مصفوفة هوائيات

مصفوفة الهوائيات (أو هوائي المصفوفة ) هي مجموعة من هوائيات متعددة متصلة تعمل معًا كهوائي واحد، لإرسال أو استقبال الموجات الراديوية . ^{[ 1 ] : ص 149 [ 2 ]} عادةً ما يتم توصيل الهوائيات الفردية (المسماة عناصر ) بجهاز استقبال أو إرسال واحد عبر خطوط تغذية تنقل الطاقة إلى العناصر بعلاقة طور محددة . تتحد الموجات الراديوية المنبعثة من كل هوائي وتتراكب ، فتتداخل تداخلاً بناءً ( تداخلًا بناءً ) لتعزيز الطاقة المشعة في الاتجاهات المطلوبة، وتتلاشى ( تداخلًا هدامًا ) لتقليل الطاقة المشعة في الاتجاهات الأخرى. وبالمثل، عند استخدامها للاستقبال، تتحد تيارات التردد الراديوي المنفصلة من الهوائيات الفردية في جهاز الاستقبال بعلاقة الطور الصحيحة لتعزيز الإشارات المستقبلة من الاتجاهات المطلوبة وإلغاء الإشارات من الاتجاهات غير المرغوب فيها. قد تحتوي هوائيات المصفوفة الأكثر تطورًا على وحدات إرسال أو استقبال متعددة، كل منها متصل بعنصر هوائي منفصل أو مجموعة من العناصر.

يمكن لمصفوفة الهوائيات تحقيق كسب أعلى ( توجيهية ) أي حزمة أضيق من الموجات الراديوية، مقارنةً بما يمكن تحقيقه باستخدام عنصر هوائي واحد. وبشكل عام، كلما زاد عدد عناصر الهوائي المستخدمة، زاد الكسب وضيقت الحزمة. تتكون بعض مصفوفات الهوائيات (مثل رادارات المصفوفة الطورية العسكرية ) من آلاف الهوائيات الفردية. يمكن استخدام المصفوفات لتحقيق كسب أعلى، وتوفير تنوع المسار (المعروف أيضًا باسم MIMO ) ^{[ 3 ]} مما يزيد من موثوقية الاتصال، وإلغاء التداخل من اتجاهات محددة، وتوجيه حزمة الراديو إلكترونيًا إلى اتجاهات مختلفة، ولتحديد اتجاه الراديو (RDF) ^{[ 4 ] .}

يشير مصطلح "مصفوفة الهوائيات" عادةً إلى مصفوفة مُشغّلة تتكون من عدة عناصر مُشغّلة متطابقة، جميعها متصلة بجهاز الاستقبال أو الإرسال. أما المصفوفة الطفيلية فتتكون من عنصر مُشغّل واحد متصل بخط التغذية، وعناصر أخرى غير متصلة به، تُسمى العناصر الطفيلية . وهي عادةً اسم آخر لهوائي ياغي-أودا .

يشير مصطلح "المصفوفة الطورية" عادةً إلى مصفوفة يتم مسحها إلكترونيًا ؛ وهي عبارة عن هوائي مصفوفة مُشغَّل حيث يتم توصيل كل عنصر على حدة بجهاز الإرسال أو الاستقبال عبر مُبدِّل طور يتم التحكم فيه بواسطة الحاسوب. ويمكن توجيه حزمة الموجات الراديوية إلكترونيًا لتوجيهها فورًا في أي اتجاه ضمن زاوية واسعة، دون تحريك الهوائيات. ومع ذلك، يُستخدم مصطلح "المصفوفة الطورية" أحيانًا للإشارة إلى هوائي مصفوفة عادي. ^{[ 4 ]}

