Intelligens antennák

      A vezeték-nélküli hálózatok elterjedése és a sávszélesség növelésének igénye oda vezetett, hogy már-már alig van olyan engedélyezett frekvencia amit egy rádiós erőforrás zavarás nélkül használhat. Az engedélyek és az infrastrukturális költségek emiatt egyre magasabbak, a szolgáltatás típusától függetlenül. A vezeték-nélküli kommunikációs szolgáltatók fő célja, hogy olcsóbban felépíthesse hálózatait és olcsóbban tudjon szolgáltatni. Technikai szempontból egy jó szolgáltatásnak nagy teljesítményre és nagy sávszélességre van szüksége, hiszen ez magával vonja átviteli sebesség növekedését is. Jelenlegi értelmezésben a megbízható átvitel a következőt takarja: kis térbeli távolságban nagy mennyiségű energia oszlik szét, melynek csak egy nagyon kis részét használja fel a felhasználó. Az energia többi része interferenciaként minősül a többi felhasználó számára. Ezek alapján két fő problémába ütközünk:

1. Hogyan érjünk el nagyobb kapacitást, amivel több ügyfelet kiszolgálhatnánk, megmaradva a jelenlegi költségeknél és minőségnél?
2. Hogyan növeljük a lefedettséget anélkül, hogy plusz infrastrukturális és karbantartási költségekkel számolnánk?

A felhasználó számára a kapacitás azt jelenti, hogy hányszor és milyen minőségben tud egy adatkapcsolatot létesíteni. A felhasználó mindig a legjobb minőségre vágyik a lehető legalacsonyabb áron. A szolgáltatónak ezzel szemben inkább az a fontos, hogy minél több adatkapcsolatot lehessen zavarás nélkül fenntartani egyazon időben. Mivel a minőség és az adatkapcsolatok száma fordítottan arányos, a szolgáltatók mindig a lehető legrosszabb minőséget nyújtják, hogy minél több adatkapcsolat működhessen. Természetesen mindenki a saját kényelméért küzd, azonban van egy közös probléma, amit a felhasználó és a szolgáltató is szeretne megoldani. A lefedettség hiánya, ami egyik félnek sem jó. Ismét, a szolgáltató ezt csak a költségek növelésével tudná megoldani, ám ez a felhasználónak nem előnyös. Ráadásul a lefedettség növelésével nem fog megnőni a kapacitás, sőt a két dolog konfliktusban áll, hisz a minél nagyobb a lefedettség, annál kisebb az összkapacitás. Szükség van tehát egy olyan technológiára, ami megoldja a fenti két fő problémát.

      A megoldási javaslatok közé tartozik a rádiós interfészek modulációs sémáinak megváltoztatása, kisebb és más rádió-cellatípusok alkalmazása, más hierarchikus architektúrák alkalmazása, fejlettebb jelfeldolgozás, melyekkel együttesen teljes mértékben ki lehet használni a térbeli csatornákat. Térbeli csatornák, mert minden vezeték-nélküli felhasználónak más a térbeli elhelyezkedése. A térbeli megkülönböztetés talán az utolsó esély a vezeték-nélküli kommunikációs rendszerek életben tartására. A térbeli szelektivitás rádiófrekvenciás energia adásvételénél jelentősen megnöveli a kapacitást, a lefedettséget és a minőséget. Ezért harapott rá már sok vállalkozás erre és vásárolt ilyen technológiát. Térbeli szűrés szétválasztja a spektrálisan és időben átfedődő jelek sokaságát az adott fizikai területen. A térbeli dimenzió egy térbeli hozzáférési technikával számítható ki, kiegészítve a frekvencia-osztásos (FDMA), az idő-osztásos (TDMA) és a kód-osztásos (CDMA) többszörös hozzáférést. Ezt egy szóval tér-osztásos többszörös hozzáférésnek nevezik (SDMA), mely lehetővé tesz egyszerre több felhasználót egy rádiócellán belül ugyanazon a frekvencián és ugyanazon időrésen.

