Phased Array 2D de 768 Canales en Banda Ku: Arquitectura de Apertura Truncada en Esquinas, Escaneo de Doble Eje y Rendimiento de Transmisión

En sistemas de radar de seguimiento y comunicaciones direccionales de alta capacidad que requieren un posicionamiento rápido del haz en amplios sectores angulares, el direccionamiento electrónico activo bidimensional permite prescindir de cardanes mecánicos gracias al control de fase planar. Con un rango de operación de 15.7 GHz a 17 GHz, la antena phased array bidimensional de 768 canales en banda Ku integra 768 canales activos, la estructura de la antena, un módulo AIP (Antenna-in-Package), un módulo divisor de potencia interno y una red de suma y diferencia en una envolvente mecánica integrada de ≤400 mm × 420 mm × 129 mm, con una masa total de ≤17 kg y un valor nominal de EIRP del sistema de ≥88.5 dBm a temperatura ambiente.

Configuración de apertura: topología de escaneo de 768 elementos con esquinas truncadas

La matriz activa de 768 canales emplea una geometría planar con esquinas truncadas para implementar el direccionamiento electrónico bidimensional:

• Distribución de coordenadas de la apertura: La cara radiante se estructura sobre una cuadrícula base de Nx = 32 en azimut y Ny = 32 en elevación, eliminando cuatro submatrices de 8 × 8 en las esquinas para constituir una estructura optimizada con 768 elementos radiantes activos (1024 – 256 = 768).
• Distribución del subsistema integrado: El conjunto mecánico alberga la estructura de la matriz de antena, el módulo AIP, el módulo divisor de potencia interno y la red de suma y diferencia dentro de un chasis metálico unificado.
• Trayecto de excitación de los canales de transmisión: En modo de transmisión, la excitación de RF externa se distribuye a través de la red divisora interna hacia los canales activos individuales para su amplificación y ajuste de fase antes de conformar haces direccionales.
• Configuración de polarización: La polarización vertical se utiliza como configuración de referencia típica para la apertura radiante.

Escaneo electrónico simétrico de doble eje en azimut y elevación

La arquitectura planar activa proporciona el mismo rango de escaneo en ambos ejes ortogonales:

• Escaneo electrónico en azimut: La matriz proporciona direccionamiento electrónico del haz en un sector angular de ±45° en azimut.
• Escaneo electrónico en elevación: La matriz admite direccionamiento electrónico del haz en un sector angular de ±45° en elevación, coincidiendo con el rango de escaneo en azimut.
• Precisión de apuntamiento del haz: El error de apuntamiento del haz se especifica en ≤0.2° dentro del rango de escaneo declarado de ±45°.

Trayecto de transmisión: excitación de entrada, amplificación de potencia y EIRP del sistema

La arquitectura del transmisor distribuye y amplifica la señal de entrada externa a lo largo del ancho de banda operativo de 15.7 GHz a 17 GHz:

• Nivel de excitación de RF de entrada: El front-end acepta un nivel de excitación de entrada especificado en ≥20 ± 2 dBm.
• Distribución de potencia y amplificación: Una red divisora de potencia interna conduce la excitación hacia las etapas de amplificación activa, donde se realiza la ponderación de fase y amplitud por canal.
• Potencia de salida por canal y de la matriz completa: Los canales activos individuales proporcionan una potencia pico de salida de ≥27 dBm. En toda la apertura activa de 768 elementos, la potencia pico combinada de la matriz completa alcanza ≥55 dBm en la banda de operación.
• Ganancia de salida de la antena y EIRP del sistema: La antena proporciona una ganancia de salida de ≥31.5 dB, mientras que el valor de EIRP nominal del sistema se especifica en ≥88.5 dBm a temperatura ambiente bajo condiciones de ensayo de referencia en fábrica.
• Ciclo de trabajo en régimen pulsado: La arquitectura del transmisor admite un ciclo de trabajo de hasta el 30% en régimen pulsado.

Envolvente mecánica, demanda de potencia e interfaces físicas

La matriz activa de 768 canales define requisitos mecánicos, eléctricos y térmicos específicos para su integración en plataformas:

• Dimensiones físicas y masa: La unidad mide ≤400 mm × 420 mm × 129 mm (incluidos los componentes estructurales del compartimento trasero) con una masa total de ≤17 kg (excluyendo los subsistemas externos de sintetizador de frecuencia y procesador de señales).
• Requisitos de alimentación de CC: La electrónica interna opera en un rango de tensión continua de 18 V a 36 V CC, suministrado a través de un conector de alta corriente J30J de 4 pines. El consumo total de potencia en CC se especifica en ≤1000 W con un ciclo de trabajo del 30%.
• Interfaces de RF y de control: La interfaz de RF emplea conectores SSMP-J (incluidos los puertos de diferencia de azimut y elevación). Los comandos de control y apuntamiento del haz se canalizan mediante un conector dedicado J30J_15TJL.
• Condiciones ambientales: El rango de temperatura de funcionamiento abarca de -40 °C a +70 °C, con un rango de almacenamiento de -50 °C a +70 °C.
• Acabado superficial: La cavidad metálica cuenta con un recubrimiento de óxido conductor, mientras que la superficie exterior de la antena está protegida con imprimación blanca.

Preguntas Frecuentes (Arquitectura de la Matriz 2D y Trayecto de Transmisión)

P: ¿Cómo está dispuesta geométricamente la apertura de la matriz de 768 canales?

R: La apertura parte de una cuadrícula de coordenadas planares de 32 × 32 en la que se han retirado submatrices de 8 × 8 en cada una de las cuatro esquinas. Esta geometría truncada genera exactamente 768 elementos radiantes activos, permitiendo un direccionamiento electrónico simétrico de ±45° en azimut y ±45° en elevación con un error de apuntamiento especificado de ≤0.2° dentro del sector de escaneo.

P: ¿Cómo se especifican el nivel de excitación de RF, la potencia de salida de la matriz y la EIRP del sistema?

R: La antena recibe una excitación de RF de entrada de ≥20 ± 2 dBm, que se divide internamente entre los 768 canales activos con una potencia pico de ≥27 dBm por canal. La potencia pico combinada de la matriz completa alcanza ≥55 dBm, la ganancia de salida de la antena es de ≥31.5 dB y el valor de EIRP nominal del sistema se sitúa en ≥88.5 dBm a temperatura ambiente bajo condiciones de ensayo de referencia en fábrica.

P: ¿Qué incluye y qué excluye la masa especificada de ≤17 kg?

R: La especificación de masa de ≤17 kg incluye la estructura integrada de la antena, el módulo AIP, el módulo divisor de potencia interno, la red de suma y diferencia y los componentes estructurales del compartimento trasero. Excluye la electrónica externa a nivel de plataforma, como el sintetizador de frecuencia y los subsistemas de procesamiento de señal.