هوائي AESA لنطاق X سعة 768 قناة: فتحة إشعاعية صليبية الشكل، الأداء الراديوي، والتكامل مع الرادار

تتطلب هندسة مصفوفات المسح الإلكتروني النشطة (AESA) عالية الكثافة المخصصة للرادارات المتحركة، المراقبة، ومنصات التتبع تحقيق توازن بين توجيهية الشعاع وإجمالي استهلاك طاقة التيار المستمر والتبديد الحراري. بالنسبة للمنصات التي تفرض قيوداً حرارية وعلى الطاقة، يوفر تقليل عدد القنوات النشطة وسيلة عملية لإدارة استهلاك الطاقة والحمل الحراري للنظام مع الحفاظ على فتحة إشعاعية فعالة كبيرة.

يعالج هوائي AESA ثنائي الأبعاد لنطاق X سعة 768 قناة قيود SWaP-C هذه من خلال معمارية على شكل صليب تعتمد على شبكة مكونة من 32 × 32 عنصراً مع إزالة أربعة كتل طرفية بحجم 8 × 8، مما يترك 768 عنصراً نشطاً. ويعمل الهوائي في نطاق التردد من 9.2 غيغاهرتز إلى 9.8 غيغاهرتز، حيث توفر الفتحة النشطة سعة 768 قناة قدرة EIRP للنظام تصل إلى ≥ 89.5 dBm وعرض شعاع إرسال يبلغ 3.4° ± 0.3° في الاتجاه العمودي مع تحديد أقصى استهلاك للطاقة بـ ≤ 800 واط عند دورة تشغيل إرسال 20%. يدمج الهوائي التحكم بالطور والسعة لكل قناة إرسال/استقبال، وشبكات المجموع والفرق أحادية النبضة، وتنظيم الطاقة، وإلكترونيات التحكم بالشعاع داخل هيكل موحد بأبعاد 630 × 630 × 65 ملم وبوزن إجمالي ≤ 14 كجم.

من خلال تقليل عدد القنوات النشطة، تساعد هذه المعمارية في الحد من الحمل الكهربائي والحراري مع الحفاظ على أبعاد فتحة فيزيائية كبيرة، وتوفير الأداء الراديوي والتحكم الرقمي بنقل منخفض الزمن المطلوب لشبكات رادارات التتبع الدقيقة.

1. لماذا تعاني المنصات المتحركة وكيف تعالج معمارية 768 عنصراً الصليبية هذه القيود

في المصفوفات المربعة التقليدية بحجم 32 × 32، يؤدي تثبيت وتغذية جميع مواضع العناصر الـ 1024 إلى زيادة عدد القنوات النشطة والحمل الحراري والكهربائي المصاحب لها. وتلغي إزالة المصفوفات الفرعية الأربع عند الزوايا الفتحة المربعة لإنشاء فتحة نشطة صليبية الشكل تعتمد على شبكة 32 × 32، مع إزالة 4 كتل بحجم 8 × 8 والحفاظ على 768 عنصراً نشطاً.

• تقليل الحمل الكهربائي والحراري: يساعد تقليل عدد القنوات النشطة على الحد من أقصى استهلاك للطاقة للنظام ليكون ≤ 800 واط عند دورة تشغيل إرسال 20%.
• الحفاظ على عرض الشعاع: يبلغ عرض شعاع الإرسال المحدد 3.4° ± 0.3° عند اتجاه النظير العمودي، بينما يبلغ عرض شعاع الاستقبال 3.8° ± 0.4°.
• الإدارة الحرارية: يساعد تقليل عدد القنوات النشطة على الحد من الحمل الكهربائي والحراري الإجمالي، بينما يدمج الهيكل بعمق 65 ملم الفتحة النشطة والإلكترونيات المرافقة ضمن حجم مدمج.

2. معمارية AiP بسعة 768 عنصراً ومخطط تدفق إشارة النظام

يستخدم الهوائي معمارية “الهوائي داخل الغلاف” (AiP) التي تدمج فتحة الهوائي مع وظائف التردد الراديوي وتشكيل الشعاع النشطة داخل التجميع المدمج.

