Antena Phased Array 1D Activa de 32 Canales en Banda Ku: Arquitectura de Apertura, Potencia de Transmisión y Procesamiento Monopulso

En sistemas de radar y seguimiento de blancos, las antenas phased array activas 1D permiten el escaneo electrónico en elevación mientras mantienen una apertura azimutal fija, sin escaneo electrónico en azimut. La antena phased array de 32 canales en banda Ku combina una red activa de 32 módulos de transmisión/recepción (T/R) con una apertura radiante plana de 32 × 32 y opera en el rango de frecuencias de 15.8 GHz a 16.8 GHz. El sistema entrega una potencia isótropa radiada equivalente (EIRP) de al menos 82 dBm en condiciones normales a temperatura ambiente dentro de los límites definidos de consumo eléctrico y temperatura operativa.

¿Por qué 32 canales para una apertura de 1024 elementos radiantes?

La relación entre el número de canales activos y la cantidad de elementos radiantes constituye un aspecto arquitectónico clave en esta antena. El dato de «32 canales» hace referencia a la red de módulos T/R activos, mientras que la cifra de «1024 elementos radiantes» describe la apertura radiante plana total; estas dos cifras describen dos niveles arquitectónicos diferentes del sistema.

La apertura plana está configurada como una matriz de Nx = 32 en acimut por Ny = 32 en elevación, sumando un total de 1024 elementos radiantes. La red activa de 32 canales T/R se utiliza en la arquitectura de escaneo electrónico unidimensional en elevación dentro de esta apertura, permitiendo el control del haz en un solo plano mientras se mantiene una apertura física fija en azimut.

Cómo la arquitectura 1D logra un escaneo en elevación de ±40°

En la configuración de escaneo 1D, el control electrónico del haz se aplica a lo largo del eje de elevación:

• Escaneo electrónico en elevación (±40°): La arquitectura de escaneo 1D permite el apuntamiento electrónico del haz en un sector de ±40° en elevación.
• Error de apuntamiento del haz: El error de apuntamiento típico especificado es de ≤0.3°.
• Apertura azimutal no escaneada: El eje azimutal consta de 32 elementos radiantes y permanece sin escaneo, manteniendo un patrón de radiación fijo en azimut, adecuado para sistemas con rotación azimutal mecánica o cobertura dentro de un sector determinado.

Del nivel de excitación a la EIRP del sistema: ruta de transmisión y potencia

La ruta de transmisión está dimensionada para una entrada de excitación de RF de 18 dBm ± 1.5 dBm y una operación en la banda de 15.8 a 16.8 GHz:

• Excitación y distribución de RF: El front-end admite una señal de excitación de entrada de 18 dBm ± 1.5 dBm. Un módulo integrado de amplificación de la señal de excitación eleva su nivel antes de que el divisor de potencia distribuya la señal entre los 32 canales T/R activos.
• Potencia por canal individual: Cada canal activo proporciona una potencia pico de salida de al menos 27 dBm en toda la banda operativa.
• EIRP del sistema: El equipo entrega una EIRP de al menos 82 dBm en condiciones normales a temperatura ambiente.
• Régimen de operación por pulsos: Admite ciclos de trabajo de transmisión de hasta el 25%, con un consumo máximo de potencia de CC de ≤200 W.

Procesamiento integrado de suma y diferencia en el receptor

Para las funciones de seguimiento de blancos y estimación del ángulo mediante procesamiento monopulso, el subsistema integra una red para generar las señales de suma (Σ) y diferencia (Δ):

• Amplificación y compensación en recepción: Las señales electromagnéticas captadas por la apertura atraviesan etapas de amplificación y compensación de amplitud/fase en los canales receptores.
• Red diferencial: Las señales corregidas ingresan a una red diferencial interna que genera simultáneamente las señales de suma (Σ) y diferencia (Δ). Estas salidas pueden utilizarse en el procesamiento monopulso del sistema para estimar la posición angular del blanco en elevación.
• Parámetro G/T y ganancia de recepción: El canal receptor ofrece una relación entre ganancia y temperatura de ruido (G/T) ponderada de al menos 2.5 dB/K a temperatura ambiente y una ganancia total de recepción de al menos 55 dB en el rango de 15.8–16.8 GHz.
• Polarización: Se utiliza polarización vertical como configuración típica de la apertura radiante.

Alimentación eléctrica, diseño mecánico e interfaces

El conjunto activo en banda Ku está alojado en un chasis compacto con especificaciones mecánicas y eléctricas definidas:

• Alimentación de entrada: El subsistema está diseñado para operar con tensiones de CC de 18 V a 36 V. Con un ciclo de trabajo de transmisión de hasta el 25%, el consumo de potencia no supera los 200 W. La entrada de alimentación se efectúa mediante un conector dedicado J30V2_9TJL.
• Dimensiones y peso: La unidad mide 420 mm × 400 mm × 62 mm y tiene un peso total no superior a 9 kg (sin contar los módulos externos de conversión de frecuencia y procesamiento digital).
• Rangos de temperatura: El rango de temperatura operativa del módulo abarca de -40 °C a +60 °C, mientras que el rango de almacenamiento se sitúa entre -50 °C y +70 °C.
• Consideraciones térmicas del sistema: El diseño térmico del sistema debe tener en cuenta un consumo de potencia de hasta 200 W con un ciclo de trabajo del 25% para mantener la unidad dentro del rango operativo de -40 °C a +60 °C.
• Acabado de superficies: El chasis metálico dispone de un recubrimiento de óxido conductor natural y la superficie exterior de la antena está tratada con imprimación blanca.
• Interfaces de señal: Los conectores coaxiales SSMP-J proporcionan la interfaz de RF en banda Ku, mientras que el conector multipín J30J_15TJL proporciona las interfaces de datos serie, reloj y sincronización para las funciones de control del sistema y comunicación.

Preguntas Frecuentes (Arquitectura de Matriz y Transmisión)

P: ¿Por qué emplear una arquitectura de 32 canales para una apertura de 1024 elementos radiantes?

R: En este diseño se utiliza una red de 32 canales T/R activos junto con una apertura compuesta por 1024 elementos radiantes. Esto permite ejecutar el escaneo electrónico en elevación en el sector de ±40° y puede contribuir a simplificar la red de RF, la circuitería de control y la distribución de alimentación.

P: ¿Cuál es la función del parámetro de excitación de entrada de 18 dBm ± 1.5 dBm?

R: El nivel de 18 dBm ± 1.5 dBm representa la condición de excitación de RF especificada en la entrada, asociada a una potencia de salida de al menos 27 dBm por canal activo.

P: ¿Qué consideraciones térmicas deben tenerse en cuenta al operar con un ciclo de trabajo del 25%?

R: Con un ciclo de trabajo de transmisión de hasta el 25%, el consumo máximo de potencia es ≤200 W. Los integradores del sistema deben tener en cuenta este consumo y proporcionar una solución de gestión térmica adecuada para mantener el conjunto dentro de su rango operativo de -40 °C a +60 °C.