وفقًا لمعيار رايلي ، فإن توجيهية الهوائي، أي العرض الزاوي لحزمة الموجات الراديوية التي يبثها، تتناسب طرديًا مع طول موجة الموجات الراديوية مقسومًا على عرض الهوائي. أما الهوائيات الصغيرة التي يبلغ طولها حوالي طول موجة واحدة، مثل الهوائيات أحادية القطب ربع الموجة وثنائية القطب نصف الموجة ، فلا تتمتع بتوجيهية عالية ( كسب منخفض )؛ فهي هوائيات شاملة الاتجاه تشع الموجات الراديوية بزاوية واسعة. ولإنشاء هوائي موجه ( هوائي عالي الكسب ) يشع الموجات الراديوية في حزمة ضيقة، يمكن استخدام تقنيتين عامتين: ^{[ 5 ] : ص 692}

تتمثل إحدى التقنيات في استخدام الانعكاس بواسطة أسطح معدنية كبيرة، مثل العاكسات المكافئة أو الأبواق ، أو الانكسار بواسطة عدسات عازلة لتغيير اتجاه الموجات الراديوية، وذلك لتركيزها من هوائي واحد منخفض الكسب في حزمة واحدة. يُطلق على هذا النوع اسم هوائي الفتحة . ويُعد الطبق المكافئ مثالاً على هذا النوع من الهوائيات.

تتمثل التقنية الثانية في استخدام هوائيات متعددة تُغذى من نفس جهاز الإرسال أو الاستقبال؛ ويُطلق على هذا النوع من الهوائيات اسم هوائي المصفوفة. بالنسبة لهوائي الإرسال، تكون الموجة الكهرومغناطيسية المستقبلة عند أي نقطة هي المجموع الاتجاهي للموجات الكهرومغناطيسية الصادرة من كل عنصر من عناصر الهوائي. إذا تم تغذية الهوائيات بالتيارات ذات الطور المناسب ، فإن الموجات الكروية الصادرة من كل هوائي تتحد (تتراكب) أمام المصفوفة نتيجة لظاهرة التداخل ، لتكوين موجات مستوية ، وهي حزمة من الموجات الراديوية تنتشر في اتجاه محدد. في الاتجاهات التي تصل فيها الموجات من الهوائيات متوافقة في الطور ، تتجمع الموجات معًا ( تداخل بناء ) لزيادة القدرة المشعة. أما في الاتجاهات التي تصل فيها الموجات غير متوافقة في الطور ، بحيث تتطابق قمة إحدى الموجات مع قاع موجة أخرى، فإن الموجات تلغي بعضها بعضًا ( تداخل هدام )، مما يقلل القدرة المشعة في ذلك الاتجاه. وبالمثل، عند الاستقبال، تكون التيارات المتذبذبة التي تستقبلها الهوائيات المنفصلة من الموجات الراديوية المستلمة من الاتجاهات المطلوبة متوافقة في الطور، وعند دمجها في جهاز الاستقبال تعزز بعضها البعض، بينما تكون التيارات من الموجات الراديوية المستلمة من اتجاهات أخرى غير متوافقة في الطور، وعند دمجها في جهاز الاستقبال تلغي بعضها البعض.

يتكون نمط إشعاع هذا النوع من الهوائي من حزمة قوية في اتجاه واحد، تُسمى الفص الرئيسي ، بالإضافة إلى سلسلة من الحزم الأضعف بزوايا مختلفة تُسمى الفصوص الجانبية ، والتي تمثل عادةً الإشعاع المتبقي في اتجاهات غير مرغوب فيها. كلما زاد عرض الهوائي وزاد عدد عناصره، ضاق الفص الرئيسي، وزاد الكسب الذي يمكن تحقيقه، وصغرت الفصوص الجانبية.

تُسمى المصفوفات التي يتم فيها تغذية عناصر الهوائي في نفس الطور بالمصفوفات الجانبية العريضة؛ حيث يتم بث الفص الرئيسي بشكل عمودي على مستوى العناصر.

أكبر هوائيات المصفوفة هي مقاييس التداخل الراديوي المستخدمة في علم الفلك الراديوي ، حيث يتم ربط عدة تلسكوبات راديوية تتكون من هوائيات مكافئة كبيرة معًا في مصفوفة هوائيات لتحقيق دقة أعلى. وباستخدام تقنية تُسمى توليف الفتحة، يمكن أن تتمتع هذه المصفوفة بدقة هوائي قطره يساوي المسافة بين الهوائيات. وفي تقنية تُسمى قياس التداخل ذي الخط الأساسي الطويل جدًا (VLBI)، تم ربط أطباق في قارات منفصلة، ​​مما أدى إلى إنشاء "هوائيات مصفوفة" يبلغ حجمها آلاف الأميال.

