Čo je radar PESA? Ako funguje a čo by mali inžinieri skontrolovať

Pasívne elektronicky skenované anténne pole alebo radar PESA zvyčajne využíva relatívne centralizovanú architektúru vysielania/prijímania RF na napájanie mnohých anténnych prvkov prostredníctvom distribučnej siete. Elektronicky riadené fázové posuny nastavujú relatívnu fázu na prvkoch, takže kombinované žiarenie tvorí lúč v riadenom smere. Celá apertúra sa nemusí mechanicky otáčať pri každej zmene nasmerovania.

Rýchla odpoveď:PESA poskytuje elektronické riadenie lúča s relatívne centralizovanou RF architektúrou. Jeho skutočný výkon závisí od viac než len od skratky. Inžinieri musia pred rozhodnutím, či návrh spĺňa danú aplikáciu, overiť zisk oproti uhlu skenovania, stratu v napájacej sieti, prevádzkovú šírku pásma, bočné laloky, polarizáciu, kalibráciu, pracovný cyklus, tepelné limity a referenčnú rovinu merania.

Je to dôležité, pretože špecifikácia meraná iba v oblasti boresight môže skryť podmienky, ktoré ovplyvňujú výkon v teréne. Vysoký špičkový zisk neukazuje, ako sa lúč mení blízko okraja sektora skenovania. Široký rozsah prevádzkových frekvencií nedokazuje, že nasmerovanie lúča zostáva stabilné v celom pásme. Nasledujúce časti vysvetľujú, ako funguje PESA a ktoré otázky znižujú riziko integrácie.

Ako funguje radar PESA

Architektúru PESA je možné implementovať rôznymi spôsobmi, ale signálová cesta zvyčajne obsahuje päť funkčných stupňov. Niektoré systémy používajú podpolia alebo redundantné kanály, takže bloková schéma by sa mala vždy porovnať so skutočným návrhom.

1. Generovanie tvaru vlny a RF konverzia. Budič vytvára požadovaný tvar vlny a prevádza ho na prevádzkovú frekvenciu. Vysielač potom zvýši signál na požadovanú úroveň výkonu.
2. Distribúcia energie. Napájacia sieť rozdeľuje prenášaný signál medzi mnoho trás. Sieť môže používať vlnovody, prenosové vedenia, deliče výkonu, spojky a ďalšie mikrovlnné komponenty.
3. Fázové riadenie. Fázový posúvač v každej dráhe prvku alebo v každej dráhe podpoľa mení fázu signálu podľa zadaného smeru lúča. Postup fázy cez apertúru určuje, kde dochádza ku konštruktívnej interferencii.
4. Žiarenie a tvorba lúča. Prvky antény vyžarujú spoločne. Ich polia sa vo zvolenom smere silne sčítavajú a v ostatných smeroch čiastočne rušia, čím vytvárajú hlavný lúč a bočné laloky.
5. Príjem a kalibrácia. Odrazené signály sa vracajú cez apertúru a napájajú prijímací reťazec. Kalibračné údaje korigujú fázové a amplitúdové rozdiely spôsobené toleranciami súčiastok, teplotou, frekvenciou a starnutím.

Elektronické riadenie dokáže pohybovať lúčom oveľa rýchlejšie ako fyzická zmena polohy veľkého otvoru. Užitočná rýchlosť skenovania však závisí aj od časovania priebehu signálu, latencie riadenia, spracovania signálu a plánovača radarových zdrojov. Samotná rýchlosť riadenia antény nedefinuje, koľko cieľov alebo úloh dokáže celý radar podporovať.

Prečo sa to nazýva pasívne elektronicky skenované pole

Slovo pasívny opisuje RF architektúru na úrovni apertúry. V konvenčnej PESA anténne prvky neobsahujú kompletný aktívny vysielací a prijímací modul. Centralizovaný RF reťazec dodáva a prijíma energiu prostredníctvom napájacej siete, zatiaľ čo komponenty fázového riadenia tvarujú lúč. Sústava antén stále potrebuje elektrickú energiu na riadenie, prepínanie, chladenie a ďalšie funkcie.

