Radar PESA là gì? Nó hoạt động như thế nào và các kỹ sư cần kiểm tra những gì?

Radar mảng quét điện tử thụ động (PESA) thường sử dụng kiến ​​trúc thu/phát tần số vô tuyến (RF) tương đối tập trung để cấp tín hiệu cho nhiều phần tử anten thông qua mạng phân phối. Sự dịch chuyển pha được điều khiển điện tử thiết lập pha tương đối tại các phần tử, do đó bức xạ kết hợp tạo thành một chùm tia theo hướng được chỉ định. Toàn bộ khẩu độ không cần phải xoay cơ học cho mỗi lần thay đổi hướng.

Câu trả lời ngắn gọn:PESA cung cấp khả năng điều khiển chùm tia điện tử với kiến ​​trúc RF tương đối tập trung. Hiệu suất thực tế của nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố hơn là chỉ tên viết tắt. Các kỹ sư phải kiểm tra độ lợi trên góc quét, tổn hao mạng cấp nguồn, băng thông hoạt động, búp sóng phụ, phân cực, hiệu chuẩn, chu kỳ làm việc, giới hạn nhiệt và mặt phẳng tham chiếu đo lường trước khi quyết định xem thiết kế có đáp ứng được ứng dụng hay không.

Điều này rất quan trọng vì thông số kỹ thuật chỉ được đo tại điểm ngắm có thể che giấu các điều kiện chi phối hiệu suất thực tế. Độ lợi đỉnh cao không thể hiện được sự thay đổi của chùm tia gần rìa vùng quét. Dải tần hoạt động rộng không chứng minh được rằng hướng chùm tia vẫn ổn định trên toàn dải tần. Các phần tiếp theo sẽ giải thích cách thức hoạt động của PESA và những câu hỏi nào giúp giảm thiểu rủi ro tích hợp.

Radar PESA hoạt động như thế nào?

Kiến trúc PESA có thể được triển khai theo nhiều cách khác nhau, nhưng đường dẫn tín hiệu thường bao gồm năm giai đoạn chức năng. Một số hệ thống sử dụng mảng con hoặc kênh dự phòng, vì vậy sơ đồ khối luôn cần được kiểm tra so với thiết kế thực tế.

1. Tạo dạng sóng và chuyển đổi tần số vô tuyến. Bộ kích thích tạo ra dạng sóng cần thiết và chuyển đổi nó sang tần số hoạt động. Sau đó, bộ phát sẽ tăng tín hiệu lên mức công suất cần thiết.
2. Phân phối công suất. Mạng cấp nguồn chia tín hiệu truyền đi thành nhiều đường dẫn. Mạng này có thể sử dụng ống dẫn sóng, đường truyền, bộ chia công suất, bộ ghép nối và các thành phần vi sóng khác.
3. Điều khiển pha. Bộ dịch pha trong mỗi đường dẫn phần tử, hoặc trong mỗi đường dẫn mảng con, thay đổi pha tín hiệu theo hướng chùm tia được điều khiển. Sự thay đổi pha trên toàn bộ khẩu độ xác định vị trí xảy ra giao thoa tăng cường.
4. Bức xạ và sự hình thành chùm tia. Các phần tử anten bức xạ cùng nhau. Trường điện từ của chúng cộng hưởng mạnh theo hướng đã chọn và triệt tiêu một phần theo các hướng khác, tạo ra chùm tia chính và các búp sóng phụ.
5. Quá trình thu tín hiệu và hiệu chuẩn. Các tín hiệu phản xạ trở lại chuỗi thu thông qua khe hở và mạng cấp tín hiệu. Dữ liệu hiệu chuẩn giúp điều chỉnh sự khác biệt về pha và biên độ do dung sai của linh kiện, nhiệt độ, tần số và sự lão hóa gây ra.

Điều khiển điện tử có thể di chuyển chùm tia nhanh hơn nhiều so với việc định vị lại vật lý một khẩu độ lớn. Tuy nhiên, tốc độ quét hữu ích cũng phụ thuộc vào thời gian tạo dạng sóng, độ trễ điều khiển, xử lý tín hiệu và bộ lập lịch tài nguyên radar. Tốc độ điều khiển ăng-ten không phải là yếu tố duy nhất quyết định số lượng mục tiêu hoặc nhiệm vụ mà toàn bộ hệ thống radar có thể hỗ trợ.

Tại sao nó được gọi là mảng quét điện tử thụ động?