• 
  مصفوفة خطية من ثنائيات الأقطاب المطوية بترددات عالية جدًا
• 
  هوائيات قطاعية (أشرطة بيضاء) على برج الهاتف الخلوي . مصفوفات ثنائية القطب متوازية، تشع شعاعًا مسطحًا على شكل مروحة.
• 
  يتكون هوائي المصفوفة العاكسة بتردد 108  ميجاهرتز الخاص برادار SCR-270 المستخدم خلال الحرب العالمية الثانية من 32 هوائي ثنائي القطب بنصف موجة أمام شاشة عاكسة.
• 
  هوائي رادار PAVE PAWS ذو المصفوفة الطورية التابع لسلاح الجو الأمريكي بتردد 420-450  ميجاهرتز لكشف الصواريخ الباليستية، ألاسكا. تتكون كل من المصفوفتين الدائريتين من 2677 هوائي ثنائي القطب متقاطع.
• 
  بعض عناصر ثنائي القطب المتقاطع في هوائي المصفوفة الطورية PAVE PAWS، على اليسار
• 
  هوائي بث تلفزيوني VHF على شكل جناح الخفاش
• 
  هوائي بث راديو FM ثنائي القطب المتقاطع
• 
  هوائي إرسال موجات قصيرة من نوع الستارة ، النمسا. ثنائيات أقطاب سلكية معلقة بين برجين
• 
  مصفوفة هوائيات دوارة تستخدم للاتصالات عبر الأقمار الصناعية
• 
  هوائي مصفوفة ميكروستريب مسطح لاستقبال البث التلفزيوني عبر الأقمار الصناعية .
• 
  مصفوفة الهوائيات الكبيرة جدًا ، وهي تلسكوب راديوي مصنوع من مصفوفة على شكل حرف Y تضم 27 هوائيًا طبقيًا في سوكورو، نيو مكسيكو
• 
  مشروع هارب ، وهو عبارة عن مصفوفة طورية مكونة من 180 ثنائي قطب متقاطع في ألاسكا، قادر على بث  حزمة من الموجات الراديوية بقدرة 3.6 ميغاواط بتردد 3-10  ميغاهرتز إلى طبقة الأيونوسفير لأغراض البحث العلمي.
• 
  مجموعة من أربعة هوائيات حلزونية تُستخدم كهوائي لتتبع الأقمار الصناعية، بلوميور-بودو ، فرنسا

يمكن تقسيم معظم هوائيات المصفوفة إلى فئتين بناءً على كيفية ارتباط محور الهوائيات المكونة باتجاه الإشعاع.

• المصفوفة الجانبية هي مصفوفة أحادية أو ثنائية الأبعاد يكون فيها اتجاه إشعاع الموجات الراديوية ( الفص الرئيسي ) عموديًا على مستوى الهوائيات. وللإشعاع بشكل عمودي، يجب تغذية الهوائيات بنفس الطور.
• المصفوفة الطرفية هي مصفوفة خطية يكون فيها اتجاه الإشعاع على طول خط الهوائيات. يجب تغذية الهوائيات بفرق طور يساوي المسافة بين الهوائيات المتجاورة.

وهناك أيضًا مصفوفات (مثل المصفوفات المرحلية ) لا تنتمي إلى أي من هاتين الفئتين، حيث يكون اتجاه الإشعاع بزاوية أخرى بالنسبة لمحور الهوائي.

