Co je radar PESA? Jak funguje a co by měli inženýři zkontrolovat

Pasivní elektronicky skenované pole neboli radar PESA obvykle využívá poměrně centralizovanou architekturu pro vysílání/přijímání rádiových signálů k napájení mnoha anténních prvků prostřednictvím distribuční sítě. Elektronicky řízené fázové posuny nastavují relativní fázi u prvků, takže kombinované záření tvoří paprsek v řízeném směru. Celá clona se nemusí mechanicky otáčet při každé změně zaměření.

Rychlá odpověď:PESA poskytuje elektronické řízení paprsku s poměrně centralizovanou RF architekturou. Jeho skutečný výkon nezávisí na více než jen na samotné zkratce. Inženýři musí před rozhodnutím, zda návrh splňuje danou aplikaci, ověřit zisk vzhledem k úhlu skenování, ztrátu v napájecí síti, provozní šířku pásma, postranní laloky, polarizaci, kalibraci, pracovní cyklus, tepelné limity a referenční rovinu měření.

To je důležité, protože specifikace měřená pouze v oblasti boresight může skrýt podmínky, které ovlivňují výkon v terénu. Vysoký špičkový zisk neukazuje, jak se paprsek mění v blízkosti okraje sektoru skenování. Široký rozsah provozních frekvencí nedokazuje, že zaměření paprsku zůstává stabilní v celém pásmu. Následující části vysvětlují, jak PESA funguje a které otázky snižují riziko integrace.

Jak funguje radar PESA

Architekturu PESA lze implementovat různými způsoby, ale signálová cesta obvykle obsahuje pět funkčních stupňů. Některé systémy používají subarray nebo redundantní kanály, takže blokové schéma by mělo být vždy porovnáno se skutečným návrhem.

1. Generování tvaru vlny a VF konverze. Budič vytváří požadovaný tvar vlny a převádí ho na provozní frekvenci. Vysílač poté zvýší signál na požadovanou úroveň výkonu.
2. Distribuce energie. Napájecí síť rozděluje přenášený signál mezi mnoho cest. Síť může používat vlnovod, přenosové vedení, děliče výkonu, vazební členy a další mikrovlnné komponenty.
3. Řízení fáze. Fázový posun v každé dráze prvku nebo v každé dráze podpole mění fázi signálu podle zadaného směru paprsku. Postup fáze napříč aperturou určuje, kde dochází ke konstruktivní interferenci.
4. Vyzařování a tvorba paprsku. Prvky antény vyzařují společně. Jejich pole se ve zvoleném směru silně sčítají a v ostatních směrech částečně ruší, čímž vytvářejí hlavní paprsek a boční laloky.
5. Příjem a kalibrace. Odražené signály se vracejí skrz clonu a napájecí síť do přijímacího řetězce. Kalibrační data korigují fázové a amplitudové rozdíly způsobené tolerancemi součástek, teplotou, frekvencí a stárnutím.

Elektronické řízení dokáže pohybovat paprskem mnohem rychleji než fyzické přemisťování velké clony. Užitečná rychlost skenování však závisí také na časování průběhu, latenci řízení, zpracování signálu a plánovači radarových zdrojů. Samotná rychlost řízení antény nedefinuje, kolik cílů nebo úkolů dokáže celý radar podporovat.

Proč se tomu říká pasivní elektronicky skenované pole

Slovo pasivní popisuje RF architekturu v apertuře. V konvenční PESA anténní prvky neobsahují kompletní aktivní vysílací a přijímací modul. Centralizovaný RF řetězec dodává a přijímá energii prostřednictvím napájecí sítě, zatímco komponenty fázového řízení tvarují paprsek. Soustava antén stále potřebuje elektrickou energii pro řízení, přepínání, chlazení a další funkce.

Radar PESA se také liší od pasivního radaru. Pasivní radar obvykle detekuje odrazy od externích vysílačů nebo jiných osvětlovačů příležitosti. PESA je architektura antény a distribuce VF, kterou lze použít v aktivně vysílajícím radaru. Záměna těchto dvou významů vede k nesprávným systémovým požadavkům.

Které parametry určují výkon PESA

Nejužitečnější specifikací je matice výkonu v závislosti na frekvenci, úhlu skenování, polarizaci a provozních podmínkách. Níže uvedená tabulka uvádí položky, které by měly být definovány před porovnáním polí nebo vyžádáním si cenové nabídky.

Proč se výkon mění s úhlem skenování

Fázovaná anténní soustava je obvykle nejsilnější v blízkosti osy záměru, což je směr kolmý k cloně. Jak je paprsek směrován dále, promítnutá clona se ve směru skenování zmenšuje. Rozložení prvků může také poskytovat méně záření v zadaném úhlu. Chyby napájení, vzájemná vazba, strukturální tolerance a radom mohou přispívat k dalšímu zkreslení.

