Beamforming strategies for active multi-mode antennas: Maximum gain, Signal-to-Noise ratio, and polarization discrimination

Prinsloo, D.S.; Ivashina, Marianna; Maaskant, Rob; Meyer, P.

doi:10.1109/iceaa.2014.6903908

Cited by 7 publications

(7 citation statements)

References 5 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…A linearly constrained minimum variance BF method is presented in [36] as a technique to improve the calibration efficiency of an array-fed reflector antenna. In [37], various BF strategies that utilize the available excitation modes are applied to a quad-mode antenna in order to maximize the gain, the signal-to-noise ratio (SNR), and the polarization discrimination, while maintaining a minimum noise over the field of view. In [38], efficient BF solutions are proposed to improve the quality of service in the 60 GHz band covered by the IEEE 802.11ad wireless networking standard.…”

Section: Prior Artmentioning

confidence: 99%

An Effective Modification of Conventional Beamforming Methods Suitable for Realistic Linear Antenna Arrays

Zaharis

Gravas

Lazaridis

et al. 2020

IEEE Trans. Antennas Propagat.

View full text Add to dashboard Cite

Antenna array beamforming (BF) refers to a real-time procedure that aims at calculating the proper feeding weights applied to the array elements in order to create a main lobe and a number of nulls toward respective preassigned directions. Most of the research performed on BF has been based on a simplified mathematical model, which ignores the nonisotropic radiation pattern of the array elements and the element mutual coupling. This article introduces an innovative way to incorporate the actual radiation pattern of the array elements and the element coupling into two popular deterministic BF methods, thus making these methods applicable to realistic antenna arrays. These two modified methods are applied in several scenarios, where a desired signal and several interference signals with various directions of arrival are received by a realistic microstrip linear antenna array. The statistical analysis performed in every scenario demonstrates the validity and effectiveness of the proposed modification. Index Terms-Antenna array beamforming (BF), direction of arrival (DoA), microstrip arrays, minimum variance distortionless response (MVDR), mutual coupling, null steering beamforming (NSB). I. INTRODUCTION A NTENNA array beamforming (BF) is related to a particular problem that has to be solved in real time. It concerns the calculation of feeding weights applied by a proper feeding network to the elements of the antenna array in order to make the array create a main lobe and a number of radiation nulls toward respective preassigned directions [1]-[19]. In fact, the main lobe direction must coincide with the direction of Manuscript

show abstract

Section: Prior Artmentioning

confidence: 99%

An Effective Modification of Conventional Beamforming Methods Suitable for Realistic Linear Antenna Arrays

Zaharis

Gravas

Lazaridis

et al. 2020

IEEE Trans. Antennas Propagat.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Modes MM 1 and MM 2 are seen to radiate dipole-over-ground patterns across the frequency band with mode MM 3 radiating in a typical monopole fashion. Note that the lower measured gain of mode MM 4 can be attributed to the mismatch of this mode observed within the operating frequency band [3].…”

Section: Conical Quad-mode Antenna Designmentioning

confidence: 99%

“…These antennas utilize multiple orthogonal Transverse Electromagnetic (TEM) modes to excite integrated, and co-located, dipole and monopole elements through a multiconductor transmission line. In [3], the authors introduce a conical quad-mode antenna and illustrate the improved FoV coverage with respect to gain, sensitivity and polarimetric performance that can be obtained through judicious use of the four available TEM excitation modes.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Quad-mode antenna for wide-scan sparse arrays

Prinsloo

Meyer

Maaskant

et al. 2015

2015 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation &Amp; USNC/URSI National Radio Science Meeting

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…A lot of applications related to beamforming can be found in the literature [70,71], [76][77][78][79][80][81][82][83][84][85]. Optimal beamforming methods suitable for airborne radars are proposed in [70,71].…”

Section: Chapter 4 Beamforming Techniquesmentioning

confidence: 99%

“…A linearly constrained minimum variance beamforming method is presented in [79] as a technique to improve the calibration efficiency of an array fed reflector antenna. In [80], various beamforming strategies that utilize the available excitation modes are applied to a quad-mode antenna in order to maximize the gain, the SNR, and the polarization discrimination, while maintaining minimum noise over the field of view. In [81], efficient beamforming solutions are proposed to improve the quality of service in the 60 GHz band covered by the IEEE 802.11ad wireless networking standard.…”