يمكن أيضًا تصنيف هوائيات المصفوفة حسب كيفية ترتيب (توزيع) هوائيات العناصر:

• المصفوفة المُشغَّلة – هي مصفوفة تكون فيها جميع الهوائيات المكونة لها "مُشغَّلة" – أي متصلة بجهاز الإرسال أو الاستقبال. تتكون الهوائيات الفردية، والتي عادةً ما تكون متطابقة، غالبًا من عنصر مُشغَّل واحد ، مثل ثنائيات الأقطاب نصف الموجية ، ولكنها قد تكون أيضًا هوائيات مركبة مثل هوائيات ياغي أو هوائيات البوابة الدوارة .
  • المصفوفة الخطية - مصفوفة جانبية تتكون من عدة هوائيات ثنائية القطب متطابقة موجهة عموديًا في خط مستقيم. هذا هوائي عالي الكسب متعدد الاتجاهات ، ويستخدم غالبًا في نطاق التردد العالي جدًا (VHF) كهوائيات بث لمحطات التلفزيون وهوائيات محطات أساسية لأجهزة الراديو ثنائية الاتجاه المحمولة على الأرض .
    • هوائي سوبرترنستايل أو هوائي باتوينغ - هوائي رأسي متخصص يُستخدم في البث التلفزيوني، ويتكون من عدة هوائيات ثنائية القطب متقاطعة مثبتة بشكل متوازٍ على سارية. يتميز بنمط إشعاع عالي الكسب ومتعدد الاتجاهات مع نطاق ترددي واسع.
  • مصفوفة الهوائيات الدائرية (CDAA) - هي مصفوفة هوائيات تتكون عناصرها من دائرة كبيرة. تُستخدم هذه المصفوفات لتحديد اتجاه الإشارات اللاسلكية وتحديد موقعها، كما هو الحال في مراقبة المجال الجوي وإنفاذ قوانين البث. وقد أكسبها مظهرها الضخم لقب "أقفاص الفيلة".
  • مصفوفة مستوية- مصفوفة ثنائية الأبعاد مسطحة من الهوائيات. بما أن مصفوفة الهوائيات متعددة الاتجاهات تشع شعاعين يفصل بينهما 180 درجة بشكل عرضي من كلا جانبي الهوائي، فعادةً ما يتم تركيبها أمام عاكس مسطح، أو تتكون من هوائيات موجهة مثل هوائيات ياغي أو الهوائيات الحلزونية ، لإعطاء شعاع أحادي الاتجاه.
  • المصفوفة العاكسة – هي مصفوفة مستوية من الهوائيات، غالباً ما تكون هوائيات ثنائية القطب بنصف موجة، تُغذى بطور واحد، أمام عاكس مسطح مثل صفيحة معدنية أو شبكة سلكية. تُشع هذه المصفوفة حزمة واحدة من الموجات الراديوية عمودية (جانبية) على المصفوفة. تُستخدم كهوائيات تلفزيون UHF وهوائيات رادار.
    • هوائي الستارة - هوائي إرسال موجات قصيرة سلكي خارجي يتكون من مصفوفة مستوية من ثنائيات أقطاب سلكية معلقة أمام عاكس رأسي مصنوع من "ستارة" من الأسلاك المتوازية. يُستخدم على نطاق التردد العالي كهوائي إرسال بعيد المدى لمحطات البث الإذاعي للموجات القصيرة. يمكن توجيهه كهوائي مصفوفة طورية.
    • هوائي الميكروستريب – عبارة عن مجموعة من هوائيات الرقعة المصنعة على لوحة دوائر مطبوعة ، مع وجود رقائق نحاسية على الجانب الخلفي تعمل كعاكس. يتم تغذية العناصر عبر خطوط نقل مصنوعة من رقائق نحاسية. يُستخدم كهوائيات استقبال تلفزيون UHF والتلفزيون عبر الأقمار الصناعية.

