điểm cuối của nó . Chúng ta hãy quan tâm đến dãy bao gồm các phần tử anten đẳng hướng giống nhau, chúng có độ thị bức xạ được quyết định bởi hàm f ( θ ,φ ) . Nguyên lý của nhân đồ thị đó là đồ thị búp sóng của một dãy là kết quả của tích đồ thị của một phần tử với hệ số dãy. Đồ thị búp sóng của dãy G ( θ ,φ ) được cho bởi: 12 G ( θ ,φ ) = f ( θ ,φ ) F ( θ ,φ ) (1.15) Trong đó F ( θ ,φ ) là hệ số dãy. Nguyên lý của nhân đồ thị (1.15) cho kết quả rất chính xác. Nó chỉ ra nhiều định lý gắn liền tới việc thiết kế dãy, các định lý này độc lập với mỗi phần tử anten và được sử dụng để thiết lập dãy. Ngoài ra nó còn được sử dụng để xác định hệ số dãy của một dãy phức tạp, đó là dãy bao gồm hai nửa dãy đơn. 1.2.5. Dãy phẳng Thêm các phần tử cách đều dọc theo một đường thẳng để hình thành một dãy tuyến tính, dãy này có thể đặt các phần trong một mặt phẳng để hình thành nên một dãy phẳng. Trên thực tế, dãy vòng là dạng đặc biệt của dãy phẳng, khi mà các phần tử được đặt cách đều dọc theo một đường tròn và đường tròn này thường được đặt trong một mặt phẳng nằm ngang. Các dãy phẳng cung cấp thêm các tham số và các tham số này được sử dụng để điều khiển và quyết định đến đồ thị búp sóng của dãy. Búp sóng chính của dãy có thể được lái theo các hướng bất kỳ trong nửa không gian phía trên của dãy. Hình 1.7: Dãy phẳng hình chữ nhật Một trong nhiều hình dáng chung của dãy phẳng là dãy hình chữ nhật. Dãy này gồm các phần tử được đặt dọc theo một mạng hình chữ nhật như hình 1.7. Một dãy hình chữ nhật có thể được xem như là một dãy tuyến tính bao bồm L phần tử, trong đó mỗi một phần tử là một dãy tuyến tính với hệ số dãy được cho bởi công thức: 13 K− 1 F1 ( u ) =∑ k e A i ( κkdx sinu+kα) (1.16) k= 0 { Với sinu = sinθ .cosφ và Ak e ikα } K −1 k =0 là các trọng số phức. Hệ số dãy cho một dãy tuyến tính L phần tử được cho bởi công thức: L −1 F2 ( v ) = ∑Bl e ( i κ ldy sin v +l β ) (1.17) l =0 { Với sin v = sinθ .sin φ và Bl e ilβ } L −1 l =0 là các trọng số phức. Theo nguyên lý nhân đồ thị, hệ số dãy cho cả dãy hình chữ nhật được xác định theo công thức: F = F1 ( u ) F2 ( v ) (1.18) Một dạng khác của dãy phẳng là dãy lục giác, theo đó các phần tử được đặt dọc theo một mạng ba góc với khoảng cách cách đều giữa các phần tử là d như hình 1.8. Việc xác địnhh hệ số dãy cho dãy phẳng lục giác là không đơn gian như dãy hình chữ nhật, đã có một số cách để xách định hệ số dãy. Cách đơn giản là xem dãy lục giác như một dãy bao một phần tử đơn đặt ở vị trí trung tâm và một số dãy vòng sáu phần tử đồng tâm có bán kính khác nhau như hình 1.9 . Hệ số dãy của cả dãy sẽ là tổng của các dãy vòng và phần tử trung tâm, được xác định theo công thức: Kh F ( θ ,φ ) = A0 + ∑ k =1 k 5 ∑ ∑A l =1 m =0 k ,l ,m ( ) i α k ,l ,m −κ Rk .l cos φ −φk ,l ,m sinθ   e (1.19) K h là số hình lục giác. Thí dụ, trong trường hợp dãy như hình 1.8, giá trị của K h là 3. Hình 1.8: Dãy phẳng 6 hình lục giác 14 Hình1.9: Dãy phẳng hình lục giác có thể được xem như bao