Radar PESA sa tiež líši od pasívneho radaru. Pasívny radar zvyčajne detekuje odrazy od externých vysielačov alebo iných zdrojov osvetlenia. PESA je architektúra antény a RF distribúcie, ktorú možno použiť v aktívne vysielajúcom radare. Zamieňanie týchto dvoch významov vedie k nesprávnym systémovým požiadavkám.

Ktoré parametre určujú výkon PESA

Najužitočnejšou špecifikáciou je matica výkonu v závislosti od frekvencie, uhla skenovania, polarizácie a prevádzkových podmienok. V tabuľke nižšie sú uvedené položky, ktoré by sa mali definovať pred porovnaním polí alebo vyžiadaním si cenovej ponuky.

Prečo sa výkon mení s uhlom skenovania

Fázovaná anténna sústava je zvyčajne najsilnejšia v blízkosti osi záberu, čo je smer kolmý na otvor. Ako sa lúč smeruje ďalej, premietaná otvor sa v smere skenovania zmenšuje. Rozloženie prvkov môže tiež poskytovať menej žiarenia v zadanom uhle. Chyby napájania, vzájomné prepojenie, štrukturálne tolerancie a radom môžu pridať ďalšie skreslenie.

Výsledkom môže byť strata skenovania, širšia šírka lúča, posunuté bočné laloky, vyššia krížová polarizácia alebo chyba nasmerovania. Tieto zmeny nie sú zachytené jednou hodnotou zosilnenia v osi lúča. Pre pole určené na skenovanie do určitého uhla si vyžiadajte údaje o zosilnení a vzore v osi lúča, v jednom alebo viacerých medziľahlých uhloch a na okraji požadovaného sektora. Kontrolu zopakujte pri najnižšej, strednej a najvyššej prevádzkovej frekvencii.

Zvláštnu pozornosť si zaslúži rozostup prvkov. Ak je rozostup príliš veľký vzhľadom na vlnovú dĺžku a uhol skenovania, do viditeľnej oblasti sa môžu dostať nežiaduce mriežkové laloky. Návrh, ktorý je prijateľný na spodnom konci pásma, sa môže správať odlišne na najvyššej frekvencii, kde rovnaký fyzický rozostup predstavuje viac vlnových dĺžok.

Ako šírka pásma a lúčové šilhanie ovplyvňujú PESA

Mnohé systémy PESA používajú fázové posúvače na vytvorenie fázového postupu, ktorý je správny pri zvolenej frekvencii. Keď sa frekvencia zmení, rovnaké fázové nastavenie môže nasmerovať lúč do iného uhla. Tento frekvenčne závislý posun smerovania sa bežne nazýva šilhanie lúča. Veľkosť efektu závisí od šírky pásma, uhla skenovania, architektúry a typu siete fázového riadenia.

Požiadavka na širokopásmové pripojenie si preto vyžaduje viac než len vyhlásenie o frekvenčnom rozsahu. Požiadajte o nasmerovanie lúča, zisk, bočné laloky a polarizáciu v závislosti od frekvencie a uhla skenovania. Niektoré návrhy používajú prvky skutočného oneskorenia, techniky subarray alebo frekvenčne závislé korekcie na zníženie šklbania lúča, ale tieto možnosti pridávajú vlastné straty, zložitosť, veľkosť a požiadavky na kalibráciu.

Kde sú dôležité straty v napájacej sieti

V typickom monostatickom PESA využívajúcom zdieľanú apertúru sa napájacia sieť podieľa na vysielacej aj prijímacej trase. Deliče výkonu, prenosové vedenia, vlnovody, fázové posúvače, prepínače a prechody prispievajú k vložným stratám. Pri vysielaní tieto straty znižujú výkon dodávaný do apertúry a generujú teplo. Pri príjme môžu straty pred prijímačom znížiť citlivosť a efektívny dynamický rozsah.