• أداء قدرة EIRP والحساسية: يؤدي التنسيق بين 768 عنصراً مشعاً نشطاً إلى تحقيق قدرة EIRP بـ ≥ 89.5 dBm عبر ترددات التشغيل. وفي مسار الاستقبال، يوفر الكسب النشط للقناة ≥ 15 dB مع رقم ضوضاء للمستقبل أقل من 3.5 dB، مما يحقق معامل جودة للنظام G/T محدد بـ ≥ 5 dB/K.
• هيكل موحد: تقع مصفوفة المجموع والفرق أحادية النبضة، ومتحكم تشكيل الشعاع، وتوزيع التردد الراديوي داخل التجويف المدمج بعمق 65 ملم. وتحد المعمارية المدمجة من الحاجة إلى وصلات تردد راديوي خارجية منفصلة بين تجميعات الهوائي وتشكيل الشعاع الرئيسية.

مخطط تدفق الإشارة:

1. دخل المثير: يستقبل إشارة إثارة الإرسال/الاستقبال أحادية القناة بمستوى 30 ± 2 dBm عبر منفذ SMA-K الرئيسي (المقبض H).
2. لوحة AiP الموحدة (عمق 65 ملم): تطبق المصفوفة النشطة المكونة من 768 عنصراً التحكم بالطور والسعة لكل قناة قبل وصول الإشارة إلى فتحة الإشعاع.
3. شبكة المجموع والفرق أحادية النبضة: تعالج خطوط التغذية المدمجة الإشارات المقبولة لتوليد مخرجات فرق السمت (FWC) وفرق الارتفاع (FYC) مباشرة عند منافذ SMA-K.
4. التحكم الرقمي وواجهة الطاقة: تمر أوامر التوجيه عبر واجهة J30J-15ZK، بينما يتم توفير طاقة التيار المستمر (18–36 فولت مستمر) عبر موصلات J30J04P040 المخصصة.

3. أداء توجيه الشعاع والتتبع أحادي النبضة

يغطي المسح الإلكتروني نطاق ±45° في السمت و ±40° في الارتفاع، مع عمق نقطة انعدام نموذجي لشعاع الفرق يبلغ -22 dB في كلا المستويين.

مرونة التوجيه ودقة الإشارة

• نطاق المسح الإلكتروني: السمت ±45° / الارتفاع ±40°.
• انخفاض كسب المسح: السمت ≤ 3 dB / الارتفاع ≤ 3 dB عند زوايا التوجيه القصوى.
• خطأ التوجيه الزاوي: ≤ 0.15° داخل مخروط التتبع الرئيسي ±20°، و ≤ 0.3° عبر كامل نطاق المسح ±45°.
• سرعة تبديل الشعاع: محددة بـ ≤ 70 ميكروثانية.

تعد نافذة تبديل الشعاع في حدود ≤ 70 ميكروثانية ذات أهمية لمعماريات الرادار التي تتطلب إعادة توجيه سريعة للشعاع بين أنماط البحث، التتبع، وأشكال المسح الإلكتروني الأخرى.

خصائص القناة أحادية النبضة للمجموع والفرق

تولد شبكة التغذية الداخلية أشعة المجموع والفرق المتعامدة لتزويد مستقبل الرادار بمعلومات الخطأ الزاوي:

• عرض شعاع الإرسال: 3.4° ± 0.3° عند التردد المركزي (السمت والارتفاع).
• عرض شعاع الاستقبال: 3.8° ± 0.4° عند التردد المركزي (السمت والارتفاع).
• مستوى الفص الجانبي الأول للاستقبال: ≤ -22 dB.
• عمق نقطة انعدام شعاع الفرق: -22 dB (نموذجي، السمت والارتفاع).

