Что такое радар PESA? Как он работает и что должны проверять инженеры?

Пассивная радиолокационная система с электронным сканированием (PESA-радар) обычно использует сравнительно централизованную архитектуру приема/передачи радиочастотного сигнала для питания множества антенных элементов через распределительную сеть. Электронно управляемые фазовые сдвиги устанавливают относительную фазу на элементах, так что суммарное излучение формирует луч в заданном направлении. При этом нет необходимости механически вращать всю апертуру при каждом изменении направления.

Краткий ответ:Технология PESA обеспечивает электронное управление лучом с относительно централизованной радиочастотной архитектурой. Ее реальная производительность зависит не только от аббревиатуры. Прежде чем решить, подходит ли конструкция для конкретного применения, инженеры должны проверить коэффициент усиления в зависимости от угла сканирования, потери в питающей сети, рабочую полосу пропускания, боковые лепестки, поляризацию, калибровку, коэффициент заполнения, тепловые пределы и плоскость измерения.

Это важно, потому что характеристики, измеренные только в точке визирования, могут скрывать условия, определяющие работу в полевых условиях. Высокое пиковое усиление не показывает, как изменяется луч вблизи края сектора сканирования. Широкий диапазон рабочих частот не доказывает, что направление луча остается стабильным во всем диапазоне. В следующих разделах объясняется, как работает PESA и какие вопросы снижают риск интеграции.

Как работает радар PESA?

Архитектура PESA может быть реализована различными способами, но сигнальный тракт обычно содержит пять функциональных каскадов. В некоторых системах используются подмассивы или резервные каналы, поэтому блок-схему всегда следует сверять с фактической схемой.

1. Генерация сигналов и ВЧ-преобразование. Возбудитель создает необходимый сигнал и преобразует его в рабочую частоту. Затем передатчик повышает уровень сигнала до требуемого уровня мощности.
2. Распределение мощности. Сеть питания распределяет передаваемый сигнал по множеству путей. В сети могут использоваться волноводы, линии передачи, разветвители мощности, соединители и другие микроволновые компоненты.
3. Фазовое управление. Фазовый сдвигатель в каждом тракте элемента или в каждом тракте подмассива изменяет фазу сигнала в соответствии с заданным направлением луча. Изменение фазы по апертуре определяет, где возникает конструктивная интерференция.
4. Излучение и формирование луча. Элементы антенны излучают вместе. Их поля сильно складываются в выбранном направлении и частично компенсируют друг друга в других направлениях, создавая основной луч и боковые лепестки.
5. Приём и калибровка. Отражённые сигналы возвращаются через апертуру и питающую сеть к приёмной цепи. Калибровочные данные корректируют фазовые и амплитудные различия, вызванные допусками компонентов, температурой, частотой и старением.

Электронное управление позволяет перемещать луч гораздо быстрее, чем физическое изменение положения большой апертуры. Однако полезная скорость сканирования также зависит от синхронизации формы сигнала, задержки управления, обработки сигнала и планировщика ресурсов радара. Скорость управления антенной сама по себе не определяет, сколько целей или задач может поддерживать весь радар.

Почему это называется пассивной электронно-сканирующей матрицей?

Термин «пассивный» описывает радиочастотную архитектуру на апертуре. В обычной PESA-антенне каждый элемент не содержит полноценного активного модуля передачи и приема. Централизованная радиочастотная цепь обеспечивает подачу и прием энергии через фидерную сеть, в то время как компоненты фазового управления формируют луч. Антенной решетке по-прежнему требуется электропитание для управления, переключения, охлаждения и других функций.

Радар PESA также отличается от пассивного радара. Пассивный радар обычно обнаруживает отражения от внешних передатчиков или других источников света. PESA — это архитектура антенны и распределения радиочастотного сигнала, которая может использоваться в активно передающем радаре. Смешивание этих двух значений приводит к неверным системным требованиям.

Какие параметры определяют производительность PESA?

Наиболее полезной спецификацией является матрица характеристик в зависимости от частоты, угла сканирования, поляризации и условий эксплуатации. В таблице ниже перечислены параметры, которые следует определить перед сравнением массивов или запросом коммерческого предложения.

Почему производительность меняется в зависимости от угла сканирования?

Фазированная антенная решетка обычно наиболее эффективна вблизи оси визирования, то есть в направлении, перпендикулярном апертуре. По мере удаления луча от оси, проецируемая апертура уменьшается в направлении сканирования. Диаграмма направленности элементов также может обеспечивать меньшее излучение под заданным углом. Ошибки подачи, взаимная связь, конструктивные допуски и обтекатель могут дополнительно вносить искажения.