Ezt csakis intelligens antennákkal lehet megvalósítani, ami tulajdonképpen egy antennarendszer (vagy antennarács) mely képes módosítani a kisugárzott rádióhullámok időpontját, frekvenciáját, fázisát, polarizációját és a térbeli válaszát a csatornáknak, egy szóval az iránykarakterisztikáját. Intelligens, mert mindezt szoftverből végzi. A régebbi antennáknál az iránykarakterisztikát egyszerűen az antenna elfordításával irányították másfelé, például azoknál a radaroknál ahol az antennát egy motor forgatta körbe. A mai radarok intelligens antennarendszereket használnak. A különböző pályájú műholdakat követő antennák még mindig a forgatós módszert alkalmazzák, mert ott nincsenek gyors térbeli elmozdulások (nincs szükség villámgyors irányváltásokra), nincs hiány frekvenciában, nincsenek cellák és nincs végtelen sok műhold amivel egy antennának kommunikálnia kéne egyazon időben. A térbeli tartomány kihasználásával az intelligens antennák, a hálózat üzemeltetőjét a következő előnyökben részesítik:

• Kapacitásnövekedés: az azonos frekvencia és időrés használata révén egyszerre több felhasználónak jut hely
• Lefedettségnövekedés: az irányított főnyaláb nyeresége sokkal nagyobb, messzebbre elér mint a körsugárzó iránykarakterisztika bármely nyalábja. Ez azt jelenti, hogy kevesebb bázisállomásra van szükség az adott területen, ami jó hír a szolgáltatónak, de azt is jelenti, hogy a mobilkészülékeknek kisebb erőfeszítésükbe kerül a bázisállomás jelén megmaradni, azaz kisebb lesz a fogyasztásuk, ami a felhasználónak (és a mobilkészülék gyártóinak is) jó hír.
• Átviteli sebességnövekedés: minél több a szabad csatorna, annál gyorsabban közlekednek az adatok. Ez a kapacitásnövekedés következménye.
• Immunitás az interferenciára: a sugárzási nyalábok olyan módú beállítása, hogy a más hozzáférési pontoktól érkező jeleket kioltsa. E miatt javul a minőség.
• Hierarchikus cellastruktúrák támogatása: például szövevényes hálózatok kialakítása, amivel megoldódik az meghibásodott hozzáférési pont kiesését okozó zavar, ugyanis ebben a topológiában rögtön átveszi egy másik annak helyét.

Az intelligens antennák fejlődése

      A vezeték-nélküli kommunikáció kezdetekor a bázisállomás egy szimpla dipól antenna volt, mely minden irányban vett és sugárzott. Ebből a felhasználó csak egy kis százalékot használt ki. A lefedettség növelése érdekében egyszerűen csak megnövelték a sugárzó teljesítményt. Azok a nyalábok, melyek nem a célfelhasználó felé terjedtek, interferáltak a többi felhasználó jeleivel. Az uplink átvitelnél pedig a felhasználók készülékeinek kellett versengeniük a szükséges energiáért. Ebből kifolyólag a körsugárzó antennás módszer közvetlenül és hátrányosan befolyásolta a spektrális hatékonyságot, korlátozva a frekvencia újrahasznosítását. Más szóval sem a lefedettség, sem a kapacitás, sem pedig a minőség nem javítható az ilyen technológiánál.
      Következtek az irányított antennák, melyek segítségével szektorokra bontották egy bázisállomás jeleit. Minden szektor egy-egy cellát jelentett, melyeknek nagyobb volt a hatósugaruk (nyereségük) az irányítottság miatt. Ezzel a frekvenciák is újrahasznosíthatóvá váltak anélkül, hogy interferenciát okoztak volna. Természetesen a szomszédos cellák más frekvenciasávon működtek, hogy semmiképp se történjen cellaközi interferencia, azonban nem-szomszédos cellák használhatták ugyanazt a frekvenciát. A kapacitás és a teljesítmény továbbra is korlátozva maradt.
      A vezeték-nélküli kommunikációs hálózatokban a teljesítményt és a kapacitást három dolog korlátozza:

1. A többutas fading (jelgyengülés): a mindenfélének nekiverődő és visszaverődő hullámok gyengébbek lesznek mint az egyenes útvonalon érkezők. Több ilyen visszaverődött jel egyesülhet, a fázisok, az amplitúdók összeadódhatnak, de mindez az antenna helyzetének változásától, a polarizációtól és a terjedési időtől függ.
2. Késési szórás: a különböző utakat bejárt jelek beérkezési idejének különbsége. Ez az eltérés folyamatosan változik, de ha meghalad egy 10%-os ingadozást, akkor szimbólumközi interferenciát okozhat, korlátozván az átviteli sebességet.
3. Azonos csatornák interferenciája: a cellás rendszerek minden cellában meghatároznak egy bizonyos számú csatornát, frekvencia újrafelhasználással. Az azonos csatornák interferenciája annál nagyobb, minél kevesebb a csatorna, mert annál közelebb vannak egymáshoz.

Meghatározható egy diverzitási (sokféleségi) nyereség, ami csakis a többutas fadinggel lehetséges és a BER (Bit Error Rate) javítására szolgál. A diverzitás ezért sokszor a jel elhalkulásmentességére vonatkozik. Az alacsony korrelációt ismét csak háromféleképp lehet biztosítani:

1. Térbeli diverzitás: az antennák elég távol vannak ahhoz, hogy egymás jeleit ne zavarják. Ez a szögkiterjedéstől függ, tehát attól a szögtől, ahogyan a jel beérkezhet a vevőantennára. A kézi készülékeknél, melyeket általában más tárgyak is körülvesznek, ez az érték 360°, amihez elég negyedhullámhossznyi távolságra rakni az antennákat. Ugyanez igaz a beltéri bázisállomásokra is. A kültéri, mindenek felett elhelyezkedő bázisállomás antennájáról azonban csak kis szögben érkezhet hullám, ebben az esetben 10-20 hullámhossznyi távolság kötelező.
2. Polarizációs diverzitás: két egymásra merőleges polarizációt használnak (±45°), ami megduplázza a diverzitást. A magas bázisállomások antennáiról érkező vízszintes polarizációjú hullámok 6-10dB-el gyengébbek mint a függőlegesek, a diverzitás nyereségének rovására.
3. Szögbeli diverzitás: szomszédos keskeny nyalábok használata miatt kicsi a fading korreláció. Kis szögkiterjedésben, ha a jel többnyire egy ilyen keskeny nyalábon érkezik, akkor a többi nyaláb jelszintje 10dB-el gyengébb lesz mint a legerősebbé, ismét csak a diverzitás nyereségének róvására.

 
A diverzitás mindenképp javít a jelerősségen, amennyiben a következő két módszer egyikét alkalmazzuk:

• Váltakozó diverzitás: feltételezve, hogy legalább egy antenna kedvező helyen lesz egy adott pillanatban a mozgó vevő számára, a rendszer folyamatosan kapcsolgat az antennák között (a legideálisabb antennát keresve), így mindig a legmagasabb teljesítményt nyújtó antenna jelét veheti a felhasználó.
• Kombinált diverzitás: javítja két más útvonalról érkező jel fázishibáját egyesítvén azok erősségét (ha sikerül azonos fázisra hoznia a két jelet, akkor az amplitúdó megduplázódik). Másik diverzitási kombináció, mikor az antennák kimenő jelei úgy kombinálódnak, hogy a jel/zaj arány a vételi oldalon maximális legyen.

A diverzitásos antennák (vagy elhalkulásmentes antennák) többnyire az első, váltakozó módszert alkalmazzák. Bár nagy mértékben javítja a többutas jelek erősségét, de egyszerre csak egy antennát kapcsolhat a vevőre, ami akkor ideális, ha csak vétel, azaz a downlink kapcsolat létezik, tehát az uplink adatkapcsolat nyereségén semmit sem javít. A diverzitási rendszerek ott hasznosak, ahol a fading a domináns jelgyengítő. Ahol a jelek interferenciája játssza a fő gyengítő szerepét, ott a legerősebb jel kiemelése oda vezethet, hogy az interferáló jelét vesszük kristály tisztán a kívánt jel helyett.
      A többutas fading és az interferáló jelek együttese követeli meg az antennák fejlődésének következő lépését, mely intelligens módon integrálja az elhalkulásmentes antennák egyidejű működését.