Výsledkem může být ztráta skenování, širší šířka paprsku, posunuté postranní laloky, vyšší křížová polarizace nebo chyba zaměřování. Tyto změny nejsou zachyceny jednou hodnotou zesílení v ose záměru. Pro pole určené ke skenování do specifikovaného úhlu si vyžádejte data o zesílení a vzoru v ose záměru, jednom nebo více mezilehlých úhlech a na okraji požadovaného sektoru. Kontrolu opakujte na nejnižší, střední a nejvyšší provozní frekvenci.

Zvláštní pozornost si zaslouží rozteč prvků. Pokud je rozteč příliš velká vzhledem k vlnové délce a úhlu skenování, mohou se do viditelné oblasti dostat nežádoucí mřížkové laloky. Konstrukce, která je přijatelná na spodním konci pásma, se může chovat odlišně na nejvyšší frekvenci, kde stejná fyzická rozteč představuje více vlnových délek.

Jak šířka pásma a šilhání paprsku ovlivňují PESA

Mnoho systémů PESA používá fázové posunovače k ​​vytvoření fázového postupu, který je správný na zvolené frekvenci. Když se frekvence změní, stejné nastavení fáze může nasměrovat paprsek do jiného úhlu. Tento frekvenčně závislý posun zaměření se běžně nazývá šilhání paprsku. Velikost efektu závisí na šířce pásma, úhlu skenování, architektuře a typu sítě pro fázové řízení.

Požadavek na širokopásmové připojení proto vyžaduje více než jen uvedení frekvenčního rozsahu. Požadujte zaměření paprsku, zisk, postranní laloky a polarizaci v závislosti na frekvenci a úhlu skenování. Některé konstrukce používají prvky s časovým zpožděním, techniky subarray nebo frekvenčně závislé korekce ke snížení šilhání paprsku, ale tyto možnosti přidávají vlastní ztráty, složitost, velikost a požadavky na kalibraci.

Kde hrají roli ztráty v napájecí síti?

V typickém monostatickém PESA s využitím sdílené apertury se napájecí síť podílí na vysílací i přijímací cestě. Děliče výkonu, přenosové linky, vlnovody, fázové posunovače, přepínače a přechody přispívají k vložným ztrátám. Při vysílání tyto ztráty snižují výkon dodávaný do apertury a generují teplo. Při příjmu mohou ztráty před přijímačem snížit citlivost a efektivní dynamický rozsah.

Hodnoty ztrát musí být vázány na jasnou referenční rovinu. Uvedený zisk antény může vyloučit kabel, otočný kloub, vlnovodový přechod, síť fázového řízení nebo radom, které jsou přítomny v instalovaném systému. Během přejímky porovnejte naměřená data se stejnou konfigurací a referenční rovinou použitou ve specifikaci.

Znamená PESA jednu frekvenci nebo jeden cíl?

Osm otázek, které si je třeba položit před integrací pole PESA

1. Jaké provozní frekvence a okamžité šířky pásma musí být podporovány a jaké hodnoty jsou povinné v celém sektoru skenování?
2. Jaké je požadováno pokrytí azimutu a elevace a je celá clona mechanicky fixována, otočná nebo jinak přemístěna?
3. Jaké limity zisku, EIRP, šířky paprsku, postranních laloků a křížové polarizace platí pro osu záměru a pro maximální úhel skenování?
4. Jaký špičkový výkon, průměrný výkon, šířku impulzu a pracovní cyklus musí napájecí síť a clona zvládnout?
5. Kde se nacházejí referenční roviny vysílacího výkonu a citlivosti příjmu a které ztráty kabelu, vlnovodu, fázového posunovače a radomu jsou zahrnuty?
6. Jak bude pole kalibrováno z hlediska frekvence, teploty a úhlu skenování a jak bude po instalaci detekován drift?
7. Jaká omezení konektoru, vlnovodu, montáže, radomu, velikosti, hmotnosti a prostředí platí pro instalovanou konfiguraci?
8. Která měření prokáží akceptaci a bude testovací nastavení reprodukovat provozní polarizaci, frekvenci, výkon a podmínky skenování?

PESA a AESA nabízejí různé architektonické možnosti

PESA a aktivní elektronicky skenovaný radar s anténními soustavami používají k řízení paprsků řízené fázové vztahy. Jejich hlavní rozdíl spočívá v tom, kde dochází k aktivnímu generování a příjmu rádiových vln. PESA obvykle směruje centralizovanou architekturu vysílače a přijímače prostřednictvím napájecí sítě a fázových posunovačů. AESA distribuuje mnoho aktivních vysílacích a přijímacích modulů napříč aperturou nebo jejími dílčími soustavami. Implementace tvarování paprsku – analogová, hybridní nebo digitální – je samostatný konstrukční rozměr a neměla by být považována za synonymum pro rozlišení PESA/AESA.