Thuật ngữ "thụ động" mô tả kiến ​​trúc RF tại khẩu độ. Trong một PESA thông thường, các phần tử anten không chứa một mô-đun phát và nhận chủ động hoàn chỉnh. Một chuỗi RF tập trung cung cấp và nhận năng lượng thông qua mạng cấp nguồn, trong khi các thành phần điều khiển pha định hình chùm tia. Mảng anten vẫn cần nguồn điện để điều khiển, chuyển mạch, làm mát và các chức năng khác.

Radar PESA cũng khác với radar thụ động. Radar thụ động thường phát hiện sự phản xạ từ các máy phát bên ngoài hoặc các nguồn chiếu sáng ngẫu nhiên khác. PESA là một kiến ​​trúc ăng-ten và phân phối tần số vô tuyến (RF) có thể được sử dụng trong radar phát chủ động. Nhầm lẫn giữa hai khái niệm này dẫn đến các yêu cầu hệ thống không chính xác.

Những thông số nào quyết định hiệu suất của PESA?

Thông số kỹ thuật hữu ích nhất là ma trận hiệu suất theo tần số, góc quét, phân cực và điều kiện hoạt động. Bảng dưới đây liệt kê các mục cần được xác định trước khi so sánh các mảng anten hoặc yêu cầu báo giá.

Tại sao hiệu năng lại thay đổi theo góc quét?

Một ăng-ten mảng pha thường có cường độ bức xạ mạnh nhất gần trục chính, hướng vuông góc với khẩu độ. Khi chùm tia được điều hướng ra xa hơn, khẩu độ chiếu sẽ nhỏ hơn theo hướng quét. Mô hình phần tử cũng có thể cung cấp ít bức xạ hơn ở góc điều khiển. Sai số cấp nguồn, ghép nối tương hỗ, dung sai cấu trúc và vỏ bảo vệ có thể gây ra thêm biến dạng.

Kết quả có thể bao gồm mất tín hiệu quét, độ rộng chùm tia lớn hơn, các búp sóng phụ bị dịch chuyển, độ phân cực chéo cao hơn hoặc sai số định hướng. Những thay đổi này không được thể hiện đầy đủ chỉ bằng một giá trị độ lợi tại điểm ngắm. Đối với một mảng ăng-ten được thiết kế để quét đến một góc xác định, hãy yêu cầu dữ liệu về độ lợi và mẫu bức xạ tại điểm ngắm, một hoặc nhiều góc trung gian và rìa của khu vực cần thiết. Lặp lại quá trình kiểm tra ở các tần số hoạt động thấp nhất, trung tâm và cao nhất.

Khoảng cách giữa các phần tử cần được đặc biệt chú ý. Nếu khoảng cách quá lớn so với bước sóng và góc quét, các thùy nhiễu xạ không mong muốn có thể xuất hiện trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Một thiết kế chấp nhận được ở dải tần thấp hơn có thể hoạt động khác biệt ở tần số cao nhất, nơi cùng một khoảng cách vật lý thể hiện nhiều bước sóng hơn.

Băng thông và độ lệch chùm tia ảnh hưởng đến PESA như thế nào?

Nhiều hệ thống PESA sử dụng bộ dịch pha để tạo ra một chuỗi pha chính xác ở tần số đã chọn. Khi tần số thay đổi, cùng một thiết lập pha có thể hướng chùm tia đến một góc khác. Sự dịch chuyển hướng phụ thuộc vào tần số này thường được gọi là lệch hướng chùm tia. Mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào băng thông, góc quét, kiến ​​trúc và loại mạng điều khiển pha.

Do đó, yêu cầu về băng thông rộng cần nhiều hơn là chỉ nêu dải tần số. Cần hỏi thêm về hướng chùm tia, độ lợi, búp sóng phụ và phân cực theo tần số và góc quét. Một số thiết kế sử dụng các phần tử trễ thời gian thực, kỹ thuật mảng con hoặc hiệu chỉnh phụ thuộc tần số để giảm hiện tượng lệch chùm tia, nhưng những lựa chọn đó lại làm tăng thêm tổn hao, độ phức tạp, kích thước và yêu cầu hiệu chuẩn riêng.

Tổn thất trong mạng lưới cấp nguồn ảnh hưởng đến những khu vực nào?

Trong một ăng-ten PESA đơn tĩnh điển hình sử dụng khẩu độ chung, mạng cấp nguồn tham gia vào cả đường truyền và đường nhận. Bộ chia công suất, đường truyền, ống dẫn sóng, bộ dịch pha, công tắc và bộ chuyển đổi đều góp phần gây ra tổn hao chèn. Khi phát, những tổn hao này làm giảm công suất cung cấp cho khẩu độ và tạo ra nhiệt. Khi thu, tổn hao trước bộ thu có thể làm giảm độ nhạy và dải động hiệu quả.