Intelligens antennarendszerek

      Azért intelligens, mert alkalmazkodik a környezetéhez és azért rendszer, mert ezt nem képes egymaga elvégezni. A környezetében lévő felhasználók pozíciója és az őket zavaró interferencia függvényében változtatja az iránykarakterisztikáját. Más szóval a főnyaláb a felhasználó irányába halad, míg a null-nyaláb az interferencia irányába. Kezdetben a szögbeli diverzitáshoz hasonlóan, különböző szögekben az antenna keskeny, nem mozgó nyalábokat tudott sugározni. A vevő jele alapján meghatározta annak pozícióját és az abba az irányba mutató nyalábon szolgáltatta az adásvételt. Amint a felhasználó mozgott, az antenna úgy kapcsolgatott a nyalábok között. Az ilyen rendszer megnövelheti a bázisállomás hatósugarát (20-200%-al a körülményektől függően), de nem oldja meg az interferencia okozta zavarokat. Ezt a módszert nyaláb-kapcsolásos (SB - Switching Beam) módszernek nevezik.

 

Ezt követte az adaptív antennarendszer, mely komplexebb (katonaságnál, radarokban már régóta használatos) algoritmusokkal beazonosítja és követi a felhasználó jelét, csökkentve az interferenciát és növelve a jelerősséget.

Ezt a digitális jelfeldolgozás jelenlegi fejlettsége teszi lehetővé. Nyilván nem az antenna maga az intelligens, hanem a háttérben futó jelfeldolgozó. Ezt a módszert digitális vagy adaptív nyalábformálásnak vagy antennarácsnak nevezik (AA - Adaptive Array). Itt sokkal nagyobb a nyereség mint az előző intelligens antennánál, hisz nincs cellán belüli handover (a pillanat mikor a felhasználó átlép egyik nyaláb hatósugarából a másikba), se interferencia. Az interferencia kiszűréséhez a rendszernek az interferáló forrás pozícióját is meg kell határoznia. Az antennának ezen két pozíció változásához folyamatosan alkalmazkodnia kell.
      Mindez nagyban hasonlít az emberi hallás működésével. Mikor két személy beszélget, a hallgató mindkét fülével hallja a beszédet, amit az agy egyesít és segít betájolni, hogy honnan érkeznek a hangok, akár csukott szemmel is. Ugyanúgy az agy képes kiszűrni a nem kívánt zajt és csak a beszélőre koncentrálni.
      Az adaptív antennarendszer további előnye a cellán belüli frekvencia újrahasznosítás. Ahogyan a más bázisállomásokról érkező interferenciát képes kioltani, ugyanúgy a saját maga alkotta interferenciát is. A lényeg, hogy az iránykarakterisztika egyik főnyalábja mindig az azonos frekvenciát használó másik főnyaláb nullpontjában legyen.

A hátránya ennek a technológiának, hogy a legfejlettebb DSP (Digital Signal Processing) készülékekre van szükség, és a rendszer telepítése is sokkal költségesebb mint bármely más antennarendszeré.

Az antennák intelligenciájának evolúciója

      Három fázisban történt:

• Először csak uplinkre használták az okos antennákat (a felhasználó küld, a bázisállomás vesz). Ezzel megnőtt a bázisállomás nyeresége, azaz a lefedettség és az érzékenység. Ezt az elgondolást magas érzékenységű vételnek nevezték (HSR - High Sensitivity Receiver) és nem különbözött a már létező diverzitási technikáktól.
• Második lépésként downlink átvitelre is használni kezdték az irányított sugarakat (a bázisállomás küld, a felhasználó fogad). Így megnőtt a nyereség a downlink oldalon is, tehát mindkét irányban térbeli szűrés történt. A módszert interferencia-csökkentő térbeli szűrésnek nevezték el (SFIR - Spatial Filtering for Interference Reduction). A GSM-ben, mely TDMA/FDMA alapú rendszer, ennek bevezetése az interferenciák csökkenéséhez, azaz a kapacitás vagy a minőség növekedéséhez vezetett. Ez vagy szűkebb újrahasznosítási tényező bevezetésével (a nagyobb kapacitás érdekében) vagy pedig az újrahasznosítási tényező meghagyásával de magasabb SNR és jelminőség bevezetésével járt. A CDMA alapú rendszerekben a kódok nem-ortogonalitása a vevő oldalon interferenciát eredményez, rontván a rendszer kapacitását. Ezt többszörös hozzáférésű interferenciának nevezik (MAI - Multiple Access Interference). Az okos antennák az ilyen problémákon is segítettek.
• Az utolsó fázis az SDMA kifejlesztése volt. Ez tette lehetővé az azonos csatornák egyidejű használatát. Ez tulajdonképpen a TDMA, FDMA és CDMA kombinációja.

