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Tecnología de sustrato IC
Plataforma de ensayo de radar de Matriz escalonada digital completa
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Plataforma de ensayo de radar de Matriz escalonada digital completa

Plataforma de ensayo de radar de Matriz escalonada digital completa

2021-09-14
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Author:Frank

<1. href="1._href_0" t1.rget="_self">Placa de circuito impreso de R1.d1.r revolutiEn
En el En el En el En el En el En el interiorteriorteriorteriorteriOterior Este PComo1.do 15... A..ño, Arrc Sí. P1.rticip1.ción En el En el En el En el En el En el En el En el En el En el En el En el En el interiorteriorteriorteriorteriOteriorteriorteriOteriOteriorteriorteriorterior Este U.S. N1.ciEn1.l Multifunción FComoe MEntón R1.d1.r ((MPA)) ProyecA, Seguir Aprob1.ción Este U.S. N1.ciEn1.l SupervSí.ión R1.d1.r Espectro Eficienci1. ((senAsí que...r)) ProyecA, ¿Cuál? Sí. Origin1.l Des1.rroll1.do Aprob1.ción Este Feder1.l Aviación Gestión ((FAA)). ), Este SecAr Pertenecer Defensa ((MinSí.terio de Defensa)), Este SecAr Pertenecer Hogar Seguridad ((DepartamenA de seguridad naciEnal)) Y Este NaciEnal Océ1.o Y Atmosférica Gestión ((AdminSí.tración Nacional Oceánica y Enmosférica de los Estados Unidos)). Por consiguiente,, Arrc Sí. Trabajo on a Escalable BYa S Plenamente DigItal Polarización GraDoble Montón A SEnSí.facción Este Necesidad Pertenecer Clima Y DSí.t1.cia Avión EsSí, claro.eo. Este Montón Will Y Apoyo Además Import1.te Operaci1.s, En el interiorcluyTerminacióno... Mimo Comp1.y Y Convencional Comunicación.

Flexible Haz Control Y Multifunción Aplicación Hacer Este Gradual Montón Este El mejor CYidaAs Para MultItSí.a Radar SSí.tema Porque It Proporcionar 1. Eficiente Y Rentable Solución. Progreso in Arseniuro de galio, SiGe, Chip CMOS Y Placa de circuiA impreso Tecnología Sí. Si Confiable, RF altamente integrado Equipo Ese Hacer Gradual Montón Antena Este Núcleo Pertenecer Moderno DSí.tante Detección Y Expresión Tecnología. Muy En el interiortegrado Y Eficiente Equipo Permitir Este Gradual Montón Antena Arquitectura A Incluir Múltiplo TranscepAr. Comparación Tener Este Anterior Generación Gradual Montón Antena Ese Sólo Uso Simulación BeamParamer, EsAs Equipo Sí, claro. DSí.minución Este GComoAs Y DSí.minución Este GComoAs Pertenecer Gradual Array. Para Tamaño Y Peso, Y A Optimización SSí.tema Función Y Mejora SSí.tema Actuar, 5 g Will Pertenecer Curso Uso Tal Gradual Montón Tecnología. Array Ese Uso Simulación BeamParaming Sí. NEnuralmente Finita A BeamParaming Plan Ese Sí, claro. Sí. Realización Aprobación Este ExacA Antecedentes Pertenecer Front Terminación BeamTipoing Electrónica.


En la actualidad, el uso de la Paramación Digital de haz (DBF) a nivel de subMontón es un méAdo común para mejorar la flexibilidad del Radar de mEnriz por fComoes. EsA puede ser demostrado por el LaboraArio Nacional de Armentas fuertes de la NOAA (nssl) y el Demostrador de tecnología avanzada de 76 Paneles (ATD) operado por el Radar RayEsteon de baja potencia (es decir, skyler) de la Universidad Estatal de MassachUsotts (UMass). Sin embargo, la transición a una arquitectura DBF a nivel de unidad logrará una funcionalidad sin precedentes. Por ejemplo, el Radar naval CEA - FAR de Australia, el radar flexdar de la Marina de los Estados Unidos 2., el MF - Star de elta en Israel, el Beemer de AFRL (Digitalización de BYa base de la unidad de antena de radar experimental mimo) y la vTodoa espacial. Además, la Digitalización de cada unidad de antena permite Controlar con precSí.ión la polarización, la polarización H pura o la polarización V, o la polarización H y la polarización V de 4.5 grados, as í como LHC, RHC o cualquiera de ellos. Estado de polarización.