Các giá trị suy hao phải được liên kết với một mặt phẳng tham chiếu rõ ràng. Độ lợi anten được nêu có thể không bao gồm cáp, khớp xoay, bộ chuyển tiếp ống dẫn sóng, mạng điều khiển pha hoặc vỏ bảo vệ anten có trong hệ thống đã lắp đặt. Trong quá trình nghiệm thu, hãy so sánh dữ liệu đo được với cùng cấu hình và mặt phẳng tham chiếu được sử dụng trong bản đặc tả kỹ thuật.

PESA có nghĩa là một tần số hay một mục tiêu?

Tám câu hỏi cần đặt ra trước khi tích hợp mảng PESA

1. Cần hỗ trợ những tần số hoạt động và băng thông tức thời nào, và những giá trị nào là bắt buộc trên toàn bộ vùng quét?
2. Góc phương vị và góc nâng cần thiết là bao nhiêu, và toàn bộ khẩu độ có được cố định bằng cơ học, xoay hay định vị lại theo cách khác không?
3. Các giới hạn về độ lợi, EIRP, độ rộng chùm tia, búp sóng phụ và phân cực chéo nào áp dụng tại trục chính và ở góc quét tối đa?
4. Mạng cấp nguồn và khẩu độ phải chịu được công suất đỉnh, công suất trung bình, độ rộng xung và chu kỳ hoạt động là bao nhiêu?
5. Các mặt phẳng tham chiếu công suất phát và độ nhạy thu nằm ở đâu, và những tổn thất nào của cáp, ống dẫn sóng, bộ dịch pha và vỏ bảo vệ ăng-ten được tính đến?
6. Hệ thống sẽ được hiệu chuẩn như thế nào về tần số, nhiệt độ và góc quét, và làm thế nào để phát hiện sự sai lệch sau khi lắp đặt?
7. Cấu hình đã lắp đặt yêu cầu những điều kiện nào về đầu nối, ống dẫn sóng, giá đỡ, vỏ bảo vệ, kích thước, trọng lượng và các hạn chế về môi trường?
8. Những phép đo nào sẽ chứng minh sự chấp thuận, và liệu thiết lập thử nghiệm có tái tạo được các điều kiện phân cực, tần số, công suất và quét hoạt động hay không?

PESA và AESA phục vụ các lựa chọn kiến ​​trúc khác nhau.

Cả radar mảng pha (PESA) và radar mảng quét điện tử chủ động (AESA) đều sử dụng các mối quan hệ pha được điều khiển để điều hướng chùm tia. Sự khác biệt chính giữa chúng nằm ở vị trí tạo và thu tín hiệu RF chủ động. PESA thường định tuyến kiến ​​trúc máy phát và máy thu tập trung thông qua mạng cấp nguồn và bộ dịch pha. AESA phân phối nhiều mô-đun phát và thu chủ động trên toàn bộ khẩu độ hoặc các mảng con của nó. Việc triển khai tạo chùm tia—tương tự, lai hoặc kỹ thuật số—là một khía cạnh thiết kế riêng biệt và không nên được coi là đồng nghĩa với sự khác biệt giữa PESA/AESA.

AESA có thể cung cấp khả năng dự phòng cao hơn, tính linh hoạt về dạng sóng và khả năng lập lịch đa chức năng nhanh chóng, nhưng nó cũng tạo ra những yêu cầu khắt khe về phân phối điện, làm mát, hiệu chuẩn và điều khiển mô-đun. PESA vẫn có thể khả thi khi kiến ​​trúc RF tập trung đáp ứng được các yêu cầu về nhiệm vụ và tích hợp. Để so sánh kiến ​​trúc chi tiết hơn, hãy đọc bài viết của RF MISO.So sánh radar AESA và PESAViệc lựa chọn đúng đắn nên dựa trên các yêu cầu có thể đo lường được, chứ không phải dựa trên giả định rằng một từ viết tắt nào đó luôn tốt hơn.

Làm thế nào để đo lường và chấp nhận một hệ thống PESA?

Thử nghiệm nghiệm thu cần tái tạo lại các điều kiện được sử dụng trong đặc tả hiệu năng. Tối thiểu, cần ghi lại các điểm tần số, phân cực, lệnh quét, mức công suất, chu kỳ hoạt động, trạng thái hiệu chuẩn, tình trạng vỏ bảo vệ ăng-ten và mặt phẳng tham chiếu RF. Đo hoặc kiểm tra độ lợi, độ rộng chùm tia, độ chính xác hướng, búp sóng phụ và phân cực chéo ở các góc quét tiêu biểu.

