Posibilitati de Utilizare a Antenelor Adaptive In Domeniul Militar

POSIBILITĂȚI DE UTILIZARE A ANTENELOR ADAPTIVE ÎN DOMENIUL MILITAR

Antenele reprezintă componentele cheie ale oricărui sistem de comunicații wireless. Aceste dipozitive permit transferul semnalului prin unde care se propagă in spațiu și care poate fii recepționat de o altă antenă.

Denumirea de antenă provine de la cuvântul limbii latine „antenna” care se traduce sub denumirea de catarg sau tijă. Aceasta denumire a apărut deoarece primele antene utilizate au fost realizate sub formă de bare sau tije metalice.

Antenele , respectiv dispozitivele antenelor , operează de obicei in medii dinamice , unde semnalul , atât cel dorit cât si interferențele ajung prin schimbări de direcție și cu puteri diferite. Ca și rezultat, dispozitivele sistemelor adaptive au fost schimbate. Aceste dispozitive de antene folosesc un algortim de pondere adaptiv care se modelează pe baza semnalelor recepționate , cu scopul de a îmbunătați performanțele acestui dispozitiv.

Dispozitivele adaptive pot constitui o singură antenă cu elemnte active sau o serie de antene similare care au capacitatea de a schimba modelul lor de radiații combinate pentru a rezista în diferite condiții. Rețelele active scanate electronic (AESAs-Active Electronically Scanned Arrays) manipulează transformatoarele de fază și atenuatoarele la fața fiecărui loc radiant pentru a oferi o capacitate aproape instantanee de scanare precum si a modelului si polarizării de control. Acest lucru este in special benefic pentru aplicațiile radar, deoarece o singură antena oferă posibilitatea de a comuta îintre mai multe moduri diferite , cum ar fi căutarea, urmărirea , cartografierea și măsuri îmoptriva bruiajului.

Termenul de „antenă adaptivă” a fost în prealabil utilizat de Vann Atta și alții pentru a descrie un sistem de auto-fazare al antenei care reradia semnalul in direcția de unde a fost primit.

Prin sistem adaptiv se ințelege un sistem la care se folosește informația disponibilă în scopul conducerii sistemului astfel ca aceasta să indeplinească un anume criteriu de optimalitate .

„Antenele adaptive, cunoscute frecvent sub denumirea de antene inteligente, sunt antene ce folosesc algoritmi inteligenți de prelucrare a semnalului pentru a identifica semnătura semnalului spațial , cum ar fi direcția de sosire „.Sistemele de antene adaptive estimează dircția de sosire a semnalului , utilizând tehnici , cum ar fi MUSIC(Multiple Signal Classification), estimarea parametrilor semnalului prin tehnici de rotație invariantă,algoritmi (ESPRIT) sau metoda lui Matrix Pencil. Ultima metodă este eficientă în cazul sistemelor de timp real și în conformitate cu sursele corelate. Astfel se pot calcula vectorii de formare a lobilor în vederea urmăririi și localizării antenei care a generat semnalul.

Tehnica de formare a lobilor (beamforming) se folosește pentru ca antenele adaptive să-și poată modifica caracteristica de radiație în funcție de necesitățile de comunicare.

Pentru a se înțelege funcționarea antenelor adaptive se poate spune că acestea sunt echivalentul radio al capului unei persoane. Aceasta are o perche de urechi pentru a recpționa sunete, o gură pentru a emite sunete și creierul care procesează toate semnalele. Antenele adaptive funcționează asemănător cu capul uman , spre exemplu , dacă auzim o persoană care vorbește cu noi de la depărtare, putem determina direcția de unde vine sunetul datorită diferențelor de întârziere de la cele două urechi și astfel se poate determina în ce direcție trbuie să întoarcem capul pentru a auzi cât mai clar. O altă caracteristică a acestora o reprezintă și selectarea semnalelor de la sursele dorite, respectiv suprimarea semnaleor de la sursele nedorite.

„O antenă adaptivă constă din M elemente , a căror semnale sunt procesate adaptat pentru a exploata dimensiunea spațială a canalelor radio maobile.”Antenele adaptive lucrează într-un mod similar cu capul descris mai sus. Ele combină multipli elemenți de antenă cu capacitatea de a procesa semnalul pentru a transmite și recepționa sub o formă adaptivă, întrucât acel sistem schimbă automat direcția modelului de emisie-recepție , ca răspuns la poziția utilizatorului mobilului. La fel cum creierul procesează sunetele primite de către fiecare ureche , semnalul recepționat de fiecare element poate fi comparat pentru a fi determinată direcția sursei. Antena poate fi electronic orientată spre sursa de semnal. Așezarea actuală a antenei , rămâne fixă. Orientarea este atinsă prin calcule matematice asupra semnalului recepționat la fiecare element. Prin efectuarea acestor calcule în timp real , antena adaptivă poate electronic să urmărească sursa de semnal în timp ce aceasta se mișcă.