gồm một số dãy vòng tròn 6 phần tử, đồng tâm có bán kính khác nhau 1.3. Định dạng và điều khiển búp sóng bằng phương pháp tương tự Thuật ngữ định dạng và điều khiển búp sóng liên quan đến một chức năng được thi hành bởi một thiết bị hoặc một bộ dụng cụ dùng trong nghiên cứu khoa học, trong đó năng lượng được bức bởi một anten được hội tụ lại dọc theo một hướng đặc biệt trong không gian. Mục đích là để thu tối ưu tín hiệu theo mỗi hướng cần thu hoặc là phát tối ưu tín hiệu theo mỗi hướng cần phát. Thí dụ, trong hệ thống anten parabol, vật hình đĩa là mạng điều khiển búp sóng, trong đó nó thu được năng lượng, năng lượng này nằm góc mở và góc mở được hình thành bởi chu vi của đĩa và tại điểm tiếp điện của anten. Đĩa và ống tiếp điện hoạt động như một máy tích phân không gian. Năng lượng tử nguồn trường khu xa, trường này mang tính chất như một sóng phẳng với hướng tối ưu của anten, đến tại điếm tiếp điên được xăp xếp theo trật tự thời gian và do đó được cộng lại một cách liên tục. Thông thường, những nguồn đến từ các hướng khác đến điểm tiếp điện không cùng lúc và cộng một cách rời rạc. Vì nguyên nhân này, định dạng và điều khiển búp sóng thường được xem như bộ lọc không gian. 15 Hình 1.10: Mạng điều khiển búp sóng tương tự Ngoài ra bộ lọc không gian có thể được tiến hành bằng việc sử dụng các dãy anten. Trên thực tế, một dãy có thể được xem như một góc mở được lấy mẫu. Khi một dãy được chiếu bởi một nguồn, mẫu của nguồn sóng tới được ghi lại tại vị trí của các phần tự anten. Lối ra của các phần tử có thể đưa ra nhiều dạng của xử lý tín hiệu, ở khía cạnh nào đó, sự hiệu chỉnh pha hoặc biên độ được thực hiện để kết quả các lối ra cung cấp các thông tin về góc tại cùng một thời điểm cho các tín hiệu đến theo nhiều hướng khác nhau trong không gian. Khi lối ra của các phần tử của dãy được kết hợp lại qua một vài mạng pha thụ động, pha sẽ thường xuyên được hiệu chỉnh tới lối ra của tất cả các phần tử để thêm tính rõ ràng cho hướng đã cho. Nếu thông tin cần thu có liên quan đến từ các tín hiệu đến từ các miền khác nhau trong không gian, thi một mạng pha khác có thể được thực thi. Mạng pha sẽ điều khiển biên độ và pha của dòng kích thích, và thường được gọi nó là mạng điều khiển búp sóng. Nếu điều khiển búp sóng được tiến hành ở tần cao, thì mạng điều khiển búp sóng tương tự thường bao gồm một số thiết bị, các thiết bị này sẽ thay đỗi pha và công suất của tín hiệu đưa vào. Hình 1.10, đưa ra một thí dụ về một bộ điều khiển búp sóng ở tấn số vô tuyến, nó được thiết kế để chỉ tạo ra một búp sóng. Mạng điều khiển búp sóng có thể được thực hiện bằng việc sử dụng các thấu kính viba, sóng dẫn đường, các đường truyền tin, các mạch in vi sóng, và các bộ lai ghép. Hình 1.11 đưa ra một anten dãy vi dải gồm 4 phần tử với một mạng điệu khiển búp sóng. Đây là cấu trúc đơn giản có khả năng tạo ra chỉ một búp sóng. Hơn nữa, nó chỉ đưa ra một trọng số đổng thời, ở khía cạnh nào đó đồ thị của dãy được xác định bởi hàm sin. 16