  • 

    المصفوفة الطورية أو المصفوفة الممسوحة إلكترونيًا - هي مصفوفة مستوية يمكن فيها توجيه الشعاع إلكترونيًا إلى أي اتجاه ضمن زاوية واسعة أمام المصفوفة، دون تحريك الهوائي فعليًا. يُغذى التيار من جهاز الإرسال إلى كل هوائي مكون عبر مُغير طور ، يتم التحكم فيه بواسطة الحاسوب. بتغيير الطور النسبي لتيارات التغذية، يمكن توجيه الشعاع فورًا في اتجاهات مختلفة. تُستخدم هذه التقنية على نطاق واسع في الرادارات العسكرية، وهي تنتشر بسرعة في التطبيقات المدنية.
    • المصفوفة الممسوحة إلكترونيًا السلبية (PESA) - مصفوفة طورية كما هو موضح أعلاه، حيث يتم تغذية عناصر الهوائي من جهاز إرسال أو استقبال واحد من خلال محولات الطور.
    • المصفوفة النشطة الممسوحة إلكترونيًا (AESA) - هي مصفوفة طورية تحتوي على وحدة إرسال و/أو استقبال خاصة بكل عنصر هوائي، يتم التحكم بها بواسطة حاسوب مركزي. تستطيع هذه التقنية، وهي من الجيل الثاني للمصفوفات الطورية، بث حزم متعددة بترددات متعددة في وقت واحد، وتُستخدم في الغالب في الرادارات العسكرية المتطورة.
  • المصفوفة المطابقة – هي مصفوفة طورية ثنائية الأبعاد ليست مسطحة، بل تتطابق مع سطح منحني. يتم تشغيل العناصر الفردية بواسطة مُغيرات طورية تُعوض عن اختلاف أطوال المسار، مما يسمح للهوائي ببث حزمة موجة مستوية. غالبًا ما تُدمج الهوائيات المطابقة في الغلاف المنحني للطائرات والصواريخ، لتقليل مقاومة الهواء.
  • الهوائي الذكي ، أو الهوائي القابل لإعادة التشكيل، أو المصفوفة التكيفية - هي مصفوفة استقبال تُقدّر اتجاه وصول الموجات الراديوية وتُحسّن نمط الإشعاع إلكترونيًا بشكل تكيفي لاستقبالها، مُولّدةً فصًا رئيسيًا في ذلك الاتجاه. ^{[ 6 ]} ومثل المصفوفة الطورية، تتكون من عناصر متطابقة متعددة مزودة بمُغيّرات طور في خطوط التغذية، ويتم التحكم بها بواسطة الحاسوب.
• مصفوفة ثنائية القطب ذات دورية لوغاريتمية (LPDA) - مصفوفة طرفية تتكون من العديد من العناصر ثنائية القطب في خط مستقيم، بأطوال متزايدة تدريجيًا. تعمل كهوائي عالي الكسب وعريض النطاق. تُستخدم كهوائيات استقبال تلفزيوني وللاتصالات قصيرة الموجة.

• 

  المصفوفة الطفيلية – هي مصفوفة طرفية تتكون من عدة عناصر هوائية مرتبة في خط واحد، حيث يتصل عنصر واحد فقط، وهو العنصر المُحفَّز ، بجهاز الإرسال أو الاستقبال، بينما تبقى العناصر الأخرى، المسماة بالعناصر الطفيلية ، غير متصلة. تعمل العناصر الطفيلية كمرنانات ، تمتص الموجات الراديوية من العنصر المُحفَّز وتعيد بثها بطور مختلف، لتعديل نمط إشعاع الهوائي، مما يزيد من الطاقة المُشعَّة في الاتجاه المطلوب. ولأنها تحتوي على عنصر مُحفَّز واحد فقط، فإنها تُسمى غالبًا "هوائيات" بدلًا من "مصفوفات".
  • هوائي ياغي-أودا أو هوائي ياغي - يتكون هذا الهوائي من عدة عناصر ثنائية القطب نصف موجية مرتبة في خط مستقيم. ويتألف من عنصر مُحفِّز واحد مع عدة عناصر توجيهية طفيلية في اتجاه الإشعاع، وعادةً ما يكون خلفه عنصر عاكس طفيلي واحد. ويُستخدم على نطاق واسع في( HF) والتردد العالي جدًا (VHF) والتردد فوق العالي (UHF) كهوائيات تلفزيونية وهوائيات اتصالات قصيرة الموجة، وفي مصفوفات الرادار.
  • الهوائي الرباعي – يتكون هذا الهوائي من عدة هوائيات حلقية متصلة على خط واحد، حيث تكون إحدى الحلقات مُشغِّلة والباقي طفيلية. ويعمل بشكل مشابه لهوائي ياغي.