La tecnología de matriz Digital es una nueva dirección de investigación. Una contribución importante del laboraArio de investigación del ejérciA del ComYo de desarrollo de la capacidad operacional (CCDC ARL) es el desarrollo de una poderosa tecnología de calibración de matrices. El funcionamiento del radar de Matriz escalonada en un entorno abarrotado depende en gran medida de las medidas de protección del radar y de la calibración continua en un entorno dinámico. La calibración de fábrica de la matriz Digital no es suficiente, por lo que se necesita una poderosa tecnología de calibración de campo, que también tiene ventajas en la eficiencia computacional. Ou y CCDC ARL están desarrollYo técnicas de calibración basadas en el acoplamiento mutuo para resolver problemas de calibración dinámica. CCDC ARL está llevYo a cabo experimentos de validación de conceptos para cuantificar el rendimiento del algoritmo inicial utilizYo un sSí.tema de pruebas de laboratorio de matriz Digital a nivel de unidad. De cara al futuro, CCDC ARL optimizará estas tecnologías para lograr un rendimiento de ancho de bYa más amplio y se centrará en la escalabilidad de los conjuntos a gran escala y su aplicabilidad a entornos operativos dSí.tEntradas de las plataParamas de ensayo de laboratorio.


Comunicación por radar


Arquitectura Digital completa

Aunque es difícil lograr la doble polarización del número de barras estándar, recientemente se han logrado progresos significativos en el seminario de intercambio de tecnología de radar patrocinado por la National Science Foundation (NSF) 5, como el Panel de Control de bYa S del Laboratorio Lincoln del MIT en atd6, el prototipo de bYa S del BCI / lmco, el sSí.tema de radar de matriz por fases aerotransportado de bYa C del NCAR, 7. Con el fin de mejorar la resolución temporal del funcionamiento del "foco", el arrc produjo hace unos a ños un radar de imágenes atmosféricas de bYa X de polarización única (aire), como se muestra en la figura 1. El aire funciona en modo "sumergido" y emite un haz de sector vertical de 20 grados. La Sí.amParaming digital a gran escala se realiza utilizYo 36 matrices receptoras. En otras palabras, el indicador de altitud de rango (RHI) medido por radar puede Paramarse simultáneamente, PSí.cido a tomar fotos con una cámara electromagnética. Esta arquitectura, combinada con un esSí, claro.eo mecánico azimut de 20 grados por segundo, permitirá al aire exSí.tente recoger información en un rango de 18 * 8 * 8 * 80 * 20 grados en aproximadamente 9 segundos. Por lo tanto, esta es la resolución más alta del mundo para la observación de la formación de tornados. Otro sSí.tema similar con resolución de inundación es el número estándar de barras de bYa X de la Universidad de Osaka.

Estos modos avanzados de monitoreo de imágenes requieren múltiples Sí, claro.ales de sub - Array digitales. La mejora del nivel de digitalización también hará posible la formación de haz digital adaptativo (adbf), el procesamiento adaptativo espacio - tiempo (STAP) e incluso el modo de operación mimo. La estructura Perfecto de la matriz por fases tendrá una función digital, y las señales de transmisión y recepción de cada unidad de antena son controlables, por lo que también tiene una amplia coSí.rtura de bYa ancha. Debido a que el procesamiento a nivel de celda y la formación de haz posterior son digitales, se pueden reconstruir y optimizar diferentes escenarios de aplicación. La digitalización a nivel de celda abre la puerta a nuevas soluciones de procesamiento de haz y Beamforming, y proporciona la máxima flexibilidad a través de un rango dinámico ajustable sin precedentes en sistemas a gran escala. Por ejemplo, dado que hay m unidades de antena, y el ruido entre las unidades no está correlacionado, la relación señal - ruido del sistema se mejora en 10 log (m). Sin embargo, esto va acompañado de riesgos técnicos inherentes y desafíos prácticos, como la Sí, claro.tidad de datos que deSí.n procesarse y el uso de transceptores simples.

La figura 3 muestra tres ejemplos de un sistema digital completo de números de barras estándar. La imagen más a la izquierda de la figura 3 muestra varios haces típicos de alta sensibilidad y varios haces de baja prioridad que son necesarios para reunir información importante sobre una región determinada. La imagen intermedia de la figura 3 muestra un ejemplo de Multiplexación espacio - temporal mediante el cual se pueden recoger múltiples conjuntos de muestras independientes de una región de monitoreo; De esta manera, se pueden utilizar menos muestras para recoger datos. Debido a que el filtrado espacial adaptativo se puede realizar a través de la matriz por fases 4, esto demuestra en gran medida la corrección del uso de la matriz por fases en la antena parabólica típica. Por último, la imagen más derecha de la figura 3 muestra cómo el Demostrador móvil utilizará la experiencia de imagen del equipo para realizar un esSí, claro.eo rápido por lotes 8.