Hodnoty strát musia byť viazané na jasnú referenčnú rovinu. Uvedený zisk antény môže vylúčiť kábel, rotačný spoj, vlnovodný prechod, sieť fázového riadenia alebo radom, ktoré sú prítomné v nainštalovanom systéme. Počas preberania porovnajte namerané údaje s rovnakou konfiguráciou a referenčnou rovinou použitou v špecifikácii.

Znamená PESA jednu frekvenciu alebo jeden cieľ?

Osem otázok, ktoré si treba položiť pred integráciou poľa PESA

1. Aké prevádzkové frekvencie a okamžité šírky pásma musia byť podporované a ktoré hodnoty sú povinné v celom sektore skenovania?
2. Aké azimutálne a elevačné pokrytie je potrebné a je celá clona mechanicky fixovaná, otočná alebo inak premiestnená?
3. Aké limity zosilnenia, EIRP, šírky lúča, bočného laloku a krížovej polarizácie platia pri osi zámeru a pri maximálnom uhle skenovania?
4. Aký špičkový výkon, priemerný výkon, šírku impulzu a pracovný cyklus musí napájacia sieť a clona zvládnuť?
5. Kde sú referenčné roviny vysielacieho výkonu a citlivosti príjmu a ktoré straty kábla, vlnovodu, fázového posúvača a radomu sú zahrnuté?
6. Ako bude pole kalibrované z hľadiska frekvencie, teploty a uhla skenovania a ako bude po inštalácii detekovaný drift?
7. Aké obmedzenia týkajúce sa konektora, vlnovodu, montáže, radomu, veľkosti, hmotnosti a prostredia sa vzťahujú na nainštalovanú konfiguráciu?
8. Ktoré merania preukážu akceptovateľnosť a bude testovacie nastavenie reprodukovať prevádzkové podmienky polarizácie, frekvencie, výkonu a skenovania?

PESA a AESA ponúkajú rôzne architektonické riešenia

PESA aj aktívny elektronicky skenovaný radarový systém používajú na riadenie lúčov riadené fázové vzťahy. Ich hlavný rozdiel spočíva v tom, kde dochádza k aktívnemu generovaniu a príjmu rádiofrekvenčných signálov. PESA vo všeobecnosti smeruje centralizovanú architektúru vysielača a prijímača prostredníctvom napájacej siete a fázových posúvačov. AESA distribuuje mnoho aktívnych vysielacích a prijímacích modulov cez apertúru alebo jej podpole. Implementácia tvarovania lúča – analógová, hybridná alebo digitálna – je samostatný rozmer návrhu a nemala by sa považovať za synonymum pre rozlišovanie PESA/AESA.

AESA môže ponúknuť väčšiu redundanciu, flexibilitu tvaru signálu a rýchle plánovanie multifunkčných funkcií, ale zároveň vytvára náročné požiadavky na distribúciu energie, chladenie, kalibráciu a riadenie modulov. PESA môže zostať praktická, keď centralizovaná RF architektúra spĺňa požiadavky na poslanie a integráciu. Podrobné porovnanie architektúry nájdete v dokumente RF MISO.Porovnanie radarov AESA a PESASprávny výber by mal byť založený na merateľných požiadavkách, a nie na predpoklade, že jedna skratka je vždy lepšia.

Ako by sa malo merať a akceptovať pole PESA

Akceptačné testovanie by malo reprodukovať podmienky použité vo výkonnostnej špecifikácii. Minimálne zdokumentujte frekvenčné body, polarizáciu, skenovacie príkazy, úroveň výkonu, pracovný cyklus, stav kalibrácie, stav radomu a referenčnú rovinu RF. Zmerajte alebo overte zisk, šírku lúča, presnosť nasmerovania, bočné laloky a krížovú polarizáciu pri reprezentatívnych uhloch skenovania.