لنفترض وجود مصفوفة خطية عناصرها مرتبة على طول المحور السيني لنظام إحداثيات ديكارتية متعامدة. يُفترض أن للمشعات نفس التوجه المكاني ونفس استقطاب المجال الكهربائي. بناءً على ذلك، يمكن كتابة عامل المصفوفة على النحو التالي ^{[ 7 ]}$${\displaystyle F(u)=\sum _{n=1}^{N}I_{n}\,e^{jk\,x_{n}u}}$$

أين${\displaystyle N}$يمثل عدد عناصر الهوائي،${\displaystyle k}$هو العدد الموجي،${\displaystyle I_{n}}$و${\displaystyle x_{n}}$(بالمتر) يمثلان معامل الإثارة المركب وموضع المشع رقم n ، على التوالي ،${\displaystyle u=\sin \theta \cos \phi }$، مع${\displaystyle \theta }$و${\displaystyle \phi }$حيث تمثل زاوية السمت وزاوية السمت على التوالي. إذا كانت المسافة بين العناصر المتجاورة ثابتة، فيمكن كتابة ذلك على النحو التالي :${\displaystyle x_{n+1}-x_{n}=d}$ويُقال إن المصفوفة دورية. المصفوفة دورية مكانيًا (فيزيائيًا) وفي المتغير .${\displaystyle u}$على سبيل المثال، إذا${\displaystyle d=\lambda /2}$، مع${\displaystyle \lambda }$إذا كان هو الطول الموجي، فإن مقدار عامل المصفوفة له دورة، في نطاق ⁠${\displaystyle u}$، يساوي 2. ومن الجدير بالذكر أن${\displaystyle u}$هو متغير مساعد. في الواقع، من وجهة نظر فيزيائية، فإن قيم${\displaystyle u}$تقع القيم ذات الأهمية للأغراض الإشعاعية في الفترة [ −1، 1 ] ، والتي ترتبط بقيم ${\displaystyle \theta }$و​${\displaystyle \phi }$في هذه الحالة ، تُسمىالفترة [ -1، 1 ] بالفضاء المرئي . وكما سيتبين لاحقًا، إذا كان تعريف المتغير${\displaystyle u}$تتغير تبعاً للتغيرات، يتغير مدى المساحة المرئية أيضاً.

لنفترض الآن أن معاملات الإثارة هي متغيرات حقيقية موجبة. في هذه الحالة، تكون دائمًا في مجال ⁠${\displaystyle u}$، يمتلك مقدار عامل المصفوفة فصًا رئيسيًا بقيمة قصوى عند${\displaystyle u=0}$يُطلق على الفص الرئيسي اسم الفص الرئيسي ، وتوجد عدة فصوص ثانوية أسفله تُسمى الفصوص الجانبية ، بالإضافة إلى نسخ من الفص الرئيسي تُسمى الفصوص الشبكية . تُعد الفصوص الشبكية مصدرًا للعيوب في كلٍ من الإرسال والاستقبال. ففي الإرسال، قد تؤدي إلى إشعاع في اتجاهات غير مرغوب فيها، بينما في الاستقبال، قد تُسبب غموضًا نظرًا لأن الإشارة المطلوبة الداخلة إلى منطقة الفص الرئيسي قد تتعرض لتشويش كبير من إشارات أخرى (إشارات تداخل غير مرغوب فيها) تدخل مناطق الفصوص الشبكية المختلفة. لذلك، في المصفوفات الدورية، يجب ألا تتجاوز المسافة بين المشعات المتجاورة قيمة محددة لمنع ظهور الفصوص الشبكية في الفضاء المرئي . على سبيل المثال، كما رأينا سابقًا، فإن الفصوص الشبكية الأولى لـ${\displaystyle d=\lambda /2}$يحدث في${\displaystyle u=\pm 2}$⁠ . لذا، في هذه الحالة، لا توجد مشاكل لأن فصوص الشبكة تقع خارج الفترة [ −1، 1 ] .

