Formarea digitală a fasciculelor
Figura 1: Modelarea analogică a diagramei antenei
Formarea digitală a fasciculelor
Modelarea analogică a diagramei antenei
Formarea analogică a fasciculului (Analogue Beamforming, ABF) înseamnă că semnalele recepționate de fiecare element de antenă al unei antene de tip phased array sunt însumate în fază și amplitudine deja în antenă, direct pe frecvența purtătoare a semnalului transmis, pentru a procesa un semnal comun în până la patru receptoare centralizate. Acestea amplifică semnalul și îl convertesc la o frecvență intermediară sau imediat în banda de bază. Convertoarele analogic-digitale din aval digitalizează semnalul IF sau video.
Fig. 2: Modelarea digitală a diagramei antenei
Modelarea digitală a diagramei antenei
Formarea digitală a fasciculului (Digital Beamforming, DBF) este o arhitectură de receptor în care un receptor individual este conectat fie la fiecare element de antenă, fie la grupuri mici de antene ale antenei de tip phased array. Conversia în format digital se face, de asemenea, în mod individual pentru fiecare element de antenă. Însumarea se face în mod digital într-un procesor special. Zgomotul inerent și distorsiunea semnalului în fiecare receptor individual sunt decalorate în sumă.
Cu această configurație, se pot realiza mai multe fascicule principale independente, orientate în direcții diferite, pentru fiecare timp de recepție. Alte avantaje ale modelării digitale a modelului de antenă sunt:
- îmbunătățirea dinamicii receptorului;
- schimbări rapide ale modelului de recepție;
- un control mai rapid și mai bun al amplitudinilor semnalului și al pozițiilor de fază.
În cazul în care se utilizează conexiuni de internet fără fir pentru controlul și alimentarea cu ceas a modulelor de antenă, atunci se vorbește de formare de fascicule digitale fără fir. Acest lucru conduce apoi la posibilitatea de a distribui elementele antenei pentru a forma un sistem radar distribuit.
Figura 3: Modul modular standardizat de emisie/recepție (SMTRM) (Mit freundlicher Genehmigung von EADS Defence & Security Ulm)
Figura 3: Modul modular standardizat de emisie/recepție (SMTRM)
(Cu permisiunea amabilă a
Cassidian Ulm, fostă
EADS Defence & Security)
Module modulare standardizate de emisie/recepție (SMTRM)
În centrul modelării digitale a modelului de antenă se află module mici, standardizate, care conțin elemente ale amplificatorului de putere de emisie și ale căii de recepție. Acestea se numesc module modulare standardizate de emisie/recepție (Standardised Modular Transmit-/Receive-Module, SMTRM®) și sunt produse în număr mare. Aceste module sunt utilizate simultan ca amplificatoare de semnal bidirecțional și pentru controlul fazei și amplitudinii. Datorită designului compact, pierderile de linie în timpul procesării semnalului sunt reduse. Aceste module de emisie/recepție sunt versatile și flexibile, astfel încât pot fi utilizate nu numai pentru un singur tip de radar, ci și pentru mai multe tipuri de radare care funcționează în banda X, de la radarele terestre, cum ar fi radarul de ghidare a rachetelor din cadrul complexului MEADS sau radarul de supraveghere terestră BÜR al forțelor armate germane, până la toate tipurile de radare aeropurtate (de exemplu, în radarul Eurofighter E-Captor) și radarul spațial TerraSAR-X.
SMTRM este format dintr-o placă de circuite sigilată ermetic, cu o lungime de 64,5 mm, o lățime de 13,5 mm și o înălțime de 4,5 mm. Pe acesta se află un amplificator de putere, un circulator de ferită, un limitator/limitator, un preamplificator cu zgomot redus și circuite de control al câștigului și al fazei. Elementele semiconductoare, precum și un circuit de control integrat special dezvoltat pentru această sarcină, numit circuit integrat pentru aplicații specifice ASIC, sunt proiectate în tehnologia monolitică de arseniură de galiu (GaAs). Cu toate acestea, răcirea mai multor astfel de module montate într-un spațiu restrâns este probabil să fie problematică.
Procesor de formare a fasciculului
Această posibilitate de organizare simultană a diferitelor modele de antene a devenit posibilă numai cu ajutorul tehnologiei receptorului digital, deoarece numai semnalele digitale pot fi copiate de câte ori se dorește fără pierderi. În practică, semnalul recepționat este convertit într-o frecvență intermediară și apoi este imediat digitalizat. Cu o FI de 75 MHz, convertorul analogic-digital necesită o frecvență de eșantionare de 100 MHz.
Fig. 4: Schema bloc a unui procesor de formare a fasciculului
Figura 4 prezintă o schemă bloc pentru un procesor tipic de formare a fasciculului. Fiecare antenă individuală din rețeaua de antene în fază are propriul canal de recepție urmat de un convertor analogic-digital, un convertor digital (DDC) și un filtru transversal special (filtru cu răspuns finit la impulsuri, FIR) pentru a egaliza răspunsul în frecvență și pentru a ajusta întârzierea de propagare individuală în canalul de recepție pentru o însumare corectă. Acest filtru, numit și filtru cu răspuns finit la impulsuri, este reglat în cadrul unui proces special de calibrare. În acest scop, se introduce un semnal de test RF, care fie baleiază întregul canal (o variație liniară a frecvenței pe întreaga lățime de bandă), fie se introduce zgomot alb pentru o perioadă scurtă de timp în acest scop. În acest filtru se efectuează, de asemenea, ponderările necesare pentru suprimarea lobilor laterali. Datele convertorului analogic-digital al tuturor canalelor de recepție (în imagine, se presupune că numărul acestora este de 100 și corespunde numărului de radiatoare individuale din antenă) sunt introduse ca semnal complex (I&Q) printr-un etaj de defazare în orice număr de etaje de adunare, al căror număr determină numărul de modele de antenă posibile care trebuie recepționate simultan. Numărul M de direcții de recepție generate simultan este cuprins între 8 și 12 pentru radarele multifuncționale cu scanare electronică rotativă.