4. المواصفات الكهربائية والراديوية

يلخص الجدول التالي المعايير الراديوية والكهربائية الرئيسية المخصصة للتقييم الفني لـ مصفوفات التتبع أحادية النبضة AESA لنطاق X:

المعيار الفني	المواصفات
نطاق تردد التشغيل	9.2–9.8 غيغاهرتز (خطوة ضبط التردد: 30 ميغاهرتز)
بنية المصفوفة	768 عنصراً (صليبية الشكل، شبكة 32×32 بدون 4 كتل 8×8)
نوع الاستقطاب	رأسي (يتوفر خيار الاستقطاب الأفقي حسب الطلب)
كسب هوائي الإرسال (بدون ترجيح)	≥ 33.2 dB
كسب هوائي الاستقبال (مع ترجيح)	≥ 32.2 dB
قدرة EIRP للنظام	≥ 89.5 dBm
معامل الجودة G/T	≥ 5 dB/K
نطاق المسح الإلكتروني	السمت ±45° / الارتفاع ±40°
انخفاض كسب المسح	السمت ≤ 3 dB / الارتفاع ≤ 3 dB
دقة التوجيه	≤ 0.3° (مسح ±45°) / ≤ 0.15° (ضمن مخروط ±20°)
عرض شعاع الإرسال العمودي	3.4° ± 0.3° (عند التردد المركزي، السمت والارتفاع)
عرض شعاع الاستقبال العمودي	3.8° ± 0.4° (عند التردد المركزي، السمت والارتفاع)
عمق نقطة انعدام شعاع الفرق	-22 dB (نموذجي، السمت والارتفاع)
كبح الفص الجانبي الأول للاستقبال	≤ -22 dB
قدرة دخل إثارة الإرسال/الاستقبال	30 ± 2 dBm (دخل إثارة أحادي القناة)
كسب القناة النشطة للاستقبال	≥ 15 dB
رقم ضوضاء المستقبل	< 3.5 dB
سرعة تبديل الشعاع	≤ 70 ميكروثانية

5. المتطلبات الميكانيكية، الحرارية، والتغذية

يساعد تحسين استهلاك الطاقة ليقتصر على ≤ 800 واط عند دورة تشغيل إرسال 20% على تبسيط الإدارة الحرارية عبر هيكل المركبات المتحركة والمقطورات التكتيكية. يعمل الهوائي عند جهد تيار مستمر يتراوح بين 18–36 فولت (الاسمي +24 فولت)، ويعمل بوفاء في بيئات حرارية تتراوح بين -40 درجة مئوية و +70 درجة مئوية.

يوفر الحجم المقدر بـ ≤ 630 × 630 × 65 ملم والكتلة ≤ 14 كجم شكلاً مدمجاً للتثبيت المباشر على المنصات أو التكامل مع المنصات الدوارة.

المعيار	المواصفات
الأبعاد (طول × عرض × ارتفاع)	≤ 630 × 630 × 65 ملم (باستثناء الموصلات)
وزن النظام	≤ 14 كجم
جهد تغذية التيار المستمر	18–36 فولت (الاسمي +24 فولت)
أقصى استهلاك للقدرة	≤ 800 واط (عند دورة تشغيل إرسال 20%)
درجة حرارة التشغيل	-40 درجة مئوية إلى +70 درجة مئوية
معالجة السطح	طلاء أكسيد موصل (التجويف) / طلاء أولي أبيض (القبة)

6. واجهات العتاد وتكوين الموصلات

تمر جميع خطوط التردد الراديوي، الطاقة، التحكم، والتبريد عبر موصلات صناعية/عسكرية على اللوحة الخلفية للهيكل. وتتوفر التفاصيل الكاملة لتوزيع الدبابيس في وثيقة التحكم في الواجهات (ICD).

• منافذ التردد الراديوي (SMA-K): يستقبل المنفذ H إشارة إثارة الإرسال/الاستقبال بمستوى 30 ± 2 dBm. وتوفر المنافذ FWC و FYC مخرجات فرق السمت والارتفاع مباشرة إلى المستقبل.
• الموصل الرئيسي للتغذية (J30J04P040 – 4 مجموعات): توفر الدبابيس A و B طاقة +24 فولت تيار مستمر؛ بينما توفر الدبابيس C و D الأرضي المشترك (GND).
• موصل التحكم (J30J-15ZK): يحمل خطوط تفاضلية تزامنية عالية السرعة لمعيار RS-422 (تتضمن RXD±, TXD±, CLK±)، وخطوط المزامنة اللحظية للإرسال/الاستقبال (TRT/TRR±)، وإشارة كشف القفل (LD±)، وحالة تشكيل الشعاع (BF±).
• منفذ إدارة التبريد (PHB 2.0 / J30J-9ZK): يدعم ما يصل إلى 4 مجموعات مراوح خارجية مع تنظيم السرعة ببروتوكول PWM بناءً على بيانات القياسات الحرارية الداخلية.