Požadovaný dosah a nastavenie závisia od veľkosti clony, frekvencie a meracieho cieľa. Vhodné môžu byť metódy vzdialeného poľa, kompaktného dosahu alebo blízkeho poľa. RF MISOmožnosti testovania anténopíšte relevantné zdroje merania, ale konečná metóda a rozpočet neistoty by sa mali dohodnúť pred začiatkom akceptačných skúšok.

Podpora RF MISO pre vyhodnotenie anténneho poľa

RF MISO je výrobca rádiofrekvenčných a mikrovlnných antén, ktorý podporuje výskum, meranie a systémovú integráciu antén. RF MISO nepredstavuje kompletný radar PESA ako štandardný anténny produkt. Relevantné technické diskusie začínajú požiadavkami na apertúru antény, napájanie a rozhranie, ktoré je možné overiť vzhľadom na definované frekvenčné pásmo, polarizáciu, zisk, šírku lúča a mechanickú obálku.

Inžinieri môžu skontrolovať RF MISOprodukty anténneho sústavyaplanárne antényako východiskové body pre diskusie o komponentoch a clone. Dostupné štandardné produkty nepredstavujú automaticky radar PESA a vhodnosť sa musí potvrdiť na základe celej architektúry systému.

Pre úvodnú technickú diskusiu uveďte prevádzkové pásmo, okamžitú šírku pásma, polarizáciu, požadovaný zisk, sektor skenovania, cieľ bočného laloku, špičkový a priemerný výkon, RF rozhranie, veľkosť apertúry, montážne obmedzenia, podmienky prostredia a očakávania pre akceptačné testy. Tieto informácie umožňujú inžinierskemu tímu identifikovať, ktoré antény a možnosti testovania si vyžadujú ďalšie vyhodnotenie.

Send the project requirements to info@rf-miso.com or kontaktujte RF MISOprostredníctvom webovej stránky.

Často kladené otázky

Čo znamená skratka PESA

PESA je skratka pre pasívne elektronicky skenované pole. Zvyčajne používa relatívne centralizovanú architektúru vysielania/prijímania RF, napájaciu sieť a riadené fázové posuny na riadenie lúča cez otvor antény.

Prečo sa PESA nazýva pasívny, ak prenáša energiu?

Pasívny výraz popisuje absenciu kompletného aktívneho vysielacieho a prijímacieho modulu na každom anténnom prvku. Radar stále používa napájaný RF, riadiaci, kalibračný a chladiaci hardvér.

Dokáže radar PESA sledovať viacero cieľov?

Môže to závisieť od plánovania lúča, času opakovaného sledovania, návrhu priebehu, prijímacích kanálov a spracovania. Samotné označenie PESA nedefinuje cieľovú kapacitu.

Je PESA to isté ako fázovaná anténna sústava?

PESA je jedna z architektúr fázovaného anténneho sústavového radu (RF), zatiaľ čo fázovaný anténny sústavový rad (PHA) je širší koncept antény. AESA je ďalšia RF architektúra. Analógové, hybridné a digitálne formovanie lúča opisujú, ako je formovanie lúča implementované, a tvoria samostatný klasifikačný rozmer, a nie rovnocenné alternatívy k PESA alebo AESA.

Aké údaje by sa mali skontrolovať pri maximálnom uhle skenovania

Skontrolujte zisk alebo stratu skenovania, šírku lúča, presnosť nasmerovania, bočné laloky, krížovú polarizáciu a správanie impedancie pri požadovaných frekvenciách a nainštalovanej konfigurácii.

Kedy môže byť PESA praktickou voľbou

PESA môže byť praktické, keď je potrebné elektronické riadenie a centralizovaný RF reťazec dokáže splniť požiadavky na šírku pásma, skenovanie, výkon, spoľahlivosť, teplotu a údržbu. Rozhodnutie by malo zodpovedať systémovým meraniam a obmedzeniam životného cyklu.