Результатом могут быть потери при сканировании, более широкая ширина луча, смещение боковых лепестков, более высокая кросс-поляризация или ошибка наведения. Эти изменения не отражаются одним значением коэффициента усиления в точке визирования. Для антенной решетки, предназначенной для сканирования под заданным углом, запросите данные о коэффициенте усиления и диаграмме направленности в точке визирования, под одним или несколькими промежуточными углами и на краю требуемого сектора. Повторите проверку на самой низкой, центральной и самой высокой рабочих частотах.

Особое внимание следует уделить расстоянию между элементами. Если расстояние слишком велико по отношению к длине волны и углу сканирования, нежелательные лепестки решетки могут попасть в видимый диапазон. Конструкция, приемлемая в нижней части диапазона, может вести себя иначе на самых высоких частотах, где то же физическое расстояние соответствует большему количеству длин волн.

Как полоса пропускания и угол наклона луча влияют на PESA-антенну?

Во многих системах PESA используются фазовращатели для создания фазовой последовательности, корректной на выбранной частоте. При изменении частоты одна и та же настройка фазы может направлять луч под другим углом. Это зависящее от частоты смещение направления луча обычно называют «косоглазием луча». Величина эффекта зависит от полосы пропускания, угла сканирования, архитектуры и типа сети фазового управления.

Таким образом, для широкополосных требований требуется нечто большее, чем просто указание диапазона частот. Необходимо запросить информацию о направлении луча, усилении, боковых лепестках и поляризации в зависимости от частоты и угла сканирования. В некоторых конструкциях используются элементы с истинной задержкой по времени, методы субрешеток или частотно-зависимые коррекции для уменьшения отклонения луча, но эти варианты добавляют свои потери, усложняют конструкцию, увеличивают размеры и требуют калибровки.

Где потери в сети передачи данных имеют значение?

В типичной моностатической PESA-системе с общей апертурой фидерная сеть участвует как в передаче, так и в приеме. Делители мощности, линии передачи, волноводы, фазовращатели, переключатели и переходники — все они вносят свой вклад в потери на входе. При передаче эти потери уменьшают мощность, подаваемую на апертуру, и генерируют тепло. При приеме потери перед приемником могут снизить чувствительность и эффективный динамический диапазон.

Значения потерь должны быть привязаны к четко определенной плоскости отсчета. Указанное усиление антенны может не включать кабель, вращающееся соединение, волноводный переход, фазорегулирующую сеть или обтекатель, присутствующие в установленной системе. При приемке необходимо сравнивать измеренные данные с той же конфигурацией и плоскостью отсчета, которые использовались в спецификации.

Означает ли PESA «одна частота» или «одна цель»?

Восемь вопросов, которые следует задать перед интеграцией массива PESA.

1. Какие рабочие частоты и мгновенная полоса пропускания должны поддерживаться, и какие значения являются обязательными для всего сектора сканирования?
2. Какой диапазон азимутального и углового охвата требуется, и вся ли апертура механически зафиксирована, вращается или иным образом перемещается?
3. Какие ограничения по усилению, ЭИИП, ширине луча, боковым лепесткам и кросс-поляризации действуют при наведении на ось и при максимальном угле сканирования?
4. Какую пиковую мощность, среднюю мощность, ширину импульса и коэффициент заполнения должна выдерживать питающая сеть и апертура?
5. Где находятся опорные плоскости мощности передачи и чувствительности приема, и какие потери в кабеле, волноводе, фазовращателе и обтекателе учтены?
6. Как будет производиться калибровка антенной решетки по частоте, температуре и углу сканирования, и как будет определяться дрейф после установки?
7. Какие ограничения по разъемам, волноводам, креплениям, обтекателям, размерам, весу и условиям окружающей среды применяются к установленной конфигурации?
8. Какие измерения подтвердят соответствие требованиям, и сможет ли тестовая установка воспроизвести рабочие условия поляризации, частоты, мощности и сканирования?

PESA и AESA предлагают разные архитектурные решения.

И радары с активной электронно-сканирующей антенной решеткой (PESA), и радары с активной электронно-сканирующей антенной решеткой (AESA) используют управляемые фазовые соотношения для управления лучами. Основное различие между ними заключается в месте генерации и приема активного радиочастотного сигнала. В радаре PESA централизованная архитектура передатчика и приемника обычно проходит через сеть питания и фазовращатели. В радаре AESA множество активных передающих и приемных модулей распределяются по апертуре или ее подрешеткам. Реализация формирования луча — аналоговая, гибридная или цифровая — является отдельным аспектом проектирования и не должна рассматриваться как синоним различия между PESA и AESA.