Phạm vi và thiết lập cần thiết phụ thuộc vào kích thước khẩu độ, tần số và mục tiêu đo. Các phương pháp trường xa, phạm vi nhỏ gọn hoặc trường gần đều có thể phù hợp. RF MISOkhả năng kiểm tra antenMô tả các nguồn lực đo lường liên quan, nhưng phương pháp cuối cùng và ngân sách độ không chắc chắn cần được thống nhất trước khi bắt đầu thử nghiệm nghiệm thu.

Hỗ trợ RF MISO cho việc đánh giá ăng-ten mảng

RF MISO là nhà sản xuất ăng-ten tần số vô tuyến và vi sóng, hỗ trợ nghiên cứu, đo lường và tích hợp hệ thống ăng-ten. RF MISO không cung cấp radar PESA hoàn chỉnh như một sản phẩm ăng-ten tiêu chuẩn. Các cuộc thảo luận kỹ thuật liên quan bắt đầu với các yêu cầu về khẩu độ ăng-ten, bộ cấp nguồn và giao diện, có thể được kiểm chứng dựa trên dải tần số, phân cực, độ lợi, độ rộng chùm tia và kích thước cơ học đã được xác định.

Các kỹ sư có thể xem xét RF MISOsản phẩm ăng ten mảngVàăng-ten phẳngĐây là những điểm khởi đầu cho các cuộc thảo luận về linh kiện và khẩu độ. Các sản phẩm tiêu chuẩn hiện có không tự động cấu thành một radar PESA, và tính phù hợp phải được xác nhận dựa trên kiến ​​trúc hệ thống hoàn chỉnh.

Để có cuộc thảo luận kỹ thuật ban đầu, hãy cung cấp dải tần hoạt động, băng thông tức thời, phân cực, độ lợi yêu cầu, vùng quét, mục tiêu búp sóng phụ, công suất đỉnh và trung bình, giao diện RF, kích thước khẩu độ, các ràng buộc lắp đặt, điều kiện môi trường và kỳ vọng về thử nghiệm nghiệm thu. Thông tin này cho phép nhóm kỹ thuật xác định những tùy chọn ăng-ten và thử nghiệm nào cần được đánh giá thêm.

Send the project requirements to info@rf-miso.com or tiếp xúc RF MISOthông qua trang web.

Câu hỏi thường gặp

PESA là viết tắt của từ gì?

PESA là viết tắt của mảng quét điện tử thụ động. Nó thường sử dụng kiến ​​trúc phát/nhận RF tập trung tương đối, mạng cấp nguồn và sự dịch chuyển pha được điều khiển để điều hướng chùm tia qua khẩu độ anten.

Tại sao PESA lại được gọi là thụ động nếu nó truyền tải điện năng?

"Thụ động" mô tả việc không có mô-đun phát và thu chủ động hoàn chỉnh tại mỗi phần tử anten. Radar vẫn sử dụng phần cứng RF, điều khiển, hiệu chuẩn và làm mát có nguồn điện.

Radar PESA có thể theo dõi nhiều mục tiêu cùng lúc không?

Điều đó có thể xảy ra, tùy thuộc vào lịch trình chùm tia, thời gian quay lại, thiết kế dạng sóng, kênh thu và quá trình xử lý. Riêng nhãn PESA không xác định dung lượng mục tiêu.

PESA có giống với ăng-ten mảng pha không?

PESA là một kiến ​​trúc RF mảng pha, trong khi mảng pha là khái niệm anten rộng hơn. AESA là một kiến ​​trúc RF khác. Tạo chùm tia tương tự, lai và kỹ thuật số mô tả cách thức triển khai tạo chùm tia và tạo thành một chiều phân loại riêng biệt chứ không phải là các lựa chọn thay thế tương đương với PESA hoặc AESA.

Cần kiểm tra những dữ liệu nào ở góc quét tối đa?

Kiểm tra độ khuếch đại hoặc suy hao quét, độ rộng chùm tia, độ chính xác định hướng, búp sóng phụ, phân cực chéo và đặc tính trở kháng ở các tần số yêu cầu và cấu hình đã lắp đặt.

Khi nào PESA có thể là một lựa chọn thiết thực?

PESA có thể hữu ích khi cần điều khiển điện tử và chuỗi RF tập trung có thể đáp ứng các yêu cầu về băng thông, phạm vi quét, công suất, độ tin cậy, nhiệt độ và bảo trì. Quyết định nên dựa trên các phép đo hệ thống và các ràng buộc về vòng đời.