256-канальная 2D активная фазированная антенная решетка Ku-диапазона: топология апертуры 16×16, двухкоординатное сканирование и параметры тракта передачи

В радиолокационных системах сопровождения и системах связи, требующих быстрого перенацеливания луча в двух плоскостях, активное двумерное управление лучом снижает зависимость от механических поворотных устройств за счет использования планарного фазового управления. 256-канальная двумерная фазированная антенная решетка Ku-диапазона построена на архитектуре активного 2D-сканирования в диапазоне частот от 15 до 17 ГГц. Она объединяет интегрированные каналы T/R, модуль AIP (Antenna-in-Package) и внутренний делитель мощности, обеспечивая двухкоординатное управление лучом и ЭИИМ системы не менее 79 дБм при комнатной температуре в компактном корпусе массой не более 3 кг.

Топология апертуры 16 × 16: архитектура активного 2D-сканирования

В отличие от одномерных решеток, где электронное сканирование по углу места совмещается с фиксированным азимутальным полотном, данный антенный блок обеспечивает активное электронное управление лучом как по азимуту, так и по углу места:

• Конфигурация решетки апертуры: Планарная излучающая апертура включает 256 излучающих элементов, скомпонованных в симметричную матрицу Nx = 16 по азимуту и Ny = 16 по углу места.
• Интегрированные аппаратные модули: Конструкция объединяет антенную структуру, модуль AIP, внутренний делитель мощности и суммарно-разностную сеть в едином корпусе.
• ВЧ-распределение и поканальная компенсация: В режиме передачи решетка распределяет входной сигнал возбуждения между 256 активными каналами, выполняя фазовую компенсацию и усиление по каналам для обеспечения электронного управления лучом по азимуту и углу места.
• Базовая поляризация: Типовая конфигурация излучающей апертуры использует вертикальную поляризацию; горизонтальная поляризация доступна в качестве опции.

Двухкоординатное электронное сканирование по азимуту и углу места

Архитектура активной 2D-решетки поддерживает электронное управление лучом по обеим угловым координатам:

• Электронное сканирование по азимуту (±45°): Решетка обеспечивает электронное сканирование по азимуту в диапазоне ±45°.
• Электронное сканирование по углу места (±40°): По углу места электронное сканирование осуществляется в диапазоне ±40°.
• Погрешность наведения луча: Заданная типовая погрешность наведения луча составляет ≤0,2° в пределах сектора сканирования ±45° по азимуту.

Тракт передачи: от входного возбуждения к системной ЭИИМ ≥79 дБм

Архитектура тракта передачи распределяет и усиливает входной сигнал внешнего возбудителя в полосе частот 15–17 ГГц:

• Входной уровень ВЧ-возбуждения: Входной тракт рассчитан на уровень мощности возбуждения 20 дБм ± 1 дБм.
• Внутреннее распределение и усиление: Внутренний делитель мощности направляет сигнал возбуждения на каскады активных модулей T/R, где осуществляются поканальное усиление и амплитудно-фазовая подстройка.
• Мощность отдельного канала и всей решетки: Каждый активный канал обеспечивает пиковую выходную мощность не менее 27 дБм, при этом заявленная пиковая выходная мощность всей решетки составляет не менее 51 дБм в рабочей полосе частот.
• ЭИИМ системы: При комнатной температуре решетка обеспечивает ЭИИМ системы не менее 79 дБм.
• Работа в импульсном режиме: Антенный блок поддерживает коэффициенты заполнения передачи до 25%, при этом энергопотребление по цепи постоянного тока составляет ≤200 Вт при коэффициенте заполнения 20%.

Конструктивная интеграция и электрические параметры

Активный 256-канальный блок имеет заданные механические, тепловые и электрические характеристики для системной интеграции:

• Габариты и масса конструкции: Размеры блока составляют 220 мм × 310 мм × 54 мм (±0,5 мм) при общей массе не более 3 кг, что обеспечивает компактное конструктивное исполнение.
• Питание постоянным током и потребление: Подсистема работает в диапазоне входных напряжений постоянного тока 18–36 В через выделенный разъем питания J30J_04P04P000C00000, потребляя ≤200 Вт при коэффициенте заполнения 20%.
• ВЧ-интерфейс и интерфейс управления: Разъем SMA-J обеспечивает интерфейс для входного сигнала возбуждения и выходного ВЧ-сигнала Ku-диапазона, а разъем J30J_15ZK служит интерфейсом управления.
• Условия эксплуатации: Изделие рассчитано на диапазон рабочих температур от -40 °C до +70 °C и диапазон температур хранения от -50 °C до +70 °C.
• Обработка поверхностей корпуса: Металлическая полость защищена цветным токопроводящим оксидным покрытием, а внешняя поверхность антенны покрыта белой грунтовкой.

Часто задаваемые вопросы (Архитектура 2D-решетки и тракт передачи)

В: Чем архитектура двумерного сканирования на 256 каналов отличается от одномерной ФАР?

О: В одномерных ФАР электронное управление лучом осуществляется по одной координате, тогда как ортогональная ось остается фиксированной и несканирующей. В данной 256-канальной решетке используется планарная апертура 16 × 16 с 256 излучающими элементами, что обеспечивает электронное управление лучом как по азимуту (±45°), так и по углу места (±40°).

В: Какова взаимосвязь между уровнем возбуждения 20 дБм ± 1 дБм и выходной пиковой мощностью решетки?

О: Уровень 20 дБм ± 1 дБм представляет собой заданный уровень входного ВЧ-возбуждения на входе антенного блока. Внутри блока этот сигнал распределяется и усиливается активными каналами; паспортная пиковая мощность всей решетки составляет ≥51 дБм при выходной мощности отдельного канала ≥27 дБм.

В: Какие тепловые требования необходимо учитывать при увеличении коэффициента заполнения передачи?

О: Паспортное энергопотребление системы составляет ≤200 Вт при коэффициенте заполнения передачи 20%, при этом поддерживаются режимы с коэффициентом заполнения до 25%. Разработчики системной интеграции должны предусмотреть надлежащие меры по управлению тепловым режимом, чтобы удерживать блок в заданном рабочем температурном диапазоне от -40 °C до +70 °C.