كما هو موضح أعلاه، عندما تكون المسافة ثابتة بين المشعات المتجاورة، يتميز عامل المصفوفة بوجود فصوص شبكية. وقد ثبت في الأدبيات العلمية أنه لإزالة دورية عامل المصفوفة، يجب جعل هندسة المصفوفة نفسها غير دورية. ^{[ 8 ]} من الممكن تغيير مواقع المشعات بحيث لا تكون هذه المواقع قابلة للقياس . وقد طُوّرت عدة طرق لتصميم مصفوفات تمثل فيها المواقع درجات حرية إضافية (مجاهيل). توجد منهجيات حتمية ^{[ 9 ]} وأخرى احتمالية ^{[ 10 ] [ 11 ]} . ولأن النظرية الاحتمالية للمصفوفات غير الدورية نظرية منهجية بشكل كافٍ، ولها أساس منهجي عام قوي، فلنركز أولاً على وصف خصائصها.

لنفترض أن مواضع المشعات ،${\displaystyle \{x_{n}\}_{n=1}^{N}}$، هي متغيرات عشوائية مستقلة ومتطابقة التوزيع، ويتطابق نطاقها مع فتحة المصفوفة بأكملها. وبالتالي، فإن عامل المصفوفة هو عملية عشوائية، ومتوسطه كما يلي ^{[ 10 ]}$${\displaystyle E\left[F(u)\right]=\textstyle \int \limits _{-L/2}^{L/2}f(x)\,e^{jkxu}\,dx}$$

في مصفوفة هوائيات توفر نمط إشعاع ثابت، يمكننا اعتبار شبكة التغذية جزءًا من المصفوفة. وبالتالي، تحتوي المصفوفة على منفذ واحد. يمكن تكوين حزم ضيقة، شريطة أن يكون طور كل عنصر من عناصر المصفوفة مناسبًا. إذا تم اختيار سعة الإثارة التي يستقبلها كل عنصر (أثناء الإرسال) بشكل جيد، فمن الممكن تصميم مصفوفة أحادية المنفذ بنمط إشعاع يقارب نمطًا محددًا بدقة. ^{[ 7 ]} طُوّرت العديد من الطرق لتصميم أنماط المصفوفات. ومن المسائل الإضافية التي يجب مراعاتها: المطابقة، وكفاءة الإشعاع، وعرض النطاق الترددي.

يختلف تصميم مصفوفة الهوائيات القابلة للتوجيه إلكترونيًا، إذ يمكن تغيير طور كل عنصر، وربما أيضًا السعة النسبية لكل عنصر. تحتوي هذه المصفوفة على منافذ متعددة، مما يجعل مسائل التوافق والكفاءة أكثر تعقيدًا مقارنةً بحالة المنفذ الواحد. علاوة على ذلك، يعتمد التوافق والكفاءة على مصدر الإثارة، إلا في حال إمكانية إهمال التفاعلات بين الهوائيات.

تحتوي مصفوفة الهوائيات المستخدمة في التنوع المكاني و/أو تعدد الإرسال المكاني (وهما نوعان مختلفان من اتصالات MIMO اللاسلكية) دائمًا على منافذ متعددة. ^{[ 12 ]} وهي مصممة لاستقبال إشارات مستقلة أثناء الإرسال، وإرسال إشارات مستقلة إلى حد ما أثناء الاستقبال. وهنا أيضًا، تبرز أهمية التوافق والكفاءة، لا سيما في حالة مصفوفة هوائيات جهاز محمول، ^{[ 13 ]} حيث تؤثر البيئة المحيطة بمصفوفة الهوائيات على أدائها، وتتغير هذه البيئة بمرور الوقت. وتأخذ مقاييس التوافق والكفاءة المناسبة في الحسبان أسوأ حالات الإثارة الممكنة. ^{[ 14 ]}

• مصفوفة هوائيات رقمية
• معامل الانعكاس النشط الكلي