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Dirección del haz

La orientación del haz es una técnica para cambiar la dirección del lóbulo principal de un patrón de radiación . La inclinación del haz se utiliza en radio para dirigir el lóbul...

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La orientación del haz es una técnica para cambiar la dirección del lóbulo principal de un patrón de radiación . La inclinación del haz se utiliza en radio para dirigir el lóbulo principal del patrón de radiación del plano vertical de una antena por debajo (o por encima) del plano horizontal .

Radio y radar

En los sistemas de radio y radar , la orientación del haz se puede lograr mediante la conmutación de los elementos de la antena o mediante el cambio de las fases relativas de las señales de radiofrecuencia que los alimentan. Como resultado, esto dirige la señal transmitida hacia el receptor deseado. En la actualidad, la orientación del haz desempeña un papel importante en las comunicaciones 5G debido a la naturaleza cuasi-óptica de las frecuencias 5G. [ 1 ]

El método más sencillo para inclinar el haz es la inclinación mecánica, en la que la antena se monta físicamente de forma que se reduzca el ángulo de la señal en un lado. Sin embargo, esto también la eleva en el otro lado, lo que limita su utilidad a situaciones muy específicas.

Patrones de radiación horizontales y verticales, este último con una marcada inclinación del haz hacia abajo.

Más común es la inclinación eléctrica del haz, donde se ajusta la fase entre los elementos de la antena para que la señal se dirija (generalmente) hacia abajo en todas las direcciones. [ 2 ] Esto es extremadamente útil cuando la antena está en un punto muy alto y es probable que el borde de la señal no alcance el objetivo (audiencia de transmisión, usuarios de teléfonos celulares, etc.).

Con la inclinación eléctrica, los lóbulos frontal y posterior se inclinan en la misma dirección. Por ejemplo, una inclinación eléctrica hacia abajo hará que tanto el lóbulo frontal como el posterior se inclinen hacia abajo. Esta es la propiedad que se utiliza en el ejemplo anterior, donde la señal apunta hacia abajo en todas las direcciones. Por el contrario, la inclinación mecánica hacia abajo hará que el lóbulo frontal se incline hacia abajo y el posterior hacia arriba. En casi todos los casos prácticos, las antenas solo se inclinan hacia abajo, aunque técnicamente es posible inclinarlas hacia arriba.

El uso de un sistema de inclinación puramente eléctrico, sin inclinación mecánica, es una opción atractiva por razones estéticas, que son muy importantes para los operadores que buscan la aceptación de antenas integradas en ubicaciones visibles.

En las redes celulares GSM y UMTS, la inclinación mecánica es casi siempre fija, mientras que la inclinación eléctrica se puede controlar mediante actuadores remotos y sensores de posición, lo que reduce los gastos operativos. La inclinación eléctrica remota se abrevia como RET y forma parte de la especificación abierta del Antenna Interface Standards Group para la interfaz de control de dispositivos de antena. [ 3 ]

En ocasiones, se utilizan conjuntamente la inclinación mecánica y eléctrica para lograr una mayor inclinación del haz en una dirección que en la otra, principalmente para adaptarse a terrenos irregulares . Junto con el relleno nulo , la inclinación del haz es el parámetro esencial que controla el enfoque de las radiocomunicaciones , y en conjunto pueden crear combinaciones casi infinitas de patrones de radiación tridimensionales para cualquier situación.

Optimización de la inclinación del haz

La optimización de la inclinación del haz es una técnica de optimización de red utilizada en redes móviles que tiene como objetivo controlar la inclinación del ángulo de inclinación vertical de la antena para optimizar un conjunto de indicadores de rendimiento de la red.

Diferentes estudios en optimización de inclinación del haz [ 4 ] se centran en la optimización de cobertura-capacidad (CCO), cuyo objetivo es controlar la inclinación del haz para optimizar conjuntamente la cobertura de radio y la capacidad en las celdas de la red y reducir la interferencia de las celdas vecinas.

Existen principalmente dos tipos de enfoques para la optimización de la inclinación del haz:

  1. Algoritmos basados ​​en reglas : consisten en estrategias de optimización basadas en el conocimiento del dominio y la teoría de control, y se basan principalmente en la optimización de métricas de utilidad, [ 5 ] o políticas basadas en umbrales que emplean lógica difusa (FL) para modelar indicadores representativos del rendimiento de la red. [ 6 ]
  2. Algoritmos basados ​​en datos  : consisten en estrategias de optimización basadas en el uso de técnicas de aprendizaje basadas en la disponibilidad de datos de red (por ejemplo, técnicas de Bandit Contextual (CB)), o mediante la interacción directa con el entorno (por ejemplo, técnicas de Aprendizaje por Refuerzo (RL) [ 4 ] [ 7 ] ).

