Phased Array Antennen verstehen (Beamforming digital)

Gast #6973269
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Hallo liebes Board,

Ich kann irgendwie nicht nachvollziehen wie man beim digitalen 
Beamforming bei Phased Array Antennen, den Winkel der Hauptkeule durch 
verändern der einzelnen Phasen der einzelnen Arrayantennen  beeinflussen 
kann. Wie sieht der Zusammenhang zwischen Phase des Signals der 
einzelnen Antennen und der Winkel der Abstrahlubg aus....




Ich verstehe es irgendwie nicht und bedanke mich im voraus.

Lg
#6973471
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Raldu8 schrieb:
> ie sieht der Zusammenhang zwischen Phase des Signals der
> einzelnen Antennen und der Winkel der Abstrahlubg aus....

Genau wie bei der richtungsabhängigen Zerlegung von Licht in die 
Spektralfarben durch ein optisches Gitter.
Dort ergibt die Überlagerung der von den vielen Einzelstrahlern 
ausgesandten Kugelwellen eine ebene Welle, die sich in einer bestimmten 
Richtung ausbreitet, wenn der Gangunterschied zwischen benachbarten 
Spalten bzw. Strahlern genau 1 Wellenlänge (oder ein ganzahliges 
Vielfaches davon)  beträgt.
https://de.wikipedia.org/wiki/Optisches_Gitter#Gittergleichung

Beim Radar ändert man nicht die Wellenlänge, sondern den 
Gangunterschied, scheinbar also den Abstand zwischen den "Antennchen" 
und bewirkt so eine Strahlschwenkung.

Übrigens gibt es etwas ähnliches auch im Optischen.
Dabei lässt man eine Ultraschallwelle durch einen Glasblock laufen und 
strahlt quer dazu kohärentes (Laser)Licht, hindurch.
Durch die Zug und Druckschwankungen der Ultraschallwelle verändert sich 
der Brechungsindex des Glases geringfügig.
Dadurch entsteht ein optisches Gitter mit einer Periode, die der 
Wellenlänge des Ultraschalls entspricht, und das Licht wird entsprechend 
in frequenzabhängige Richtungen gebeugt.
Beachte, dass dieses Gitter nicht stationär ist (wird in der 
Gittergleichung auch nicht gefordert), sondern mit Schallgeschwindigkeit 
durch das Glas läuft.

Man verwendet solche Anordnungen in akusto-optischen-Modulatoren (AOM) 
oder zur schnellen Strahlschwenkung.
Auch als optischer Spektrumsanalysator wird das benutzt, wobei nicht 
etwa das Spektrum des Lichtes, sondern das des elektrischen Signals 
ermittelt wird, welches die Piezos für die Ultraschallwelle antreibt.
Gast #6973588
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Raldu8 schrieb:
> Ich kann irgendwie nicht nachvollziehen wie man beim digitalen
> Beamforming bei Phased Array Antennen, den Winkel der Hauptkeule durch
> verändern der einzelnen Phasen der einzelnen Arrayantennen  beeinflussen
> kann. Wie sieht der Zusammenhang zwischen Phase des Signals der
> einzelnen Antennen und der Winkel der Abstrahlubg aus....
>

Die Abstrahlkeule(n) der beiden Antennen bliebt unverändert.
Bei der Empfangsantenne ergibt sich eine phasenabhängige Überlagerung.
Sind die Phasen der beiden Sendeantennen (aus Sicht der Empfangsantenne 
(Handy usw.) gleich, konstruktive Überlagerung, ergibt das bei der 
Antenne ein starkes Signal.
Sind sie gegenphasig, also destruktiv, ev. gar keins.

In die Richtung zurück ist es auch so. Empfangen die beiden Antennen in 
gleicher Phasenlage dann ergibt sich ein gutes Signal, ist die 
Phasenlage unterschiedlich ein schlechtes oder garkeins.


 Kurt
Gast #6973706
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Raldu8 schrieb:
> Ja aber was hat das doppelspaltexperiment mit der Phase der
> speisung
> einer Antenne zu tun?

Nix

>
> Ich meine die Phase gibt ja lediglich nur die Position des Signals im
> Zeigerdiagramm an...

Die Phasenlageninformation ist auf die Phasenlage einer anderen Antenne 
bezogen.

 Kurt
Gast #6973714
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Raldu8 schrieb:
> Ich bin so blöd die Wellenlänge des abgestrahlten Signals
>
> Vielen dank

Die Wellenläng ändert sich natürlich nicht , es sind einfach zwei 
Signale (bei zwei Sendeantennen) die gleiche Frequenz und Wellenlänge 
haben, aber halt ein unterschiedliches Phasenverhältnis zueinander.

Die Abstrahungsrichtung(en) und Keule(n) ändern sich, bei 
unterschiedlicher Wellenlänge der beiden Signale, natürlich nicht.
Nur die Empfangsantenne, kann auch ein Reflektor sein, empfängt ein, 
entsprechend der Überlagerung der beiden empfangenen Signale, mehr oder 
weniger starkes Signal.