Az intelligens antennák felépítése

Vevő antenna

     A vevő M darab elemből áll, melyek jeleik egyetlen jellé kombinálódnak és úgy jutnak tovább a feldolgozóba (dekódolóba).

      Minél kevesebb antennát tartalmaz az antennarendszer, annál egyszerűbb dolga van a jelfeldolgozónak. Az antennák elhelyezése a környezettől függ. Kültérre lehet sorba vagy kör alakban helyezni, ez esetben csak a vízszintes síkú (azimutális) nyalábformálás történhet. A mátrix szerű elhelyezés inkább beltérben vagy nagy városokban szükségszerű. Az antennák elhelyezése lehet két vagy akár három dimenziós formájú is (négyzet vagy kocka), ebben az esetben vízszintes és függőleges (elevációs) nyalábformálás is megvalósítható.
      A nyalábformáló annyi analóg-digitális átalakítót (ADC) és frekvencia átalakító láncot kell tartalmazzon, mint ahány antenna van. A frekvenciákat muszáj kisebb frekvenciákká átalakítani, mert a jelfeldolgozó nem birkózik meg a mikrohullámokkal. A jelfeldolgozó a vett jelek alapján kiszámolja a komplex súlyokat (w1...wM), amivel a nyalábformáló megszoroz minden vett jelet. A súlyok határozzák meg az antenna iránykarakterisztikáját uplink irányban. A súlyokat két feltétel alapján lehet optimizálni: a felhasználótól vett jelerősség maximalizálása (például az SB módszer), vagy pedig a SIR (Signal to Interference Ratio - jel-interferencia arány) maximalizálása az interferenciák elnyomásával (például az AA módszer). Mindkét feltétel esetén másképp történik a súlyok kiszámítása. Mikor az SB módszert használják, a vevő minden nyalábnak az előre meghatározott súlyvektorát leteszteli és kiválasztja a legmagasabb jelszinthez tartozó súlyt. Hogyha a SIR-re kell optimizálni (AA módszer), akkor az optimális súlyt több, bonyolultabb algoritmusokkal számítják ki.
      A digitális nyalábformálás és a jelfeldolgozó is a DSP része. A nyalábformálás hardveresen is megvalósítható úgy rádiófrekvencián (RF) mint középfrekvencián (IF).

Adó antenna

      A bejövő jel M darab ágra oszlik, melyeket a w1...wM súlyokkal súlyoznak a nyalábformálóban. A jelfeldolgozó által kiszámított súlyok ebben az esetben downlink iránykarakterisztikáért felelősek. A nyalábformáló itt a DAC átalakítókból és az átalakítóláncokból áll. Természetesen az antennarács és a jelfeldolgozó ugyanolyan mint a vételi oldalon.

