تتطلب الطائرات التكتيكية المسيرة (UAVs)، والمنصات المتحركة، وأنظمة الرادار قدرة مشعة مكافئة متناحية (EIRP) عالية وإمكانية مسح فضائي سريع دون التعرض لمحددات القصور الذاتي الميكانيكي، ومشاكل الموثوقية، والحمولة الوزنية المرتفعة المرتبطة بالهوائيات التقليدية المثبتة على حوامل ميكانيكية (Gimbals). ويتطلب تحقيق توجيه إلكتروني دقيق للشعاع ثنائي الأبعاد ضمن حمولات المنصات الجوية والمتحركة ذات المساحات المحدودة استخدام بنى متراصة قائمة على تقنية «الهوائي المدمج في الغلاف» (Antenna-in-Package, AiP) التي تدمج أجهزة الإرسال والاستقبال متعددة القنوات، وشبكات توزيع وتشكيل الحزم، ومسارات التبديد الحراري في وحدة موحدة منخفضة الارتفاع.
يدمج هوائي المصفوفة الطورية النشطة ثنائية الأبعاد ذو 256 قناة للنطاق X مصفوفة أجهزة إرسال واستقبال مؤلفة من 16×16 عنصراً تعمل عبر نطاق التردد من 9.2 غيغاهرتز إلى 9.8 غيغاهرتز (مع إمكانية التهيئة بخطوات قدرها 30 ميغاهرتز). يوفر النظام قدرة EIRP محددة للمنظومة تبلغ ≥ 80 dBm ونسبة G/T للمنظومة تبلغ ≥ 0.5 dB/K عبر نطاقات التردد ودرجات الحرارة المحددة، مع توفير مسح إلكتروني ثنائي الأبعاد بزاوية ±45° في كل من مستويي السمت والارتفاع. صُمم النظام ضمن هيكل مدمج بأبعاد تبلغ ≤ 315 × 315 × 60 مم وبوزن إجمالي يبلغ ≤ 3.5 كغ، ويعمل بمصدر تيار مستمر بجهد يتراوح بين 18 و 36 فولتاً، ويستهلك طاقة بمقدار ≤ 235 واط عند دورة تشغيل إرسال تبلغ 20%.
المواصفات الفنية والدعم الهندسي
هل تحتاج إلى معلمات الأداء الكاملة أو تقارير الاختبار المصنعية أو الدعم المخصص لهذه الفئة؟
المواصفات الفنية على مستوى المنظومة
يلخص الجدول التالي مؤشرات الأداء الراديوي والخصائص الكهربائية والميكانيكية لهوائي المصفوفة الطورية النشطة ذي 256 قناة:
| فئة المعايير | المعيار الهندسي | المواصفة / المتطلب |
| التردد الراديوي وطبولوجيا المصفوفة | نطاق تردد التشغيل | 9.2 غيغاهرتز – 9.8 غيغاهرتز (قابل للضبط بخطوات 30 ميغاهرتز) |
| تكوين المصفوفة | 256 عنصراً (مصفوفة 16×16) | |
| الاستقطاب | رأسي (يتوفر الاستقطاب الأفقي حسب الطلب) | |
| قدرة EIRP للمنظومة (بالاتجاه العمودي) | ≥ 80 dBm (عبر كافة نطاقات التشغيل ودرجات الحرارة) | |
| نسبة G/T | ≥ 0.5 dB/K (عبر كافة نطاقات التشغيل ودرجات الحرارة) | |
| توجيه الشعاع والمخطط الإشعاعي | نطاق المسح الإلكتروني | السمت ±45° / الارتفاع ±45° |
| دقة التوجيه | ≤ 0.15° (ضمن ±20°) / ≤ 0.3° (ضمن ±45°) | |
| تراجع الكسب عند المسح | ≤ 3 dB (ضمن نطاق مسح ±45°) | |
| عرض شعاع الإرسال / عرض شعاع الاستقبال | الإرسال: 5.8° ± 0.3° / الاستقبال: 6.8° ± 0.4° (@ التردد المركزي) | |
| عمق النقطة الصفرية لشعاع الفرق | -22 dB (نموذجي، السمت والارتفاع) | |
| مستوى الفص الجانبي الأول (الاستقبال) | < -22 dB (بالاتجاه العمودي) | |
