Antena Phased Array 2D Activa de 256 Canales en Banda Ku: Topología de Apertura 16×16, Escaneo en Dos Ejes y Rendimiento de Transmisión

En sistemas de radar de seguimiento y comunicaciones que requieren un reposicionamiento ágil del haz en dos dimensiones, el control electrónico bidimensional del haz reduce la dependencia del reposicionamiento mecánico mediante control de fase planar. La antena phased array bidimensional de 256 canales en banda Ku se basa en una arquitectura de escaneo activo 2D en el rango de 15 GHz a 17 GHz. Integra canales T/R, un módulo AIP (Antenna-in-Package) y un divisor de potencia de RF interno para proporcionar control del haz en dos ejes y una EIRP del sistema de al menos 79 dBm en condiciones normales a temperatura ambiente, dentro de un chasis compacto con una masa no superior a 3 kg.

Topología de apertura de 16 × 16: arquitectura de escaneo 2D activa

A diferencia de las arquitecturas 1D, donde el barrido electrónico en elevación se combina con una apertura azimutal fija, este conjunto de antena proporciona escaneo electrónico activo tanto en azimut como en elevación:

• Configuración de la matriz de apertura: La apertura radiante plana integra 256 elementos radiantes dispuestos en una matriz simétrica de Nx = 16 en azimut y Ny = 16 en elevación.
• Módulos de hardware integrados: El chasis aloja la estructura de la antena, el módulo AIP (Antenna-in-Package), el divisor de potencia de RF interno y el circuito de suma y diferencia dentro de un único chasis.
• Distribución de RF y compensación por canal: Durante la transmisión, la matriz distribuye la señal de excitación de entrada entre los 256 canales activos, aplicando compensación de fase y amplificación por canal para hacer posible el apuntamiento electrónico del haz tanto en azimut como en elevación.
• Configuración de polarización: La configuración típica de la apertura radiante utiliza polarización vertical; la polarización horizontal está disponible de forma opcional.

Apuntamiento electrónico del haz en dos ejes: azimut y elevación

La arquitectura activa 2D admite el control electrónico del haz en ambas coordenadas angulares:

• Escaneo electrónico en azimut (±45°): La antena proporciona escaneo electrónico en azimut en un intervalo de ±45°.
• Escaneo electrónico en elevación (±40°): En elevación, el escaneo electrónico se realiza en un intervalo de ±40°.
• Precisión de apuntamiento del haz: El error de apuntamiento típico especificado es de ≤0.2° dentro del intervalo de escaneo azimutal de ±45°.

Ruta de transmisión: de la excitación de entrada a una EIRP del sistema ≥79 dBm

La arquitectura de transmisión distribuye y amplifica la señal del excitador externo en la banda de 15 GHz a 17 GHz:

• Nivel de excitación de entrada de RF: La entrada de RF admite un nivel de excitación de 20 dBm ± 1 dBm.
• Distribución y amplificación interna: El divisor de potencia de RF interno conduce la señal de excitación hacia las etapas de módulos T/R activos, donde se realiza la amplificación y el ajuste de amplitud y fase por canal.
• Potencia por canal y potencia total de la matriz: Cada canal activo suministra una potencia pico de salida de al menos 27 dBm, mientras que la potencia pico especificada para toda la matriz es de al menos 51 dBm en la banda de funcionamiento.
• EIRP del sistema: A temperatura ambiente, el conjunto de antena entrega una EIRP del sistema de al menos 79 dBm en condiciones normales.
• Régimen pulsado y ciclo de trabajo: Admite ciclos de trabajo de transmisión de hasta el 25%, con un consumo de potencia de CC de ≤200 W a un ciclo de trabajo del 20%.

Integración en plataforma y parámetros eléctricos

El conjunto activo de 256 canales presenta especificaciones mecánicas, térmicas y eléctricas definidas para su integración en el sistema:

• Dimensiones y masa del chasis: La unidad mide 220 mm × 310 mm × 54 mm (±0.5 mm) con una masa total de ≤3 kg, lo que proporciona un factor de forma mecánico compacto.
• Alimentación de CC y consumo: El subsistema opera con tensiones de CC de 18 V a 36 V a través de un conector de alimentación dedicado J30J_04P04P000C00000, con un consumo de potencia de ≤200 W a un ciclo de trabajo del 20%.
• Interfaces de RF y control: El conector SMA-J proporciona la interfaz de RF para la señal de excitación de entrada y la salida de RF en banda Ku, mientras que el conector J30J_15ZK actúa como interfaz de control.
• Rangos de temperatura: El equipo está especificado para un rango de temperatura de funcionamiento de -40 °C a +70 °C y un rango de almacenamiento de -50 °C a +70 °C.
• Tratamiento superficial del chasis: La cavidad metálica cuenta con un acabado de óxido conductor coloreado y la superficie exterior de la antena está protegida con una imprimación blanca.

Preguntas Frecuentes (Arquitectura de Matriz 2D y Transmisión)

P: ¿En qué se diferencia la arquitectura de barrido 2D de 256 canales respecto a una antena phased array 1D?

R: En las antenas phased array 1D, el control electrónico del haz se ejecuta en una sola coordenada, manteniendo el eje ortogonal fijo y sin escaneo. En esta matriz de 256 canales se emplea una apertura plana de 16 × 16 con 256 elementos radiantes, lo que permite el control electrónico del haz tanto en azimut (±45°) como en elevación (±40°).

P: ¿Cuál es la relación entre el nivel de excitación de 20 dBm ± 1 dBm y la potencia pico total de la matriz?

R: El nivel de 20 dBm ± 1 dBm constituye la condición especificada de excitación de RF a la entrada del conjunto de antena. En el interior, esta señal se distribuye y amplifica entre los canales activos; la potencia pico especificada para toda la matriz es de ≥51 dBm, con una potencia de salida de al menos 27 dBm por canal individual.

P: ¿Qué consideraciones térmicas deben tenerse en cuenta al incrementar el ciclo de trabajo de transmisión?

R: El consumo de potencia especificado del sistema es de ≤200 W a un ciclo de trabajo de transmisión del 20%, admitiendo regímenes de hasta el 25%. Los responsables de la integración del sistema deben prever medidas adecuadas de gestión térmica para mantener el conjunto dentro del rango de temperatura operativa especificado de -40 °C a +70 °C.