Фазированные решетки Опции

[stas17]

Здравствуйте! Столкнулся с проблемой выбора при построение схемы устройства на фазированных решетках. В устройстве присутствуют большое количество пьезоэлементов, значит можно ставить один генератор и делитель частоты, либо количество генераторов должно быть равным количеству преобразователей, но если пьезоэлементов, например, 32 - это порядочно усложняет схему. И, если я не ошибаюсь, то при использовании большого количества генераторов, то можно задавать смещение фаз прямо в генераторе и использовать фазовращатели только при приеме сигнала. Также не понял какой лучше ставить фазовращатель: аналоговый или цифровой. Аналоговым тяжелее управлять (хотя можно поставить дешифратор и схемку к нему), а у цифрового свои проблемы...
Буду рад любому совету по этим вопросам!

[stas17]

Да, конечно, забыл уточнить. Частота порядка 10-20 МГц.

Сообщение отредактировал stas17 - Jun 26 2012, 09:42

[Proffessor]

Да, конечно, забыл уточнить. Частота порядка 10-20 МГц.

Ну, тогда фазирование аналогично антенным решеткам КВ-диапазона. Если использовать один источник сигнала, то или матрица Батлера (МБ) или коммутируемые линии задержки (КЛЗ) на отрезках кабеля или коммутируемые фиксированные фазовращатели (КФВ). Можно также поставить на каждый излучатель свой генератор на цифровом синтезаторе типа DDS (но подавать на все синтезаторы общую тактовую частоту) и управлять начальной фазой каждого синтезатора. Цифровое формирование сигналов и фазирование - более гибкое по сравнению с аналоговым, позволяет формировать с большой точностью любые фазовые сдвиги и даже амплитудное распределение. Матрица Батлера - только дискретные фазовые сдвиги. Например, матрица 16х16 -дает дискрет изменения фазы 22,5град, 32х32 - 12,25град, и т.д. На линиях задержки - требуется много коммутационных элементов и много отрезков кабеля, чем выше точность фазирования , тем больше. Преимущество аналоговых ДФС (МБ, КЛЗ, КФВ) в том, что они обратимы, могут работать как на прием так и на передачу.
Чтобы выбрать вариант на системном уровне, надо еще знать:
- количество элементарных излучателей и геометрию их расстановки;
- угловая ширина луча ДН в пространстве;
- точность установки луча в пространстве;
- мощность на одном излучателе в режиме передачи.

Сообщение отредактировал Proffessor - Jun 26 2012, 13:34

[stas17]

Ну, тогда фазирование аналогично антенным решеткам КВ-диапазона. .

Спасибо за ответ.
Если взять количество элементов равным 10. При использовании одного источника сигнала, то схема получается следующей: ИСТОЧНИК СИГНАЛА -> ДЕЛИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ -> (10 штук - МБ или КЛЗ или КФВ) -> БЛОК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ. А в приемном тракте: БЛОК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ -> (те же самые 10 штук МБ, КЛЗ или КФВ) -> СУММАТОР -> АЦП (единственный)

Второй вариант: 10 ЦИФРОВЫХ СИНТЕЗАТОРОВ типа DDS (в них же и происходит сдвиг фаз) -> БЛОК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ. А в приемном тракте: БЛОК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ -> опять же (10 штук МБ, КЛЗ или КФВ) ->СУММАТОР -> АЦП (единственный).

Если же ставить в приемном тракте цифровой фазовращатель, то перед ним стоит поставить, 10 АЦП (либо какую-то сложную схему с мультиплексором и одним очень быстрым АЦП, при этом непонятно насколько быстро она будет работать), если я правильно понимаю.

Что Вы имеете ввиду под "системным уровнем"? Формирование диаграммы направленности?

Все зависит от того какую схему фазированной решетки Вы планируете реализовать.

.

Спасибо за ответ. В варианте параллельно-последовательной схемы: N - генераторов, 1 приемник с мультиплексором (1:N), N - число элементов; если, например, будет 32 излучателя, то процесс приема и преобразования сигнала будет очень сложным, работа мультиплексора и далее одного или 32 фазовращателей будет очень долгой...Или я не прав?

Может быть еще один вариант параллельно-последовательной схемы: при одном генераторе и делителе частоты, а в приемном тракте организовать параллельный прием сигнала. Разве этот вариант не лучше?

Не злоупотребляйте излишне длинными цитатами

Сообщение отредактировал Microwatt - Jul 3 2012, 11:04

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[Proffessor]

Что Вы имеете ввиду под "системным уровнем"? Формирование диаграммы направленности?

Во что, надо Вам еще разобраться с возможностью формирования узкого луча в пространстве. Например, длина ультразвуковой волны в воздухе на 20MHz составляет единицы микрон и чтобы не было дифракционных максимумов излучения, расстояние между излучателями не должно превышать половины длины волны, а это уже влечет за собой соответствующее уменьшение размеров элементарного излучателя (если волновые акустические процессы аналогичны электромагнитным). Если звуковая волна распространяется в воде, длина волны возрастает всего в пять раз, что не облегчает проблему.

...если я правильно понял приёмный тракт это следующее: элемент->мультиплексор->АЦП->....а далее можно подать сразу на ПЛИС и в ней просуммировать с необходимыми задержками??

Да, в режиме приема сигнал с каждого элемента можно подать на свой АЦП и дальше уже в цифре производить нужные сдвиги фаз и суммирование. Это есть цифровое формирование ДН.

Сообщение отредактировал Proffessor - Jul 4 2012, 10:54

[stas17]

Во что, надо Вам еще разобраться с возможностью формирования узкого луча в пространстве...

Насколько я понимаю это все относится к расчетам по формированию луча, его угла ввода и остальных параметров диаграммы направленности. И исходя из определенных вычислений будут ясны: размер решетки и каждого элемента, расстояние между ними и их расположение.
Я думал, что сначала следует разобраться со структурной схемой устройства, а потом уже производить расчеты необходимых законов. или я ошибаюсь?