| أداء أجهزة الإرسال والاستقبال | ذروة قدرة الإرسال لكل قناة | ≥ 27 dBm (قيمة تصميمية مضمونة) |
| كسب القناة النشطة في الاستقبال | ≥ 15 dB (قيمة تصميمية مضمونة؛ قابل للتعديل) | |
| معامل ضجيج جهاز الاستقبال | < 3.5 dB (عبر كافة نطاقات التشغيل ودرجات الحرارة) | |
| زمن تبديل الشعاع | ≤ 50 ميكروثانية | |
| معايير SWaP-C والواجهات | الأبعاد (الطول × العرض × الارتفاع) | ≤ 315 × 315 × 60 مم |
| الوزن الإجمالي للنظام | ≤ 3.5 كغ | |
| مصدر التغذية / استهلاك الطاقة | DC 18V – 36V / ≤ 235 W (عند دورة تشغيل إرسال 20%) | |
| نطاق درجة حرارة التشغيل | من -40°C إلى +70°C | |
| موصلات التحكم والتغذية | التحكم: J30J-15ZK (بروتوكول RS422 متزامن) / الطاقة: J30J04P04P |
بنية مصفوفة AiP ثنائية الأبعاد ومسار الإشارة
يدمج النظام الفرعي كلاً من الفتحة الإشعاعية للهوائي، وقنوات الإرسال والاستقبال (T/R)، ومركّب الترددات، وشبكة النبضة الأحادية، ووحدة التحكم في الشعاع ضمن هيكل ميكانيكي موحد:
المسار الوظيفي للإشارة: إشارة الرادار في النطاق الأساسي أو التردد الوسيط ◄ مركّب التردد الداخلي وتوزيع الإشارة ◄ قلب قنوات T/R لـ 256 قناة (مصفوفة AiP 16×16) ◄ شبكة المجموع والفرق للنبضة الأحادية ◄ الفتحة الإشعاعية (خرج الشعاع الفضائي).
(تتم إدارة توجيه الشعاع وتكوينات الأنماط عبر وحدة التحكم الداخلية بواسطة بروتوكول RS422 المتزامن من خلال واجهة J30J-15ZK)
- أداء قدرة الإشعاع (EIRP): تتضمن المصفوفة 256 قناة إرسال نشطة بقدرة ذروية تبلغ ≥ 27 dBm لكل قناة؛ في حين تبلغ قدرة EIRP المحددة للمنظومة ≥ 80 dBm في الاتجاه العمودي، مما يدعم تطبيقات تشكيل الحزم عالية الكسب والإرسال الموجه في النطاق X.
- مواصفات مسار الاستقبال: توفر سلسلة الاستقبال كسباً للقناة النشطة بمقدار ≥ 15 dB مع معامل ضجيج محدد يبلغ < 3.5 dB، بينما تبلغ نسبة G/T على مستوى المنظومة ≥ 0.5 dB/K عبر كافة نطاقات التردد ودرجات الحرارة المحددة.
- خرج المجموع والفرق للنبضة الأحادية: توفر منافذ التردد الراديوي المخصصة مخارج للمجموع (H)، وفارق السمت (FWC)، وفارق الارتفاع (FYC) مع عمق نقطة صفرية لشعاع الفرق يبلغ -22 dB لدعم قياس وتتبع الخطأ الزاوي بنظام النبضة الأحادية.
المسح الإلكتروني للشعاع وأداء التبديل السريع
يتيح الاستغناء عن آليات الحركة الميكانيكية إمكانية المسح الحجمي السريع وتتبع الأهداف الديناميكية بكفاءة:
- مسح ثنائي الأبعاد بزاوية ±45°: يوجه الهوائي الشعاع ديناميكياً عبر مستويي السمت والارتفاع مع تراجع في الكسب يبلغ ≤ 3 dB ضمن نطاق مسح يبلغ ±45°.
- دقة التوجيه: يحقق النظام دقة توجيه تبلغ ≤ 0.15° ضمن المخروط المركزي بزاوية ±20°، و ≤ 0.3° ضمن نطاق المسح الإجمالي البالغ ±45°.
- تبديل سريع للشعاع: تنفذ وحدة التحكم في الشعاع الانتقال بين حالات الطور والسعة في زمن قدره ≤ 50 ميكروثانية، مما يضمن التبديل السريع بين مواضع الشعاع المختلفة في تطبيقات المسح الديناميكي.