Acústica

En acústica , la direccionalidad del haz se utiliza para dirigir el audio de los altavoces a una ubicación específica en el área de escucha. Esto se logra modificando la magnitud y la fase de dos o más altavoces instalados en una columna, donde el sonido combinado se suma y se cancela en la posición requerida. Comercialmente, este tipo de disposición de altavoces se conoce como arreglo lineal . Esta técnica existe desde hace muchos años, pero desde la aparición de la tecnología moderna de procesamiento digital de señales (DSP), ahora hay muchos productos disponibles comercialmente en el mercado. La direccionalidad del haz y el control de directividad mediante DSP fueron desarrollados a principios de la década de 1990 por Duran Audio, que lanzó una tecnología llamada DDC (Control Digital de Directividad).

Sistema óptico

En los sistemas ópticos , la dirección del haz se puede lograr cambiando el índice de refracción del medio a través del cual se transmite el haz o mediante el uso de espejos , prismas , lentes o rejillas de difracción giratorias . Algunos ejemplos de métodos de dirección de haz óptico incluyen cardanes mecánicos basados ​​en espejos o unidades de dirección de haz, mecanismos de galvanómetro que hacen girar los espejos, prismas de Risley , óptica de matriz de fase y sistemas microelectromecánicos que utilizan microespejos.

Aplicaciones y técnicas emergentes de direccionamiento de haces

El alcance de las tecnologías de direccionamiento de haces se ha ampliado significativamente con innovaciones que atienden tanto a aplicaciones tradicionales como a demandas emergentes en campos como la comunicación por satélite, el radar y las redes 5G. [ 8 ] [ 9 ] Los métodos tradicionales como los reflectores parabólicos y las matrices de fase ahora se complementan con antenas Reflectarray (RA) [ 10 ] y Transmitarray (TA) [ 11 ] . Estos diseños sirven como alternativas planas de alta ganancia con ventajas en costo, eficiencia y escalabilidad, cumpliendo con los requisitos modernos para sistemas compactos y ligeros. Uno de los enfoques más recientes en direccionamiento de haces implica el Metadireccionamiento de Campo Cercano (NFMS), [ 12 ] que utiliza metasuperficies de gradiente de fase colocadas muy cerca de una antena de alimentación. Este método logra el direccionamiento de haces 3D empleando estructuras compactas que permiten un control de gran ángulo tanto en elevación como en azimut, demostrando ser altamente efectivo para sistemas donde el espacio y la altura del perfil son limitados.