 Kurt
Gast #6973718
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Raldu8 schrieb:
> Wieso werden aber Phasenschieber verwendet. Bzw seh ich dann
> irgendwie
> nicht den Sinn einer PLL die ja die Frequenz vorgibt....

Ob PLL oder LC-Kreis spielt keine Rolle, die Phasenlage, der Unterschied 
zueinander, ergibt sich aus den Laufzeiten der Signale zu den Antennen.

 Kurt
Gast #6973732
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Raldu8 schrieb:
>
> Ich meine die Phase gibt ja lediglich nur die Position des Signals im
> Zeigerdiagramm an...

Nein, die Phasenlage zweier gleicher empfangener Signale zueinander 
bestimmt wie "stark" das Empfangssignal ist.
Ist die Phasenlage gleich gibts konstruktives Verhalten, also ein 
starkes Signal, stärker als nur bei einem Signal,
Ist sie unterschiedlich ergibt sich Destruktivität, das geht bis zur 
Auslöschung der beiden Signale gegenseitig (abhängig von der Phasenlage 
der beiden Signale zueinander).
Es wird nichts empfangen.

 Kurt
Gast #6973741
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Kurt schrieb:
> Raldu8 schrieb:
>>
> Ist sie unterschiedlich ergibt sich Destruktivität, das geht bis zur
> Auslöschung der beiden Signale gegenseitig (abhängig von der Phasenlage
> der beiden Signale zueinander).
> Es wird nichts empfangen.
>

Nachtrag:

Selbstverständlich bleiben dabei die beiden Signale der beiden Antennen 
am Ort der Empfangsantenne vorhanden, auch deren Sendekeulen und 
Richtungen bleiben unverändert.

Hast du z.B zwei Empfänger/Empfangsantennen die an unterschiedlichen 
Orten sich befinden (z.B. 90° auseinander) und eine steht gerade 
"destruktiv", die andere "konstruktiv", dann kann durch die 
Phasenlagenveränderung einer der beiden Sendeantennen, die Situation 
umgekehrt werden.

  Kurt
Gast #6974087
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Kurt schrieb:
> Raldu8 schrieb:
>> Ich bin so blöd die Wellenlänge des abgestrahlten Signals
>>
>> Vielen dank
>
> Die Wellenläng ändert sich natürlich nicht , es sind einfach zwei
> Signale (bei zwei Sendeantennen) die gleiche Frequenz und Wellenlänge
> haben, aber halt ein unterschiedliches Phasenverhältnis zueinander.
>
> Die Abstrahungsrichtung(en) und Keule(n) ändern sich, bei
> unterschiedlicher Wellenlänge der beiden Signale, natürlich nicht.
> Nur die Empfangsantenne, kann auch ein Reflektor sein, empfängt ein,
> entsprechend der Überlagerung der beiden empfangenen Signale, mehr oder
> weniger starkes Signal.
>
>  Kurt

Hier ist ein grober Fehler drin.
Richtig ist:

Die Abstrahungsrichtung(en) und Keule(n) ändern sich, bei
unterschiedlicher Phasenlage der beiden Signale zueinander, natürlich 
nicht.

 Kurt
#6983694
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Ich möchte einen einfachen Verständnisweg anbieten, aufzeigen:

Es gibt eine Anordnung aus mehreren Elementen einer Antenne, meistens 
Dipole.

Wird ein Signal aus einer Richtung eingestrahlt, tritt an jedem Element 
eine Position (0-360°z.B.) innerhalb einer Phase auf. Diese Positionen 
sind beim Senden und empfangen identisch (bzw. zeitlich rückwärts, 
Laufzeitrichtung).

Würde jetzt das gleiche Signal aus 2 Richtungen einstrahlen oder die 
Richtwirkung irgendwie anders sein, würde sich das in den Phasen bzw. 
Phasenpositionen bemerkbar machen.
Gast #6983771
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Mit Ansys Maxwell 3D laesst sich das vorzueglich modellieren
und simulieren.
Braucht leider einiges an Rechenkapazitaet.

Eine Phase-Array-Antenne hat auch nur sehr bedingt mit dem
Doppelspaltexperiment zu tun.
#6983822
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Raldu8 schrieb:
> Wieso werden aber Phasenschieber verwendet. Bzw seh ich dann irgendwie
> nicht den Sinn einer PLL die ja die Frequenz vorgibt....

Die Frequenz bleibt ja gleich, die Phasenschieber sind nur das 
elektronische Pendant zu mechanischen Drehung des Antennenfeldes.

Wenn Du die Phasenverschiebung Sender-seitig nicht verstehst, vielleicht 
empfangsseitig und rein mechanisch -> Suche mal nach Phasenpeiler und 
Fuchsjagd

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