AESA může nabídnout větší redundanci, flexibilitu průběhů signálu a rychlé plánování multifunkčních funkcí, ale také vytváří náročné požadavky na distribuci energie, chlazení, kalibraci a řízení modulů. PESA může zůstat praktická, pokud centralizovaná RF architektura splňuje požadavky na poslání a integraci. Podrobné srovnání architektur naleznete v dokumentu RF MISO.Srovnání radarů AESA a PESASprávný výběr by měl být založen na měřitelných požadavcích, spíše než na předpokladu, že jedna zkratka je vždy lepší.

Jak by mělo být pole PESA měřeno a akceptováno

Přijímací zkoušky by měly reprodukovat podmínky použité ve specifikaci výkonu. Minimálně zdokumentujte frekvenční body, polarizaci, skenovací příkazy, úroveň výkonu, pracovní cyklus, stav kalibrace, stav radomu a referenční rovinu RF. Změřte nebo ověřte zisk, šířku paprsku, přesnost zaměřování, postranní laloky a křížovou polarizaci při reprezentativních úhlech skenování.

Požadovaný dosah a nastavení závisí na velikosti clony, frekvenci a měřicím cíli. Vhodné mohou být metody vzdáleného pole, kompaktního dosahu nebo blízkého pole. RF MISOmožnosti testování anténpopsat relevantní zdroje měření, ale konečná metoda a rozpočet nejistoty by měly být dohodnuty před zahájením akceptačních zkoušek.

Podpora RF MISO pro vyhodnocení anténního pole

RF MISO je výrobce rádiových a mikrovlnných antén, který podporuje výzkum, měření a systémovou integraci antén. RF MISO nepředstavuje kompletní radar PESA jako standardní anténní produkt. Relevantní technické diskuse začínají požadavky na aperturu antény, napájení a rozhraní, které lze ověřit v porovnání s definovaným frekvenčním pásmem, polarizací, ziskem, šířkou paprsku a mechanickou obálkou.

Inženýři mohou zkontrolovat RF MISOprodukty pro anténní soustavyaplanární antényjako výchozí body pro diskuse o komponentách a cloně. Dostupné standardní produkty netvoří automaticky radar PESA a vhodnost musí být ověřena na základě kompletní architektury systému.

Pro úvodní technickou diskusi uveďte provozní pásmo, okamžitou šířku pásma, polarizaci, požadovaný zisk, sektor skenování, cíl postranních laloků, špičkový a průměrný výkon, RF rozhraní, velikost apertury, montážní omezení, podmínky prostředí a očekávání pro přejímací testy. Tyto informace umožňují technickému týmu určit, které antény a možnosti testování vyžadují další vyhodnocení.

Send the project requirements to info@rf-miso.com or kontaktujte RF MISOprostřednictvím webových stránek.

Často kladené otázky

Co znamená zkratka PESA

PESA je zkratka pro pasivní elektronicky skenované pole (passive electronically scanned array). Obvykle využívá poměrně centralizovanou architekturu pro vysílání/přijímání rádiových paprsků, napájecí síť a řízené fázové posuny pro směrování paprsku přes otvor antény.

Proč se PESA nazývá pasivní, když vysílá energii?

Pasivní popisuje absenci kompletního aktivního vysílacího a přijímacího modulu u každého anténního prvku. Radar stále používá napájený RF, řídicí, kalibrační a chladicí hardware.

Může radar PESA sledovat více cílů?

Může to záviset na plánování paprsku, době opětovného použití, návrhu průběhu, přijímacích kanálech a zpracování. Samotné označení PESA nedefinuje cílovou kapacitu.

Je PESA totéž co fázovaná anténní soustava?

PESA je jedna z architektur fázovaného anténního pole (PHA), zatímco fázované anténní pole (PHA) je širší koncept antény. AESA je další VF architektura. Analogové, hybridní a digitální tvarování paprsku popisují, jak je tvarování paprsku implementováno, a tvoří samostatnou klasifikační dimenzi, spíše než ekvivalentní alternativy k PESA nebo AESA.

Jaká data by měla být zkontrolována při maximálním úhlu skenování

Zkontrolujte zisk nebo útlum skenování, šířku paprsku, přesnost zaměřování, postranní laloky, křížovou polarizaci a chování impedance na požadovaných frekvencích a instalované konfiguraci.

Kdy může být PESA praktickou volbou

PESA může být praktická, když je vyžadováno elektronické řízení a centralizovaný RF řetězec může splňovat požadavky na šířku pásma, skenování, výkon, spolehlivost, tepelné vlastnosti a údržbu. Rozhodnutí by mělo být v souladu s měřeními systému a omezeními životního cyklu.