- تثبيط الفصوص الجانبية للاستقبال: يبلغ مستوى الفص الجانبي الأول لمخطط الاستقبال < -22 dB بالاتجاه العمودي، مما يحد من التقاط الإشارات خارج المحور الرئيسي.
تحسين معايير SWaP-C للمنصات المحمولة جواً والمتحركة
يتطلب دمج هوائيات المصفوفة الطورية النشطة المتقدمة في المنصات التكتيكية التزاماً صارماً بمحددات الحجم، والوزن، واستهلاك الطاقة، والتبريد:
- سماكة منخفضة تبلغ 60 مم: يتيح استيعاب 256 قناة نشطة ضمن حيز لا يتجاوز ≤ 315 × 315 × 60 مم تكاملاً مدمجاً على الطائرات المسيرة والمنصات الأرضية المتحركة.
- وزن إجمالي يبلغ ≤ 3.5 كغ: يساعد وزن المنظومة الخفيف (≤ 3.5 كغ) في تقليل عبء الحمولة المسلط على المنصة الحاملة.
- كفاءة استهلاك الطاقة: عند دورة تشغيل إرسال تبلغ 20%، يستهلك النظام طاقة بمقدار ≤ 235 W من خط تغذية قياسي بجهد مستمر يتراوح بين 18 و 36 فولتاً.
- المواصفات البيئية: يمتد نطاق درجة حرارة التشغيل المعتمد بين -40°C إلى +70°C. وتشمل المعالجة السطحية طلاء أكسيد موصل للتجويف الداخلي وطبقة أساس بيضاء للغطاء الإشعاعي (Radome).
مجالات الاستخدام الرئيسية
يعتمد مهندسو الأنظمة على أنظمة هوائيات المصفوفات الطورية في عدة مجالات رادارية وتكتيكية متقدمة:
- حمولات الرادار للطائرات التكتيكية المسيرة: المسح الحجمي الجوي، والتتبع السطحي البحري، ورصد الأهداف الأرضية المتحركة (GMTI) للطائرات المسيرة متوسطة الحجم.
- الدفاع الجوي المتحرك وأنظمة مكافحة الدرونز (C-UAS): رصد وتتبع الأهداف الجوية المنخفضة وعالية السرعة بنمط التتبع أثناء المسح (TWS) من المنصات التكتيكية المتحركة.
- أنظمة أمن الحدود والمنشآت الحيوية: مراقبة قطاعية ثنائية الأبعاد مستمرة مع ميزات الاستحواذ الآلي على الأهداف والتتبع الزاوي الأحادي النبضة.
- رادارات التحكم في النيران الدقيقة: سرعة فائقة في تبديل الشعاع وقنوات المجموع والفرق المخصصة لتتبع الأهداف وتوجيه الأسلحة بدقة.
الأسئلة الشائعة (FAQ)
س1: ما هي المزايا الأساسية لبنية الهوائي المدمج في الغلاف (AiP) في حمولات الطائرات المسيرة؟
تدمج بنية AiP العناصر الإشعاعية وقنوات T/R وشبكات تشكيل الحزم ضمن وحدة مدمجة واحدة. يقلل ذلك من الحاجة إلى شبكات كابلات التردد الراديوي الخارجية المعقدة، ويحافظ على سماكة النظام عند ≤ 60 مم، ويبقي وزنه الإجمالي دون ≤ 3.5 كغ.
س2: كيف يتعامل الهوائي مع التتبع الزاوي للأهداف المتحركة؟
يحتوي الهوائي على شبكة تغذية أحادية النبضة توفر مخارج مستقلة للمجموع (H)، وفارق السمت (FWC)، وفارق الارتفاع (FYC) بعمق نقطة صفرية يبلغ -22 dB لدعم قياس وتتبع الخطأ الزاوي بدقة.
س3: ما هي واجهة التحكم المستخدمة لتوجيه مواضع الشعاع في الوقت الفعلي؟
يتم التحكم في توجيه الشعاع عبر بروتوكول RS422 المتزامن من خلال واجهة J30J-15ZK بتردد ساعة يبلغ ≥ 10 MHz، مع دعم حزم تحكم بالشعاع بطول 16 بايتاً وبدقة تحديد زاوية تبلغ 0.05°.