AESA может обеспечить большую избыточность, гибкость форм сигналов и быстрое многофункциональное планирование, но она также предъявляет высокие требования к распределению питания, охлаждению, калибровке и управлению модулями. PESA может оставаться практичной, если централизованная радиочастотная архитектура отвечает требованиям миссии и интеграции. Для подробного сравнения архитектур ознакомьтесь с материалами RF MISO.Сравнение радаров AESA и PESAПравильный выбор должен основываться на измеримых требованиях, а не на предположении, что одна аббревиатура всегда лучше.

Как следует измерять и оценивать массив PESA?

Приёмочные испытания должны воспроизводить условия, указанные в технической спецификации. Как минимум, необходимо задокументировать частотные точки, поляризацию, команды сканирования, уровень мощности, коэффициент заполнения, состояние калибровки, состояние обтекателя и опорную плоскость ВЧ-сигнала. Измерьте или проверьте коэффициент усиления, ширину луча, точность наведения, боковые лепестки и кросс-поляризацию при репрезентативных углах сканирования.

Необходимая дальность действия и настройка зависят от размера апертуры, частоты и объектива измерения. Могут быть подходящими методы дальнего поля, компактного диапазона или ближнего поля. Радиочастотные MISOвозможности тестирования антеннНеобходимо описать соответствующие измерительные ресурсы, однако окончательный метод и бюджет неопределенности должны быть согласованы до начала приемочных испытаний.

Поддержка RF MISO для оценки антенных решеток

Компания RF MISO — производитель радиочастотных и микроволновых антенн, оказывающий поддержку в исследованиях, измерениях и системной интеграции антенн. RF MISO не предлагает готовый радар PESA в качестве стандартного антенного продукта. Обсуждение инженерных вопросов начинается с требований к апертуре антенны, питанию и интерфейсу, которые могут быть проверены на соответствие определенному частотному диапазону, поляризации, коэффициенту усиления, ширине луча и механическим параметрам.

Инженеры могут проверить RF MISOантенные решеткииплоские антенныв качестве отправных точек для обсуждения компонентов и апертуры. Имеющиеся стандартные изделия не являются автоматически радаром PESA, и их пригодность должна быть подтверждена на основе полной архитектуры системы.

Для первоначального технического обсуждения укажите рабочий диапазон, мгновенную полосу пропускания, поляризацию, требуемое усиление, сектор сканирования, целевые значения боковых лепестков, пиковую и среднюю мощность, радиочастотный интерфейс, размер апертуры, ограничения по монтажу, условия окружающей среды и ожидаемые результаты приемочных испытаний. Эта информация позволит инженерной группе определить, какие варианты антенн и испытаний требуют дальнейшей оценки.

Send the project requirements to info@rf-miso.com or контакт RF MISOчерез веб-сайт.

Часто задаваемые вопросы

Что означает аббревиатура PESA?

PESA расшифровывается как пассивная электронно-сканируемая антенная решетка. Как правило, она использует сравнительно централизованную архитектуру передачи/приема радиочастотного сигнала, питающую сеть и управляемые фазовые сдвиги для направления луча по апертуре антенны.

Почему PESA называется пассивным устройством, если оно передает энергию?

Пассивный режим подразумевает отсутствие полноценного активного модуля передачи и приема на каждом элементе антенны. В радаре по-прежнему используются питаемые от источника радиочастотные компоненты, а также компоненты управления, калибровки и охлаждения.

Может ли радар PESA отслеживать несколько целей одновременно?

Это может зависеть от планирования лучей, времени повторного наблюдения, конструкции формы сигнала, каналов приемника и обработки. Само по себе обозначение PESA не определяет целевую пропускную способность.

PESA — это то же самое, что и фазированная антенная решетка?

PESA — это одна из радиочастотных архитектур фазированных антенных решеток, тогда как фазированная антенная решетка — это более широкое понятие антенны. AESA — это другая радиочастотная архитектура. Аналоговое, гибридное и цифровое формирование луча описывают способы реализации формирования луча и образуют отдельное классификационное измерение, а не эквивалентные альтернативы PESA или AESA.

Какие данные следует проверить при максимальном угле сканирования?

Проверьте коэффициент усиления или потери при сканировании, ширину луча, точность наведения, боковые лепестки, кросс-поляризацию и импедансные характеристики на требуемых частотах и ​​в установленной конфигурации.

Когда PESA может стать практичным выбором?

Технология PESA может быть практичной, когда требуется электронное управление, а централизованная радиочастотная цепочка может удовлетворить требованиям к полосе пропускания, сканированию, энергопотреблению, надежности, тепловым характеристикам и техническому обслуживанию. Решение должно приниматься на основе результатов системных измерений и ограничений жизненного цикла.