如何將冥王星變成相控陣波束成形器

在這篇文章中，我們將添加一些 Python 代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)相移。然后我們將實(shí)際看到數(shù)組模式！最后！

數(shù)字移相

為了將我們的設(shè)置轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)南嗫仃嚕覀冃枰獙?duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行相移。這將補(bǔ)償一個(gè)天線元件相對(duì)于另一個(gè)天線元件接收的延遲。幸運(yùn)的是，對(duì)冥王星的接收數(shù)據(jù)應(yīng)用相移（Δφ）非常容易 - 您只需乘以-jΔφ的復(fù)指數(shù)即可。所以Python代碼是：

delayed_Rx_1 = Rx_1 * np.exp（1j*np.deg2rad（phase_delay））

其中phase_delay以度為單位

這些代碼的大部分與我們之前博客中經(jīng)歷的“Hello World”代碼非常相似。但是有兩個(gè)新功能：“calcTheta”和“dbfs”?！癱alcTheta”函數(shù)只是返回給定相移的轉(zhuǎn)向角（?）。我們?cè)谏弦黄┛椭锌吹搅诉@些方程式?！癲bfs”函數(shù)相對(duì)于冥王星的滿量程范圍縮放接收到的數(shù)據(jù)。它與dBm不同 - dBm相對(duì)于1 mW功率的dB。相反，dBFS是相對(duì)于接收器滿量程的dB。在這種情況下，它是冥王星ADC的滿量程 - 即12位。

最后，這個(gè)新的Python程序的重大變化是在Rx_1數(shù)據(jù)上實(shí)現(xiàn)相移。但是做一個(gè)相移并查看單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)并不是很有趣。因此，讓我們掃描從-180°到+ 180°的所有可能的相移。我們可以超越這一點(diǎn)，但階段只會(huì)重新包裝到自身，所以它不會(huì)給我們更多獨(dú)特的數(shù)據(jù)。

最終設(shè)置

但在單擊該運(yùn)行按鈕之前，讓我們確保我們的設(shè)置正確。

首先，讓我們將TX1天線移動(dòng)到? = 0°位置。這是機(jī)械視線位置。并將d設(shè)置為波長(zhǎng)的一半左右。在我的程序中，我使用 2.3 GHz，因此我將 RX1 和 RX2 天線設(shè)置為 d=65 mm。

繪制光束

有了這個(gè)，我們可以點(diǎn)擊運(yùn)行！您將看到的是我們應(yīng)用于RX2的相移函數(shù)幅度圖。它看起來(lái)像這樣：

程序?qū)⒂涗浄逯档奈恢?，并將該相移轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的轉(zhuǎn)向角。在這種情況下，峰值處于116°的相移處，對(duì)應(yīng)于? = 40°的方向。但是我們將發(fā)射天線定位為 ? = 0°！！這到底是怎么回事呢？問(wèn)題是相位校準(zhǔn) - 這在波束成形系統(tǒng)中非常重要。

校準(zhǔn)

在我們的兩個(gè)接收通道之間，存在各種相位（和增益?。┎黄ヅ?。例如，將天線連接到濾波器的 SMA 電纜的長(zhǎng)度不完全相同。即使它們是，它們結(jié)構(gòu)的微小差異也會(huì)使它們的電氣長(zhǎng)度不同。因此，您可以從兩根電纜獲得不同的相移，在2.3 GHz。您可以購(gòu)買相位匹配的電纜，但它們非常昂貴！即使你這樣做了，濾波器和模擬前端也存在其他不匹配。

幸運(yùn)的是，對(duì)于雙元素?cái)?shù)組，校準(zhǔn)非常簡(jiǎn)單。我們只需將發(fā)射器對(duì)準(zhǔn)機(jī)械視線，然后將陣列移位，直到接收模式在發(fā)射器物理位置達(dá)到峰值（即 0°）。未校準(zhǔn)的峰值現(xiàn)在為Δφ=116°，因此我們只需要將其添加到我們應(yīng)用的每個(gè)相位延遲中即可。在“phase_cal”變量中輸入您的值（可能不會(huì)是 116°）。這樣做現(xiàn)在應(yīng)該可以得到這個(gè)：

現(xiàn)在我們看到一個(gè)不錯(cuò)的圖案，以0°為中心。如果你在自己的實(shí)驗(yàn)室里做這件事（我真的希望你是 - 這就是這個(gè)博客的重點(diǎn)！），然后移動(dòng)發(fā)射器并注意情節(jié)是如何變化的。您將看到峰值（由垂直紅色虛線表示）移動(dòng)到發(fā)射器所在的位置。在每種情況下，您都可以看到振幅在發(fā)射器所在的位置附近基本持平，然后隨著相移的增加而滾落。您可以在上面列出的YouTube鏈接中看到此操作的視頻。這種相移應(yīng)該在通電和時(shí)間推移中保持得很好。所以你可能不需要每次啟動(dòng)冥王星時(shí)都這樣做。

到達(dá)方向

在上面的圖中，這條紅色垂直線給出了傳輸信號(hào)的“到達(dá)方向”（DOA）。我們將在以后的博客中對(duì)波束成形器做其他事情。但是現(xiàn)在，讓我們專注于將其用作DOA測(cè)量工具。對(duì)于DOA來(lái)說(shuō)，我們必須做指南針圖是一個(gè)悠久的傳統(tǒng)。事實(shí)上，它已經(jīng)在我上面鏈接的示例代碼文件中。只需設(shè)置“Plot_Compass = True”，您會(huì)看到如下所示的內(nèi)容：

這條藍(lán)線將指向發(fā)射器的確切位置。

結(jié)論

我們終于做到了！我們構(gòu)建了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的數(shù)字波束成型器

審核編輯“郭婷