Section: Chapter 4 Beamforming Techniquesmentioning

confidence: 99%

Development of beamforming techniques for antenna arrays

Gravas¹,

Γράβας²

View full text Add to dashboard Cite

Η παρούσα διδακτορική διατριβή ασχολείται με δύο σημαντικά προβλήματα μορφοποίησης δέσμης ακτινοβολίας. Το πρώτο πρόβλημα μορφοποίησης δέσμης που απασχολεί την παρούσα διδακτορική διατριβή, είναι αυτό της στατικής μορφοποίησης του διαγράμματος ακτινοβολίας. Σε τέτοιες περιπτώσεις, δεν υπάρχει ανάγκη για μορφοποίηση του διαγράμματος ακτινοβολίας σε πραγματικό χρόνο, αλλά στόχος είναι η επίτευξη ενός σταθερού κατευθυντικού διαγράμματος ακτινοβολίας που ανταποκρίνεται σε συγκεκριμένες προδιαγραφές. Τέτοιες κεραίες για παράδειγμα χρησιμοποιούνται στην εκπομπή τηλεοπτικού σήματος. Στην παρούσα διατριβή έγινε σχεδιασμός στοιχειοκεραιών που ανταποκρίνονται σε συγκεκριμένες προδιαγραφές, μέσω εξελικτικών αλγορίθμων βελτιστοποίησης. Οι προδιαγραφές αυτές συμπεριλαμβάνουν την μεγιστοποίηση του κέρδους και της αποδοτικότητας της κεραίας και την ελαχιστοποίηση του λόγου στάσιμου κύματος και του ύψους των πλευρικών λοβών. Επιπρόσθετα, ερευνήθηκε η δυνατότητα σχεδιασμού του δικτύου τροφοδοσίας της στοιχειοκεραίας χωριστά από τον σχεδιασμό της κεραίας, όταν είναι γνωστές μόνο οι ενεργές αντιστάσεις εισόδου των στοιχείων της κεραίας. Το συμπέρασμα της άνω έρευνας ήταν θετικό, κάτι το οποίο είναι αρκετά χρήσιμο για τους σχεδιαστές δικτύων τροφοδοσίας και στοιχειοκεραιών.Το δεύτερο πρόβλημα μορφοποίησης δέσμης αφορά την μορφοποίηση του διαγράμματος ακτινοβολίας σε πραγματικό χρόνο, την λεγόμενη προσαρμοστική μορφοποίηση δέσμης, μια διαδικασία που στοχεύει στην εύρεση των κατάλληλων βαρών τροφοδοσίας που επιτυγχάνουν την στροφή του κύριου λοβού προς την κατεύθυνση του επιθυμητού εισερχόμενου σήματος (ΕΕΣ), και την τοποθέτηση μηδενισμών προς τις κατευθύνσεις των ανεπιθύμητων εισερχομένων σημάτων (ΑΕΣ). Η διαδικασία αυτή είναι πολύπλοκη καθώς οι κατευθύνσεις άφιξης του ΕΕΣ και των ΑΕΣ αλλάζουν σε πραγματικό χρόνο, και για τον λόγο αυτό τα βάρη τροφοδοσίας πρέπει να υπολογίζονται ξανά και ξανά.Οι περισσότερες μέθοδοι προσαρμοστικής μορφοποίησης δέσμης ακτινοβολίας με σκοπό να υπολογίσουν τα κατάλληλα βάρη τροφοδοσίας, βασίζονται στην σωστή εκτίμηση των διανυσμάτων οδήγησης των εισερχόμενων σημάτων. Αυτή η εκτίμηση γίνεται από τις περισσότερες μεθόδους σε θεωρητικό επίπεδο, καθώς δεν λαμβάνουν υπόψη ούτε την αμοιβαία σύζευξη μεταξύ των στοιχείων της κεραίας, ούτε το μη-ισοτροπικό διάγραμμα ακτινοβολίας των στοιχείων, θεωρώντας πως τα στοιχεία συμπεριφέρονται απλά σαν ισοτροπικές πηγές. Συνεπώς, κατασκευάζουν τα διανύσματα