7. التحكم ببروتوكول RS-422 والقياس المباشر عن بُعد

يستخدم التحكم الرقمي بالشعاع ناقل تحكم تسلسلي تزامني يعمل عبر خطوط تفاضلية لمعيار RS-422 مع ساعة خارجية (CLK± ≥ 10 ميغاهرتز)، مما يوفر توقيتاً حتمياً للأوامر.

• الواجهة الفيزيائية: إشارات تفاضلية لمعيار RS-422 مع ساعة خارجية (CLK± ≥ 10 ميغاهرتز).
• حزمة إرسال التحكم (الحاسوب ← الهوائي): حمولة أصلية بحجم 16 بايت (0x10) تحمل نوع الرسالة (0x13)، ترميز التردد (خطوة 30 ميغاهرتز)، ضبط توقيت الإرسال/الاستقبال، زوايا توجيه السمت/الارتفاع (خطوة تكميم 0.05°)، ومعايير توجيه الشعاع.
• حزمة استقبال المراقبة (الهوائي ← الحاسوب): حمولة قياس عن بُعد بحجم 36 بايت (0x24) تحمل نوع الرسالة (0x32)، خرائط حرارية محلية للمصفوفات الفرعية، خرائط استهلاك التيار للمصفوفات الفرعية، وحالة المراوح PWM.

8. الخيارات المحتملة للتعديل المخصص (OEM/ODM)

بينما تعمل اللوحة القياسية في نطاق 9.2–9.8 غيغاهرتز باستقطاب رأسي، يمكن ملاءمة معمارية الـ 768 قناة الصليبية الشكل مع منصات رادار متخصصة. وتتضمن المعايير الفنية التي يتم تقييمها أثناء مراجعات إمكانية التنفيذ لـ وحدات AESA النشطة عالية EIRP أو هوائي AESA ثنائي الأبعاد لنطاق X سعة 768 قناة ما يلي:

1. نطاق تردد التشغيل المطلوب وعرض النطاق
2. متطلبات قطاع المسح الإلكتروني (السمت / الارتفاع)
3. نوع الاستقطاب (رأسي، أفقي، أو دائري)
4. نطاق جهد التيار المستمر المتاح وحدود الطاقة
5. الحجم الميكانيكي المتاح وحدود الكتلة
6. متطلبات ناقل التحكم (RS-422 تزامني، Ethernet، أو واجهات مخصصة)

الأسئلة الشائعة (FAQ)

س1: ما هي الخصائص التشغيلية الرئيسية لمعمارية الـ 768 عنصراً صليبية الشكل؟

تقلل المعمارية الصليبية الشكل عدد القنوات النشطة مع الحفاظ على فتحة إشعاعية فيزيائية كبيرة. ويبلغ عرض شعاع الإرسال المحدد 3.4° ± 0.3° في الاتجاه العمودي، مع استهلاك طاقة أقصى محدد بـ ≤ 800 واط عند دورة تشغيل إرسال 20%.

س2: ما هو نطاق المسح الإلكتروني المحدد لهذه اللوحة؟

نطاق المسح الإلكتروني المحدد هو ±45° في السمت و ±40° في الارتفاع. مع انخفاض كسب مسح مصاحب محدد بـ ≤ 3 dB.

س3: ما هي قدرة الإثارة المطلوبة لهوائي 768 قناة من مثير النظام؟

يتطلب الهوائي دخل إثارة أحادي القناة بمستوى 30 ± 2 dBm عند منفذ SMA-K Port H. وتقوم سلسلة الإرسال الداخلية بتكبير وتوزيع إشارة الإثارة عبر الفتحة النشطة للوصول إلى قدرة EIRP المحددة للنظام.