O antenă adaptivă reprezintă un număr de elemente care pot adapta structura antenei pentru a schimba mediul acesteia.

Fiecare antenă este asociată cu o greutate ce este adaptiv actualizată astefel încât să se obțină câștig într-o anumită direcție, în timp ce în direcția corespunzătoare semnalelor de interferență să fie minimalizată. Se schimbă modelul radiației sau a recepției pentru a se adapta la variația de zgomot și interferențe în scopul de a îmbunătăți raportul dintre semnal și zgomot (SNR) al semnalului dorit. Acest procedeu mai este cunoscut ca și „adaptive beamforming” sau „ digital beamforming”.

Antenele adaptive pot fi considerate ca fiind un sistem de diversitate extinsă, având mai mult de două ramuri diverse.

Antenele adaptive au o serie de avantaje datorită cărora sunt folosite într-un număr atât de mare în aplicații:

Raza de acoperire mai bună – focalizând modul antenei cât mai direct , marește raza și acoperirea unei stații de bază;

Capacitate marită- focalizând modelul antenei către utilizator și în altă direcție față de interferator permite operatorului de rețea să crească densitatea celulei , ceea ce are ca efect o capacitate a sistemului mărită. Creșterea capacității poate fi realizată prin SDMA(Acces Multiplu prin Diviziune Spațială) procedeu similar cu FDMA sau TDMA ceea ce presupune Acces Multiplu prin Diviziunea Frecvenței respectiv a Timpului;

Respingerea căilor multiple – antenele adaptive pot reduce recepția semnalelor nedorite. Aceasta are efectul de a reduce întârzierea canalului , acceptând ca rate mai mari de date sa fie suportate;

Consumul eficeient de enrgie – utilizând elemenți multipli pentru a optimiza creșterea procesării in conexiunea inferioară rezultă o creștere a eficienței de consum a energiei;

Creșterea calității serviciilor și apariția de noi servicii(locația poziției);

Antenel adaptive sunt folosite la reducerea întârzierilor și a variațiilor;

Eficiența spectrală poate fii înlocuită cu o rată mai bună de transmisie;

Antenele adaptive fac trecerea din 2D în 3D ;

Un avantaj major al antenelor adaptive este posibilitatea urmăririi simultane a mai multor ținte ;

Sistemele de antene adaptive au cunoscut o dezvoltare spectaculoasă , întrucât inițial au fost utilizate în domeniul militar , în cazul aplicațiilor RADAR.

CAPITOLUL 1. UTILIZAREA ANTENELOR ADAPTIVE IN DIFERITE APLICAȚII ȘI PARAMETRII ACESTORA

Parametrii antenelor adaptive

O antenă poate fii descrisă ca fiind un mijloc pentru a emite sau recepționa unde radio.Astfel putem spune că antena este un sistem de radiocomunicații ce transformă semnalul electric de radiofrecvență în câmp electromagnetic care este rdiat în mediul înconjurător , în cazul antenelor folosite pentru emisie și transformă câmpul electromagnetic în semnal electric în cazul antenelor pentru recepție.

Dacă se proiectează o antenă , trebuie să se țină cont de anumiți parametrii ce apar în construția și funcționarea acesteia.

Polarizarea – antena realizează conversia semnalului electric de radiofrecvență în câmp electromagnetic, care este format din câmp electric și câmp magnetic, fiind situate perpendicular unul pe celălalt. Antena poate fi polarizată liniar și atunci câmpul electric este orientat orizontal sau perpendicular pe suprafața pământului , sau poate fi polarizată circular și atunci câmpul electric se rotește în sens orar sau invers acelor de ceasornic.

Câștigul antenei – este un parametru important , indiferent dacă antena este utilizată pentru emisie sau pentru recepție. Antenele sunt directive dacă o cantitate mare de energie este radiată într-o anumită direcție. Câștigul antenei reprezintă raportul dintre cantitatea de energie radiată de antenă pe direcția principală și cea radiată de o antenă nedirecțională(radiator izotrop). Antena are același câștig indiferent dacă este folosită pentru emisie sau pentru recepție.

Frecvența de rezonanță – depinde de design-ul antenei și reprezintă frecvența la care antena are un maxim de eficiență.

Lățime de bandă – „este setul de frecvențe în jurul frecvenței de rezonanță unde eficiența la emisie sau recepție este aproape de 90% sau -10 dB”.

Lobii principali și cei secundari – caracteristica de directivitate este formată din mai mulți lobi. Lobul cu energia cea mai mare este denumit lob principal, iar ceilalți sunt lobi secundari.