οδήγησης λαμβάνοντας υπόψη μόνο τις διαφορές φάσεων των ηλεκτρικών πεδίων των πηγών, λόγω των διαφορετικών τους θέσεων στο χώρο. Στην παρούσα διατριβή, πραγματοποιήθηκε προσπάθεια βελτίωσης των προσαρμοστικών τεχνικών μορφοποίησης μέσω μιας νέας μεθόδου η οποία λαμβάνει υπόψη την αμοιβαία σύζευξη μεταξύ των στοιχείων της κεραίας και το μη-ισοτροπικό διάγραμμα ακτινοβολίας των στοιχείων. Η επίτευξη αυτού γίνεται μέσω της κατασκευής των διανυσμάτων οδήγησης από ρεαλιστικές τιμές του ηλεκτρικού πεδίου στοιχειοκεραιών, οι οποίες έχουν εξαχθεί μέσω κυματικής ανάλυσης. Μέσω αυτής της προσέγγισης, είναι αναμενόμενο να αυξηθεί η ακρίβεια των μεθόδων μορφοποίησης, πράγμα που επαληθεύθηκε στην διατριβή μέσω εκτενών στατιστικών αναλύσεων και προσομοιώσεων. Επιπρόσθετα, έγινε προσπάθεια ανάπτυξης ενός αλγόριθμου που ελέγχει το ύψος των πλευρικών λοβών των διαγραμμάτων ακτινοβολίας που δημιουργούν οι συμβατικές μέθοδοι μορφοποίησης δέσμης. Η σημασία τέτοιων αλγορίθμων είναι μεγάλη, καθώς σε κάποια χρονική στιγμή που ο μορφοποιητής δέσμης επεξεργάζεται ένα συγκεκριμένο μπλοκ πληροφοριών, μπορεί να υπάρξει εμφάνιση νέων ΑΕΣ σε διάφορες κατευθύνσεις, τα οποία δεν είχαν ληφθεί υπόψη και για τον λόγο αυτό το τρέχον σετ βαρών τροφοδοσίας δεν μπορεί να τα εξαλείψει στην έξοδο του μορφοποιητή. Γίνεται λοιπόν κατανοητό πως οι μέθοδοι μορφοποίησης που δεν λαμβάνουν υπόψη το ύψος των πλευρικών λοβών, είναι εκτεθειμένοι σε σήματα παρεμβολής τα οποία δεν είχαν προβλεφθεί. Η σημασία όλων των παραπάνω μεθόδων/αλγορίθμων που αναπτύχθηκαν στην διατριβή είναι μεγάλη, καθώς την περίοδο που διεξαγόταν η διδακτορική διατριβή τα δίκτυα τηλεπικοινωνιών πέμπτης γενιάς ήταν υπό ένταξη, και η μορφοποίηση δέσμης ακτινοβολίας σε πραγματικό χρόνο ήταν μία από τις σημαντικές καινοτόμες λειτουργίες που εισήγαγαν. Συγκεκριμένα, η μορφοποίηση δέσμης ακτινοβολίας σε πραγματικό χρόνο βελτιώνει την λήψη/εκπομπή σήματος και επίσης συμβάλλει στην αντιμετώπιση των προβλημάτων της μιλιμετρικής μπάντας, δηλαδή, τις αυξημένες απώλειες διάδοσης και την ευπάθεια των κυμάτων σε αυτή την ζώνη σε εμπόδια.

show abstract

Beamforming strategies for active multi-mode antennas: Maximum gain, Signal-to-Noise ratio, and polarization discrimination

Cited by 7 publications

References 5 publications

An Effective Modification of Conventional Beamforming Methods Suitable for Realistic Linear Antenna Arrays

An Effective Modification of Conventional Beamforming Methods Suitable for Realistic Linear Antenna Arrays

Quad-mode antenna for wide-scan sparse arrays

Development of beamforming techniques for antenna arrays

Contact Info

Product

Resources

About