      Az uplink és downlink közti fő különbség, hogy nem ismert a downlink térbeli csatornaválasza. Az idő-osztásos duplexben (TDD) a mozgóállomás és a bázisállomás ugyanazt a vivőfrekvenciát használja, más-más pillanatban. Ebben az esetben az uplink-nek kiszámolt súly optimális lesz a downlink-nek is, amennyiben a csatorna nem változik meg az uplink és downlink közti váltás során. Ez sajnos nem ideális arra az esetre, mikor a felhasználó nagy sebességgel halad. A frekvencia-osztásos duplexben (FDD) az uplink és downlink a frekvenciában különbözik. Ebben az esetben a súlyok biztosan különbözőek lesznek, hisz a csatorna válasza frekvenciafüggő.
      Az optimális nyalábformálás ezért nagyon nehéz a downlink irányban, leginkább a geometriai megközelítés válik be az érkezési irány (DoA - Direction of Arrival) megbecslésére. Például, ha ismert az uplink iránya, akkor a downlinknek is abba az irányba kell tartania. A módszert a bázisállomások alkalmazzák, kiválasztván azokat a súlyokat, melyek az adott irányban tartják a fő sugárzó nyalábot downlink esetén is. A jelek többutas gyengülései miatt egy olyan javaslat is született, miszerint a downlink irányát az uplink egy bizonyos ideig tartó irányának átlagából becsüljék meg. Ez azonban rontja az optimális eredményt, hiszen az uplink csatornák minden pillanatnyi helyzete ismert.
      Hangsúlyozni kell, hogy az összes fentebb említett példa azt feltételezi, hogy a bázisállomásokat csak mozgóállomások zavarják és a mozgóállomásokat csak a bázisállomások. Tehát a bázisállomás iránykarakterisztikájának null-nyalábjai ha mozgó állomásokkal vannak egy vonalban, akkor őket nem fogja zavarni a bázisállomás jele. De az, hogy a mozgóállomásokat más mozgóállomás jele is zavarhatja, az sokkal alapvetőbb korlátozásokat von magával az interferencia csökkentése érdekében.

Az antennarácsok kialakítása

       Az antennarács vagy antennarendszer térben elválasztott antennaelemekből áll mely egy nyalábformáló hálózathoz csatlakozik. Lehet adó vagy vevő is, amennyiben a tervezésnél figyelembe veszik a következőket:

• A vevőantennára beérkező hullámok véges számú síkhullámokból tevődnek össze, melyek a közvetlen és a többutas komponensek eredményei.
• Az adó és minden olyan tárgy többutas terjedést okoz, mely az antennarács távol-terében van.
• A rács elemei (érzékelői) olyan távol kell legyenek egymástól, hogy a vett jel amplitúdója bármely két elem között ne különbözzön túlságosan.
• Mindenik érzékelőről feltételezni lehet, hogy egyforma az iránykarakterisztikája.
• Az antennarács elemei közötti kölcsönös csatolás elhanyagolható.

 A fenti ábra egy lineáris antennarácsot (antennasort) ábrázol, melyre Φ beesési szöggel érkeznek a síkhullámok. Az antennák közti távolság Δx.
      Az antennák elhelyezése igazából tetszőleges, de a lineáris és a körkörös elhelyezés a leggyakoribb. A lineáris egyszerűbben megoldható mint a körkörös, de megvan az a hátránya, hogy az antennarács mentén az iránykarakterisztika szimmetrikus, ami már nem jellemző a körkörös elhelyezésre.

 A fenti ábra alapján, a referencia antenna az (x0,y0,z0) pontban található, az m-edik antenna pedig az (xm,ym,zm) pontban. A rádióhullám mely áthalad egy ilyen antennarácson, fázistolást szenved az antennák szemszögéből. A a jel fáziskülönbsége a referencia antenna és az m-edik antenna között:

Ez csupán a keskeny sávú jelekre érvényes, ahol a modulált frekvenciasáv sokkal kisebb mint a vivőfrekvencia. Keskeny sáv esetén azt feltételezhetjük hogy az antennák által vett jelek között csak a fázisban van különbség, amely az antennák közti távolságtól és nem pedig a modulációtól függ. Ha a referenciasík z=0-ban van és az adó- vevő- antennák közti távolság nagyobb mint a köztük lévő szintkülönbség, akkor ráfogható, hogy az antennarácshoz érő hullám θ=90° beesési szögben fog érkezni. Ezért a síkhullámok érkezési irányának (DoA) kiszámításához elegendő a Φ azimutális koordinátát ismerni. A fenti egyenletből kiderül, hogy az antenna-elemek magasságának (zm) változása nem befolyásolja a fáziskülönbséget a referencia és az m-edik antenna között. Tehát a referenciától csak x és y irányba történhet eltolódás.
      Tegyük fel, egy kisugárzott keskeny sávú jel érkezik az antennarácsra, a következő komplex burkológörbével:

