Formação de feixe digital
Figura 1: Formato analógico do padrão da antena
Formação de feixe digital
Formato analógico do padrão da antena
A formação de feixe analógico (Analogue Beamforming, ABF) significa que os sinais recebidos de cada elemento da antena de um conjunto de antenas em fase são somados em fase e amplitude já na antena diretamente na freqüência portadora do sinal transmitido, a fim de processar um sinal comum em até quatro receptores centralizados. Estes amplificam o sinal e o convertem para uma freqüência intermediária ou imediatamente para a banda de base. Conversores analógico-digitais a jusante digitalizam o sinal IF ou de vídeo.
Figura 2: Formação digital do padrão da antena
Formação digital do padrão da antena
A formação de feixe digital (Digital Beamforming, DBF) é uma arquitetura de receptor na qual um receptor individual é conectado a cada elemento da antena ou a pequenos grupos de antenas do conjunto de antenas em fase. A conversão para um formato digital também é feita individualmente para cada elemento da antena. A totalização é feita digitalmente em um processador especial. O ruído inerente e a distorção do sinal em cada receptor individual estão relacionados à decoração na soma.
Com esta configuração, vários feixes principais independentes que apontam em diferentes direções podem ser realizados para cada tempo de recepção. Outras vantagens de moldar digitalmente o padrão da antena são:
- melhoria da dinâmica do receptor;
- rápidas mudanças de padrão de recepção;
- maior rapidez e melhor controle de amplitudes de sinal e posições de fase.
Se forem usadas conexões de internet sem fio para o controle e fornecimento do relógio dos módulos da antena, então isso é chamado de formação de feixe digital sem fio. Isto então leva à possibilidade de distribuir os elementos da antena para formar um sistema de radar distribuído.
Figura 3: Módulo de Transmissão/Recebimento Modular Padronizado (SMTRM) (Com a gentil permissão de EADS Defence & Security Ulm)
Figura 3: Módulo de Transmissão/Recebimento Modular Padronizado (SMTRM)
(Com a gentil permissão de
Cassidian Ulm, antiga
EADS Defence & Security)
Módulos de transmissão/recepção modulares padronizados (SMTRM)
No centro da modelagem digital do padrão da antena estão pequenos módulos padronizados que contêm elementos do amplificador de potência de transmissão e do caminho de recepção. Eles são chamados Módulos de Transmissão/Recebimento Modular Padronizados (Standardised Modular Transmit-/Receive-Module, SMTRM®) e são produzidos em grande número. Estes módulos são utilizados simultaneamente como amplificadores de sinal bidirecionais e para controle de fase e amplitude. Devido ao design compacto, as perdas de linha durante o processamento do sinal são baixas. Estes módulos de transmissão/recepção são versáteis e flexíveis, de modo que podem ser utilizados não apenas para um tipo de radar, mas também em muitos tipos de radares que operam na banda X, desde radares terrestres, como o radar de orientação de mísseis do complexo MEADS ou o radar de vigilância terrestre BÜR das Forças Armadas alemãs, até todos os tipos de radares aéreos (por exemplo: no radar Eurofighter E-Captor) e o radar espacial TerraSAR-X.
O SMTRM consiste em uma placa de circuito hermeticamente selada com 64,5 mm de comprimento, 13,5 mm de largura e 4,5 mm de altura. Nele há um amplificador de potência, um circulador de ferrite, um limitador/limitador, um pré-amplificador de baixo ruído e circuitos de ganho e controle de fase. Os elementos semicondutores, assim como um circuito especial de controle integrado desenvolvido para esta tarefa, denominado Circuito Integrado Específico de Aplicação ASIC, são projetados em tecnologia monolítica de arsenieto de gálio (GaAs). No entanto, o resfriamento de muitos desses módulos montados em um espaço confinado provavelmente será problemático.
Processador de feixe
Esta possibilidade de organizar diferentes padrões de antena simultaneamente só se tornou possível com a tecnologia de um receptor digital, porque somente os sinais digitais podem ser copiados com a freqüência desejada sem perda. Na prática, o sinal recebido é convertido em uma freqüência intermediária e depois imediatamente digitalizado. Com um IF de 75 MHz, o conversor analógico-digital requer uma freqüência de amostragem de 100 MHz.
Fig. 4: Diagrama de blocos de um processador de formação de feixe
A figura 4 mostra um diagrama de blocos para um típico processador de formação de feixe. Cada antena individual do conjunto de antenas em fase tem seu próprio canal de recepção seguido por um conversor analógico-digital, um conversor digital down-converter (DDC) e um filtro transversal especial (filtro de resposta de impulso finito, FIR) para equalizar a resposta de freqüência e ajustar o atraso de propagação individual no canal de recepção para a soma correta. Este filtro, também chamado de filtro de resposta a impulso finito, é afinado em um processo de calibração especial. Para este fim, um sinal de teste de RF é alimentado, o qual ou varre o canal inteiro (uma mudança de freqüência linear sobre toda a largura de banda) ou ruído branco é alimentado por um curto período de tempo para este fim. As ponderações necessárias para suprimir os lobos laterais também são realizadas neste filtro. Os dados do conversor analógico-digital de todos os canais de recepção (na imagem o número é assumido como 100 e corresponde ao número de radiadores individuais na antena) são alimentados como um sinal complexo (I&Q) através de um estágio de mudança de fase em qualquer número de estágios de soma, cujo número determina o número de possíveis padrões de antena a serem recebidos simultaneamente. O número M de direções de recepção geradas simultaneamente está na faixa de 8 a 12 para radares multifuncionais rotativos eletronicamente escaneados.