Digitální formování paprsku
Obrázek 1: Analogové tvarování anténního obrazce
Digitální formování paprsku
Analogové tvarování anténního obrazce
Analogové formování svazku (anglicky: Analogue Beamforming, ABF) znamená, že přijaté signály z každého anténního prvku fázované anténní soustavy se sčítají ve fázi a amplitudě již v anténě přímo na nosné frekvenci vysílaného signálu, aby se zpracoval společný signál až ve čtyřech centralizovaných přijímačích. Ty zesilují signál a převádějí jej na mezifrekvenci nebo ihned na základní pásmo. Následné analogově-digitální převodníky (ADC) digitalizují IF nebo video signál.
Obr. 2: Digitální tvarování anténního obrazce
Digitální tvarování anténního obrazce
Digitální formování paprsku (anglicky: Digital Beamforming, DBF) je architektura přijímače, ve které je samostatný přijímač připojen buď ke každému anténnímu prvku, nebo k malým skupinám antén fázového pole. Převod do digitálního formátu se rovněž provádí pro každý anténní prvek zvlášť. Součet se provádí digitálně ve speciálním procesoru. Vlastní šum a zkreslení signálu v každém jednotlivém přijímači jsou v součtu dekorelovány.
Při tomto nastavení lze pro každý čas příjmu realizovat několik nezávislých hlavních paprsků směřujících do různých směrů. Další výhody digitálního tvarování anténního diagramu jsou:
- lepší dynamika přijímače;
- rychlé změny vzoru příjmu;
- rychlejší a lepší kontrola amplitud a fázových poloh signálu.
Pokud se pro řízení a taktování anténních modulů používá bezdrátové připojení k internetu, označuje se to jako bezdrátové digitální formování paprsku (anglicky: Wireless Digital Beamforming, WDBF). To pak vede k možnosti distribuovat anténní prvky a vytvořit distribuovaný radarový systém..
Obrázek 3: Standardizovaný modulární vysílací/přijímací modul (SMTRM) (S laskavým svolením společnostin EADS Defence & Security Ulm)
Obrázek 3: Standardizovaný modulární vysílací/přijímací modul(SMTRM)
(S laskavým svolením společnosti
Cassidian Ulm, dříve
EADS Defence & Security)
Standardizované modulární vysílací/přijímací moduly
Srdcem digitálního tvarování anténního obrazce jsou malé standardizované moduly (SMTRM), které obsahují prvky vysílacího zesilovače a přijímací cesty. Nazývají se standardizované modulární vysílací/přijímací moduly a vyrábějí se ve velkém množství. Tyto moduly se používají současně jako obousměrné zesilovače signálu a pro řízení fáze a amplitudy. Díky kompaktní konstrukci jsou ztráty na vedení při zpracování signálu nízké. Tyto vysílací/přijímací moduly jsou univerzální a flexibilní, takže je lze použít nejen pro jeden typ radaru, ale i pro mnoho typů radarů pracujících v pásmu X, od pozemních radarů, jako je radar pro navádění střel komplexu MEADS nebo pozemní přehledový radar BÜR německých ozbrojených sil, až po všechny typy leteckých radarů (např.: v radaru Eurofighter E-Captor) a vesmírný radar TerraSAR-X.
SMTRM se skládá z hermeticky uzavřené desky plošných spojů o délce 64,5 mm, šířce 13,5 mm a výšce 4,5 mm. Je na něm výkonový zesilovač, feritový cirkulátor, omezovač/limitér, nízkošumový předzesilovač a obvody řízení zisku a fáze. Polovodičové prvky i speciální integrovaný řídicí obvod vyvinutý pro tento úkol, nazývaný ASIC (Application Specific Integrated Circuit), jsou navrženy monolitickou technologií arsenidu galia (GaAs). Chlazení mnoha takových modulů umístěných v omezeném prostoru však bude pravděpodobně problematické.
Procesor tvaru paprsku
Tato možnost uspořádání různých anténních obrazců současně se stala možnou až s technologií digitálního přijímače, protože pouze digitální signály lze kopírovat tak často, jak je to žádoucí, bez ztrát. V praxi se přijímaný signál převádí na mezifrekvenci a poté se okamžitě digitalizuje. Při IF 75 MHz vyžaduje analogově-digitální převodník vzorkovací frekvenci 100 MHz.
Obr. 4: Blokové schéma procesoru pro formování paprsku
Obrázek 4 ukazuje blokové schéma typického procesoru pro formování paprsku. Každá jednotlivá anténa fázované anténní soustavy má svůj vlastní přijímací kanál, za kterým následuje analogově-digitální převodník, digitální down-konvertor (DDC) a speciální příčný filtr (filtr s konečnou impulsní odezvou, FIR) pro vyrovnání frekvenční odezvy a nastavení individuálního zpoždění šíření v přijímacím kanálu pro správný součet. Tento filtr, nazývaný také filtr s konečnou impulsní odezvou, se ladí ve speciálním kalibračním procesu. Za tímto účelem se přivádí RF testovací signál, který buď prochází celým kanálem (lineární změna frekvence v celé šířce pásma), nebo se za tímto účelem přivádí na krátkou dobu bílý šum. V tomto filtru jsou také provedena potřebná vážení pro potlačení postranních laloků. Data analogově-digitálního převodníku všech přijímacích kanálů (na obrázku se předpokládá počet 100 a odpovídá počtu jednotlivých zářičů v anténě) se přivádějí jako komplexní (I&Q) signál přes fázový měnič do libovolného počtu součtových stupňů, jejichž počet určuje počet možných anténních obrazců, které mají být přijímány současně. Počet M současně generovaných směrů příjmu se u leteckých průzkumných radarů s otočnou anténou pohybuje v rozmezí 8 až 12.