A vektort, mely ezeket a jeleket tartalmazza adatvektornak nevezzük:

Meghatározható egy mennyiség, mely a referencia és az m-edik antenna által vett jelek arányát adja:

Tehát egyetlen beeső síkhullám esetén:

Ezek alapján megállapítható az antennarács válasza (viselkedése), mikor arra egy Φ szögben eső hullám érkezik:

Ezt vezérlővektornak nevezik, melyeket ha minden Φ szögben ismerünk (egy adott frekvencián), akkor megkapjuk a rács rétegvektorát (array manifold vector). Ez nagyon pontos mérés és számítás kell legyen, amennyiben iránymérést szeretnénk végezni.
      A keskeny sávú adaptív nyalábformáláshoz, az antennarács minden elemének kimenetét be kell szorozni egy komplex súllyal, hogy megváltozzanak a fázis és amplitúdó összefüggések az ágakban, a következőt eredményezve:

Az antennarács válaszát a súlyozott hálózattal az antennarács tényezőjének nevezik:

Az antennarács súlyozott hálózata lehet fix vagy változó is. Az adaptív rácsban a súlyok úgy vannak igazítva, hogy maximalizálják a jel-interferencia és zaj arányt (SNIR) a kimeneten. Ezért a súlyozott hálózatok nagyon hasonlóak a véges impulzusválaszú (FIR) szűrőkhöz, ahol az időminták términtákra cserélődnek. Éppen ezért a súlyozott hálózatot térbeli szűrőnek is hívják.
      Az antennarács elemei közti távolság fontos szerepet játszik. Ha ezek fél hullámhossznál (λ/2) távolabbra vannak egymástól akkor az iránykarakterisztikában olyan nyaláb-lebenyek jelenhetnek meg, melyek rontani fogják a szerkezet teljesítményét. Emellett az elemek kölcsönös csatolása is korlátozza az antennák elrendezését. Ha az elemek szorosan vannak (közelebb mint λ/2), a csatolási hatás nagyobb és általában változik az elemek mozgatásával. Tehát elég távol kell legyenek ahhoz, hogy ne legyenek kölcsönhatásban és elég közel ahhoz, hogy ne keletkezzenek zavaró nyaláb-lebenyek. A gyakorlatban éppen ezért pontosan λ/2 távolságra helyezik őket.

Gyakorlati megvalósítások

A fenti két antenna a Ruckus cég BeamFlex nevű termékcsoportjából van, mely úttörő technológiákat képvisel a vezeték-nélküli hálózatokban. A BeamFlex rendszert már rengeteg internetszolgáltató választotta hozzáférési pontjaiként. A következő képen két régebbi analóg nyalábformáló antenna látható, melyeket az Európai Űrügynökség használt az ASTP Programban 1982-ben. Nagy teljesítményre tervezték, 20GHz-en működő hullámvezetőkkel.

A következő fényképen egy L-sávban (1-2GHz) működő körkörös elhelyezésű szintén analóg antennarendszer látható, mit az MSG (Meteosat Second Generation) második generációs meteorológiai szateliten alkalmaztak.

Az alábbi kép egy digitális nyalábformálót mutat, mely szintén az L-sávban üzemel és a negyedik generációs szatelitek (INMARSAT-4) processzorában kapott helyet.

A navigációs antennáknál is nyalábformáló megoldásokat alkalmaznak. A következő antenna a Földet "világítja" meg két egymástól független L sávban, körpolarizációt használva.

A lenti vezeték-nélküli modul egy rövid távú, nagy adatátviteli sebességű, alacsony fogyasztású, négy antennából álló nyalábformáló, mely 60GHz-re volt tervezve.

Végül pedig néhány olyan antenna, melyek hatalmas nyílásfelületén több ezer apró antenna található. A nyalábformálás az antennák által kisugárzott jel fázisának változtatásával történik.