Dans le domaine deantennes réseauLa formation de faisceaux, également appelée filtrage spatial, est une technique de traitement du signal permettant de transmettre et de recevoir des ondes radio ou sonores sans fil de manière directionnelle. Elle est couramment utilisée dans les systèmes radar et sonar, les communications sans fil, l'acoustique et les équipements biomédicaux. Généralement, la formation et le balayage de faisceaux sont réalisés en ajustant la relation de phase entre l'antenne source et chaque élément du réseau d'antennes, de sorte que tous les éléments transmettent ou reçoivent des signaux en phase dans une direction spécifique. Lors de la transmission, le formateur de faisceaux contrôle la phase et l'amplitude relative du signal de chaque émetteur afin de créer des interférences constructives et destructives sur le front d'onde. Lors de la réception, la configuration du réseau de capteurs privilégie la réception du diagramme de rayonnement souhaité.
Technologie de formation de faisceaux
La formation de faisceau est une technique utilisée pour orienter le diagramme de rayonnement d'un faisceau vers une direction souhaitée avec une réponse fixe. La formation de faisceau et le balayage de faisceau d'unantenneUn tel réseau peut être réalisé par un système à déphasage ou par un système à retard temporel.
Déphasage
Dans les systèmes à bande étroite, le délai temporel est également appelé déphasage. À la fréquence radio (RFEn bande passante ou en fréquence intermédiaire (FI), la formation de faisceau peut être réalisée par déphasage à l'aide de déphaseurs à ferrite. En bande de base, le déphasage peut être obtenu par traitement numérique du signal. En fonctionnement à large bande, la formation de faisceau par retard temporel est privilégiée afin de garantir que la direction du faisceau principal reste indépendante de la fréquence.
RM-PA17731
RM-PA10145-30 (10-14,5 GHz)
Décalage
On peut introduire un retard temporel en modifiant la longueur de la ligne de transmission. Comme pour le déphasage, ce retard peut être introduit à la fréquence radio (RF) ou à la fréquence intermédiaire (FI), et il fonctionne bien sur une large bande de fréquences. Cependant, la bande passante du réseau à balayage temporel est limitée par celle des dipôles et par l'espacement électrique entre eux. Lorsque la fréquence de fonctionnement augmente, l'espacement électrique entre les dipôles augmente également, ce qui entraîne un rétrécissement du faisceau aux hautes fréquences. Si la fréquence augmente encore, des lobes de réseau apparaissent. Dans un réseau à commande de phase, ces lobes se produisent lorsque la direction de formation du faisceau dépasse la valeur maximale du faisceau principal. Ce phénomène engendre des erreurs dans la distribution du faisceau principal. Par conséquent, pour éviter les lobes de réseau, les dipôles de l'antenne doivent être correctement espacés.
Poids
Le vecteur de pondération est un vecteur complexe dont l'amplitude détermine le niveau des lobes secondaires et la largeur du faisceau principal, tandis que la phase détermine l'angle du faisceau principal et la position du zéro. Les pondérations de phase pour les antennes à bande étroite sont appliquées par des déphaseurs.
RM-PA7087-43 (71-86 GHz)
RM-PA1075145-32 (10,75-14,5 GHz)
Conception de faisceaux
Les antennes capables de s'adapter à l'environnement radiofréquence en modifiant leur diagramme de rayonnement sont appelées antennes réseau actives à commande de phase. Les techniques de formation de faisceaux peuvent inclure les matrices de Butler, de Blass et de Wullenweber.
Matrice de Butler
La matrice Butler combine un pont à 90° et un déphaseur pour obtenir une couverture jusqu'à 360° si la conception de l'oscillateur et le diagramme de directivité sont appropriés. Chaque faisceau peut être utilisé par un émetteur ou un récepteur dédié, ou par un seul émetteur ou récepteur commandé par un commutateur RF. Ainsi, la matrice Butler permet d'orienter le faisceau d'un réseau circulaire.
Matrice de Brahs
La matrice de Burras utilise des lignes de transmission et des coupleurs directionnels pour réaliser une formation de faisceau à retard temporel en vue d'un fonctionnement à large bande. Elle peut être conçue comme un formateur de faisceau à rayonnement direct, mais l'utilisation de terminaisons résistives engendre des pertes plus importantes.
Réseau d'antennes Woollenweber
L'antenne Woollenweber est un réseau circulaire utilisé pour la radiogoniométrie en bande HF. Ce type d'antenne peut utiliser des éléments omnidirectionnels ou directionnels, et son nombre varie généralement de 30 à 100 éléments, dont un tiers est dédié à la formation séquentielle de faisceaux très directionnels. Chaque élément est relié à un dispositif radio qui contrôle la pondération d'amplitude du diagramme de rayonnement grâce à un goniomètre balayant 360° sans altérer significativement les caractéristiques du diagramme. De plus, grâce à un délai temporel, l'antenne forme un faisceau rayonnant vers l'extérieur, permettant ainsi un fonctionnement à large bande.
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Date de publication : 7 juin 2024
