¿Se pueden simplificar las señales I / Q de dos antenas perpendiculares a menos de 4 señales?

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Supongamos que tengo dos antenas de bucle magnético orientadas perpendicularmente, de manera que una antena tiene una orientación nula orientada al este / oeste, mientras que la otra tiene la orientación nula orientada hacia el norte / sur. Cada una de estas antenas está conectada a un receptor con un mezclador I / Q, y luego envío estas señales I / Q a una radio definida por software para demodulación y procesamiento.

El objetivo aquí es implementar un goniómetro (ver fig.2) < sup> (otra descripción con antenas de Adcock ) en software, para la búsqueda de direcciones o el filtrado espacial. Al combinar las señales de la antena en cierta proporción, es como si tuviera una única antena de bucle magnético que virtualmente puedo rotar en cualquier ángulo. Pero si puedo hacer esto en el software, puedo tener muchos de esos filtros espaciales a la vez, o hacer presentaciones espaciales en cascada, u otras cosas interesantes. Piense en ello como Ambisonics para RF.

Esto requiere cuatro señales: I y Q para cada antena, multiplicadas por dos antenas = cuatro señales.

Aquí está la pregunta: ¿es práctico, a través de alguna manipulación eléctrica o matemática, simplificar esto a tres o menos señales que necesitaría procesar? Me parece que una onda entrante tendrá cierta frecuencia y amplitud, información que ya está contenida en un solo par I / Q. Mi segunda antena agrega información adicional al capturar la rotación del plano del frente de onda recibido alrededor del eje arriba-abajo. ¿Requiere esto dos señales adicionales?

    
pregunta Phil Frost

3 respuestas

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El procesamiento I / Q es una abstracción útil para procesar señales de radio, especialmente cuando está interesado en información de fase para cosas como separar bandas laterales o demodular FM / PM. Como tal, es principalmente una abstracción de software; normalmente no existen como señales físicas separadas, excepto quizás dentro de un FPGA u otro chip de procesamiento de señales. Tendrá un solo cable de cada antena a la placa de procesamiento de señal.

¿Qué esperas obtener al intentar inventar una abstracción diferente?

En general, querrá la señal "completa" de cada antena, porque no sabe de qué dirección provendrá la señal, y cualquiera de las dos antenas podría quedar completamente anulada.

    
respondido por el Dave Tweed
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Necesitas las cuatro señales.

El procesamiento I / Q está ahí para evitar que se desvíe por la cancelación de fase entre su señal recibida y su oscilador local (LO) cuando se heterodina a una banda base.

Considere: Suponga que su LO y su señal recibida están en la misma frecuencia, pero tienen un desplazamiento de fase. Mezclar los dos resultados en una señal de salida, con una atenuación de la cancelación de fase que es proporcional a \ $ (1 + \ sin \ omega) \ $, donde \ $ \ omega \ $ es el ángulo de desplazamiento de fase en radianes. Si las dos señales están a 180 grados, se cancelan completamente.

El procesamiento I / Q utiliza dos mezcladores y un LO que emite dos señales, en la misma frecuencia pero 90 grados fuera de fase. Si la señal recibida está 180 grados fuera de una señal LO, solo estará 90 grados fuera de la otra, y ese lado del par I / Q todavía tendrá salida.

Como freebie, obtienes información de la fase. El grado de cancelación en las dos señales le indica el ángulo de fase exacto de la señal entrante con respecto a su LO.

Este es EXACTAMENTE el mismo principio que sus dos antenas de bucle, giradas 90 grados. Si la señal en la que está interesado está en el valor nulo de una antena, todavía obtendrá la señal de la otra antena, y ahora sabe de dónde proviene la señal.

Es por eso que realiza el procesamiento I / Q completo en ambas señales de antena, lo que significa que necesita las cuatro señales.

    
respondido por el John R. Strohm
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Si ambas antenas recibieran simultáneamente una señal directa de la misma fuente, los dos pares de IQ (cuatro números) incluirían información redundante, ya que uno podría definir tres números, phi, r1 y r2 de tal manera que 

i1 = cos(phi) * r1
q1 = sin(phi) * r1
i1 = cos(ph2) * r2
q1 = sin(ph2) * r2

En la práctica, sin embargo, no hay garantía de que las señales solo lleguen a través de una ruta directa. Es posible que una antena también reciba señales reflejadas. Imagine que el transmisor y el receptor se colocan de manera que se bloquee una señal directa, pero en ambos lados existen superficies reflectantes; una señal reflejada en un lado llegará al receptor desde una dirección perpendicular a la de una señal reflejada en el otro. Dependiendo de las distancias exactas, las señales que llegan a las antenas podrían tener cualquier posible relación de fase. Si bien podría ser ventajoso determinar un par de parámetros phi1 y phi2 y luego calcular una señal de salida maestra como: 

net = (I1*cos(phi1)+Q1*cos(phi1))*cos(phi2)+(I2*cos(phi1)+Q2*cos(phi1))*sin(phi2)

Determinar cuáles deberían ser los parámetros phi1 y phi2 puede ser difícil a menos que uno tenga las cuatro señales de CI con las que trabajar.

    
respondido por el supercat

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