Ăng-ten mảng pha

Ăng-ten mảng pha là loại ăng-ten có thể thay đổi hình dạng và hướng của mẫu bức xạ mà không cần di chuyển ăng-ten. Các thành phần trong ăng-ten mảng pha được sắp xếp theo cách mà các tín hiệu được truyền bởi mỗi ăng-ten được kết hợp và cung cấp độ lợi, độ định hướng và hiệu suất tốt hơn theo cả hai hướng.

Điều này được thực hiện bằng cách truyền tín hiệu có cùng tần số từ mỗi phần tử trong mảng, nhưng với các giá trị pha/độ dịch chuyển khác nhau giữa các phần tử ăng-ten riêng lẻ trong mảng. Độ dịch chuyển pha được tính toán để tạo ra nhiễu mang tính xây dựng theo hướng mong muốn, trong khi nhiễu phá hủy có thể xảy ra theo hướng khác.

Việc xác định độ lệch pha theo hướng mong muốn của chùm tia liên quan đến các phép tính toán học phức tạp và được thực hiện bởi hệ thống máy tính.

Hệ thống mảng điều khiển điện tử thụ động (PESA)

Tín hiệu từ máy phát được truyền đến ăng-ten thông qua bộ dịch pha, được điều khiển bởi hệ thống máy tính (bộ điều khiển pha) có chức năng dịch pha điện tử, do đó điều khiển hướng của mẫu bức xạ của ăng-ten.

Ăng-ten mảng pha bao gồm nhiều ăng-ten nhỏ, số lượng có thể dao động từ vài đến hàng trăm hoặc hàng nghìn ăng-ten.

Để giảm kích thước tổng thể, nên sử dụng mảng pha cho các ứng dụng tần số cao. Vì kích thước của ăng-ten tỷ lệ nghịch với tần số hoạt động, tần số càng cao thì ăng-ten càng nhỏ, khiến mảng pha trở thành lựa chọn tuyệt vời cho sóng milimet 5G và các ứng dụng tần số cao khác.

Ăng-ten mảng pha trên PCB

Các loại ăng-ten mảng pha

Có nhiều loại ăng-ten mảng pha khác nhau, nhưng bốn loại phổ biến nhất là:

• Hệ thống mảng điều khiển điện tử thụ động (PESA)
• Hệ thống truyền động điện chủ động (AESA)
• Hình thành chùm tia kỹ thuật số (DBF)
• Tạo hình chùm tia lai (HBF)

Hệ thống mảng điều khiển điện tử thụ động (PESA)

PESA là một loại ăng-ten mảng pha sử dụng một máy phát duy nhất cho tất cả các ăng-ten có sẵn, như thể hiện trong hình ảnh bên dưới. Trong thiết lập này, mỗi ăng-ten có một bộ dịch pha giúp dịch pha tín hiệu theo nhu cầu của ăng-ten để điều khiển chùm tia ăng-ten. Mảng ăng-ten điều khiển điện tử thụ động được coi là thế hệ đầu tiên của ăng-ten mảng pha và được sử dụng trong nhiều ứng dụng quân sự và thương mại.

Mảng pha điện tử chủ động

Ăng-ten Mảng điều khiển điện tử chủ động (AESA) là ăng-ten Mảng pha thế hệ thứ hai có bộ phát riêng cho từng thành phần ăng-ten, tất cả đều được điều khiển bằng máy tính. Thiết lập này tiên tiến hơn PESA và có thể truyền nhiều sóng vô tuyến có tần số khác nhau theo các hướng khác nhau cùng một lúc.

Sơ đồ cơ bản của AESA

Tạo chùm tia kỹ thuật số

Mảng pha định hình chùm tia kỹ thuật số (DFB) có bộ thu kỹ thuật số được kết nối với từng phần tử ăng-ten. Khi tín hiệu được số hóa tại từng phần tử ăng-ten bởi bộ thu, chùm tia ăng-ten có thể được tạo ra kỹ thuật số trong Mảng cổng lập trình trường (FPGA).

Tạo hình chùm tia lai

Mảng pha sử dụng chùm tia lai (HBF) có thể được coi là sự kết hợp giữa PESA và AESA. HBF sử dụng các mảng con của các thành phần ăng-ten được kết nối với các máy phát riêng biệt. Một mảng đầy đủ được hình thành bằng cách kết hợp các mảng con này lại với nhau. Vì có nhiều mảng con, nên các cụm chùm tia có thể được tạo đồng thời bằng cách sử dụng HBF.

PESA được gắn ở đầu máy bay chiến đấu.

Ăng-ten mảng pha đã được sử dụng trong các ứng dụng quân sự trong nhiều năm. Chúng ban đầu được tạo ra để sử dụng trong các hệ thống radar, nhưng việc sử dụng chúng đã tăng lên theo thời gian. Ăng-ten mảng pha được sử dụng trong phát sóng, liên lạc tàu vũ trụ, nghiên cứu thời tiết, thiết bị quang học, giao diện người-máy, v.v. Ăng-ten mảng pha cũng đang được sử dụng trong các công nghệ không dây thương mại mới, chẳng hạn như 5G và Wi-Fi 6 mới.