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淺析相控陣的角分辨力和精度

冬至子 ? 來源:臨菲信息技術港 ? 作者:臨菲信息技術港 ? 2023-11-03 15:52 ? 次閱讀

角分辨力取決于陣列設計,在beamforming時,也與算法有關,不過,在此只談談基本問題,不說算法的事。

角分辨力的含義是:比如,如果有兩個信號,一個在50度,另一個在52度,(都以某個方向為參考),如果有一陣列,主波束對準50度方向接收信號,但同時52度的信號也進來了,就說明它的角分辨力不夠,接收時沒法“區分開”這兩個相差2度的信號;但如果52度的信號進不來,就說明這個陣的角分辨力至少可以小到2度?!欠直媪υ礁?,越能分辨兩個在方向上靠得很近的信號。

上面說的其它信號“進不來”,是需要有量來說話的,通常有-3dB,-10dB等,比期望信號低這么多,就說信號“進不來”。

發的時候,角分辨力的意思也是一樣的,如果主波束對準50度方向的用戶發信號,結果52度方向的用戶受到了干擾,就說明角分辨力不夠。同上,有沒有受到干擾,也需要用量來衡量。

上面是角分辨力的基本含義,不一定很準確。下面結合我們幾張ppt說一下。

圖片

理論上,角分辨力由陣列主波束寬帶決定,用3dB波束寬度,或者10dB波束寬帶。上圖解釋了3dB寬帶,也就是半功率寬度、0.707幅度寬度。

圖片

上面的仿真圖,給出了均勻線陣的主波束3dB寬度的近似計算公式,顯然,與陣元數目和陣元間距有關。另外,a圖的波束寬帶約為12.7度,它能分辨兩個方向差大于12.7度的信號,但如果兩個信號的方向差小于12.7度,比如只有5度,這個主波束就把兩個信號都“罩住了”,區別不開他們。b、c、d圖的3dB波束寬度分別約為6.3度、3度、1.6度(特別強調是近似值哈)。上面4個陣的陣元間距都是半個波長,陣元數分別是8、16、32、64.

下面說一下“準確度”。

角分辨力是衡量能不能在角度上分開兩個信號。而準確度是衡量主波束最大增益方向(可以看成是波束的“頂點”)是不是“對準”了期望方向。

圖片

上面的仿真,期望主波束對準0度方向(期望用戶方向),紅色波束的方向是準確的,而綠色的偏差了,沒有對準0度方向。下面是極坐標形式,綠色有偏差,紅色是對準的。

圖片

“準確”是衡量有沒有“對準”,偏差了多少。

再說一下“精度”。

“精度”一般是指能精確到什么程度。比如,能到達1度、0.5度、0.05度等。不同應用對精度有不同要求。軟硬件實現時,數字的位數(字的長度)對精度有很大影響。

“準確度”與“精度”的關系

顯然,精度不夠,也將導致偏差,即導致準確度下降。但二者的概念不等同。

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