La dirección de haz también ha encontrado aplicaciones esenciales en la comunicación de alta velocidad y sin interferencias para los mercados de defensa y civiles. Los sistemas de comunicación basados ​​en satélites, por ejemplo, requieren capacidades de dirección de haz de doble banda para manejar flujos de datos de enlace ascendente y descendente simultáneamente. [ 13 ] [ 8 ] [ 9 ] El desarrollo de antenas de dirección de haz para sistemas de comunicación por satélite en movimiento (SOTM) [ 13 ] destaca la necesidad de antenas que no solo sean eficientes, sino también ligeras, de bajo perfil y rentables. Persisten desafíos, como abordar las limitaciones de costos y lograr velocidades de escaneo más altas y anchos de banda más amplios. [ 13 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ AS, Pradeep; Bidkar, GA; D, Thippesha; Nagaraj; MPM, Spurthi; Vishal (octubre de 2020). "Diseño de una antena compacta de direccionamiento de haz con una novedosa estructura de metasustrato". 2020 IEEE International Conference on Distributed Computing, VLSI, Electrical Circuits and Robotics (DISCOVER) . pp. 96–99 . doi : 10.1109/DISCOVER50404.2020.9278085 . ISBN  978-1-7281-9885-9. S2CID 229358777 . 
  2. ↑ Alexander, WC (6 de noviembre de 2002). "Overshoots and Close-In Coverage" . Radio World . Archivado del original el 3 de agosto de 2010. Recuperado el 14 de agosto de 2009 .
  3. ↑ "Copia archivada" (PDF) . www.torni.fi . Archivado del original (PDF) el 20 de julio de 2011. Consultado el 12 de enero de 2022 .{{cite web}}: CS1 mantenimiento: copia archivada como título ( enlace )
  4. 1 2 Dandanov, Nikolay; Al-Shatri, Hussein; Klein, Anja; Poulkov, Vladimir (27-10-2016). "Autooptimización dinámica de la inclinación de la antena para lograr el mejor equilibrio entre cobertura y capacidad en redes móviles" . Wireless Personal Communications . 92 (1): 251– 278. doi : 10.1007/s11277-016-3849-9 . ISSN 0929-6212 . S2CID 37595264 .  
  5. ↑ Eckhardt, Harald; Klein, Siegfried; Gruber, Markus (mayo de 2011). "Optimización de la inclinación vertical de la antena para estaciones base LTE" . 2011 IEEE 73rd Vehicular Technology Conference (VTC Spring) . IEEE. págs. 1–5 . doi : 10.1109/vetecs.2011.5956370 . ISBN  978-1-4244-8332-7. S2CID 9179981 . 
  6. ↑ Saeed, Arsalan; Aliu, Osianoh Glenn; Imran, Muhammad Ali (abril de 2012). "Control de redes celulares autorreparables mediante lógica difusa" . Conferencia IEEE de Comunicaciones Inalámbricas y Redes (WCNC) de 2012. IEEE. págs. 3080–3084 . doi : 10.1109/wcnc.2012.6214334 . ISBN  978-1-4673-0437-5. S2CID 12043190 . 
  7. ↑ Balevi, Eren; Andrews, Jeffrey G. (diciembre de 2019). "Ajuste de antena en línea en redes celulares heterogéneas con aprendizaje profundo por refuerzo" . IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking . 5 (4): 1113– 1124. arXiv : 1903.06787 . doi : 10.1109/tccn.2019.2933420 . ISSN 2332-7731 . S2CID 81979656 .  
  8. 1 2 Flores-Vidal, X.; Flament, P.; Durazo, R.; Chavanne, C.; Gurgel, K.-W. (2013). "Radares de alta frecuencia: Calibraciones de formación de haces utilizando barcos como reflectores*" . Journal of Atmospheric and Oceanic Technology . 30 (3): 638– 648. Bibcode : 2013JAtOT..30..638F . doi : 10.1175/jtech-d-12-00105.1 . ISSN 0739-0572 . 
  9. 1 2 Jayakrishnan, VM; Vijayan, Deepthy M (2020). "Análisis de rendimiento de antenas inteligentes para comunicaciones marinas" . 2020 2.ª Conferencia Internacional sobre Mecanismos Innovadores para Aplicaciones Industriales (ICIMIA) . IEEE. págs. 88–91 . doi : 10.1109/icimia48430.2020.9074900 . ISBN  978-1-7281-4167-1.
  10. ^ Nayeri, Payam; Yang, Fan; Elsherbeni, Atef Z. (6 de febrero de 2018). Antenas reflectoras . Wiley. doi : 10.1002/9781118846728 . ISBN 978-1-118-84676-6.
  11. ↑ Abdelrahman, Ahmed H.; Yang, Fan; Elsherbeni, Atef Z.; Nayeri, Payam (2017), "Antenas de matriz de transmisión de banda ancha" , Synthesis Lectures on Antennas , Cham: Springer International Publishing, pp. 95–113 , doi : 10.1007/978-3-031-01541-0_6 , ISBN  978-3-031-00413-1, consultado el 3 de noviembre de 2024
  12. ↑ Afzal, Muhammad U.; Esselle, Karu P. (2017). "Steering the Beam of Medium-to-High Gain Antennas Using Near-Field Phase Transformation" . IEEE Transactions on Antennas and Propagation . 65 (4): 1680– 1690. Bibcode : 2017ITAP...65.1680A . doi : 10.1109/tap.2017.2670612 . ISSN 0018-926X . 
  13. 1 2 3 Esselle, Karu P. (2020-07-05). "Una breve descripción general de las tecnologías de antenas para terminales móviles de comunicación satelital en movimiento" . Simposio Internacional IEEE 2020 sobre Antenas y Propagación y Reunión Norteamericana de Ciencias de la Radio . IEEE. págs. 1637–1638 . doi : 10.1109/ieeeconf35879.2020.9330396 . ISBN  978-1-7281-6670-4.

Fuente: Norma Federal 1037C

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