What is Beamforming? The best explanation I’ve ever heard.

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Bom dia a todos,

Hoje gostaria de partilhar convosco um vídeo com uma explicação simples e particularmente boa do que é Beamforming.

Hoje em dia, o 5 G tem beamforming, os radares tem beamforming, os sonares usam, as máquinas de ecografia usam e até a minha pequena câmera acústica tinha beamforming e muitas outras coisas usam técnicas de beamforming.

Beamforming é a capacidade de sem componentes móveis de direcionar um feixe de maior intensidade, sinal (ondulatório) de RF, som ou vibração numa determinada direção, de receber um sinal mais forte de uma determinada direção em que temos mais ganho numa determinada direção (fazendo uma espécie de filtro espacial) ou de detectar de que direção é a origem de um determinado sinal, de onde está a ser emitido um sinal.

Faz o efeito que o movimento giratório que uma antiga antena de Radar fazia mas sem componentes moveis, logo consegue simular o efeito de movimentos até duas dimensões (dois ângulos) e consegue ser muito rápida a mudar de direção, pois na realidade só muda a forma como está a processar os mesmos sinais.

What is Beamforming? The best explanation I’ve ever heard.


Obrigado,

Cumprimentos,
João

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Esta é talvez a forma mais simples de fazer um emissor de som direcional que use beamforming.
Eu em tempos chamei-lhe de Beamforming on a shoelace budget :-)

Vão online e comprei 8 ou 10 discos piezos já com os fios soldados por 2 euros.

Nota: Cuidado que se fizerem muita força ou derem uma pancada nos piezos eles podem gerar picos de voltagens mais altas do que a tensão dos pinos do micro-controlador. E isso pode queimar as portas do micro.
 
Depois usem um micro-controlador qualquer e gerem em cada pino uma onda certo ex: 3k Hz (na frequência de ressonância do vosso disco de piezo para que ele emita uma amplitude maior de som), podem usar um timer para a gerar e depois criem código para que o output de cada pino inicialmente seja ao mesmo tempo mas depois que tenha um desfasamento da esquerda para a direita ou da direita para a esquerda de delta_t (em que delta_time depende da distancia linear a que meteram os piezos numa linha numa estrutura de madeira solida em “L”, a distância tem de ser menor do que o comprimento de onda da frequência mais alta que pretendem usar.). Depois coloquem-se à frente do array linear de piezos e alterem o delta_t de -t até +t e vão ver que ele vai mudar a direção do pico máximo de amplitude, varrendo todas as direções, consoante varrem o delta_t.

Ou seja as ondas vão interferir construtivamente ou destrutivamente criando um foco de maior amplitude numa direção. Quanto mais piezos, speakers ou antenas tiverem mais focado será esse foco.

Nota: A vantagem de usarem piezos é que podem fazer tudo sem necessitarem de ter um amplificador para cada canal (cada piezo), bastando usar o output do pino do micro-controlador. O mesmo pode ser feito com speaker ou com RF (mas ai já tem de ter um amplificador para cada canal).

E podem fazer o mesmo com piezos e ADC’s e assim fazer beamforming de receção, por exemplo de deteção de origem de vibração. Ou com microfones ou antenas de RF, mas estes dois últimos necessitam de amplificação para cada canal.

Beamforming mais simples é feito com delays de delta_t, beamforming mais complexo (nomeadamente algumas coisas de receção) é feito com FFT’s. All good stuff to learn :-) 

Cumprimentos,
João