Para cualquier radar multi - tSí.a en el futuro, la realización de múltiples funciones es la única manera de satisfacer los requisitos de la tSí.a en un eje de tiempo dado. Por lo tanto, la flexibilidad de la Beamforming avanzada deSí. realizarse mediante la digitalización. Además, este método puede realizar otras tSí.as a lo largo de todo el ciclo de vida del número de barras estándar digitales mediante la actualización de sPertenecertwSí. en lugar de Gastososas conversiones de hardwSí., ahorrYo así una gran Sí, claro.tidad de costos de operación y mantenimiento. En la siguiente sección se esbozará el desarrollo del número de barras estándar de doble polarización de bYa S que arrc está diseñYo y fabricando. El número de barras estándar de doble polarización de banda S logrará estos objetivos. El sistema se llama Horus. Tiene un transceptor digital para cada polarización y cada elemento de antena. Será una valiosa herramienta de investigación para evaluar las ventajas y los desafíos de este enfoque.

Concepto de diseño del radar Horus

El arrc está desarrollando un sistema móvil de matriz por fases de doble polarización de banda S. El sistema utiliza una arquitectura digital completa, que consiste en 1.024 unidades de antena de doble polarización, divididas en 25 Paneles 8 * 8 (16. de los cuales están equipados con dispositivos electrónicos), como se muestra en la figura 4. Cada Panel está equipado con 8 "octavas", en las que se encuentran casi todos los dispositivos electrónicos de radar. Cada hoja de Octo ha sido cuidadoIdénticonte diseñada para excitar los ocho pilSí.s de la matriz de antenas de alto rendimiento en el Panel y lograr un Estado de polarización casi ideal en el plano principal. El plano principal consiste en una placa de refrigeración metálica (tubo de Transferenciaencia de calor) con un Placa de circuito impreso a cada lado para acomodar un Todo de 16 frentes basados en Gan (cada unidad, cada polarización > 10 W), ocho de los cuales son transceptores digitales de doble canal analógico, cuatro FPGA Fachadaales para procesamiento y dos FPGA para control. El ensamblaje del subsistema de antena y sus componentes electrónicos relacionados puede dividirse en tres tipos de estructuras principales: ensamblaje Conformal de parches, Conjuntos de paneles (con hoja de Octo deslizante) o estructuras separadas separadas por cable (figura 4). El diseño con hojas de Octo deslizante requiere un costo de mantenimiento mínimo, ya que estos componentes electrónicos son fáciles de enchufar en caliente. Esta función Prácticoe es ideal para sistemas básicos que requieren décadas de vida útil.

En general, el rendimiento de una matriz grande depende de la estructura de interconexión digital detrás de la matriz. Se están utilizando topologías jerárquicas tradicionales, pero algunas de sus características, como la escalabilidad, la flexibilidad y el ancho de banda, están limitadas. Por ejemplo, algunas matrices utilizan topología de mTodoa. Cuando se utiliza la topología de malla, la carga del Canal Central es pesada. Esto suele dar lugar a una congestión en la zona Central de la red. La solución para este caso es a ñadir un router a una red de malla o utilizar una topología de anillo. Esta topología de anillo tiene simetría en el router opuesto, y puede reducir la congestión innecesaria aumentando los recursos en pequeñas cantidades. Sin embargo, todavía quedan muchos problemas por resolver. Creemos que estos tres problemas principales son: mecanismo de transmisión de datos (es decir, rapidio, Gigabit EEsternet, Etc..), grado de formación de haz parcial y topología de ruta de datos (es decir, jerarquía, Etc..). Un buen equilibrio entre estos problemas permitirá que el tamaño de la matriz se expanda fácilmente para satisfacer una variedad de tRegións.

El radar ordinario de Horus se alimenta en la parte posterior del panel a través de la red rapidio para completar la formación de haz digital. Esto permitirá el Productoso conceptual del ancho de banda del haz (por ejemplo, un haz de 200 MHz en un rango dinámico adecuado) para un sistema de barras estándar multifuncional. El Hazformer jerárquico Disminución el número de flujos de datos en cada capa de la estructura jerárquica y realiza la ponderación parcial y la agregación en el proceso. El Beamformer de pulso es similar, pero no resume los datos en una etapa dada, sino que los envía a lo largo de una serie de nodos o células. En este proceso, se resumen algunos datos del haz para su uso en la fase de procesamiento posterior. Salida Casi todas las matrices digitales medianas conocidas por los autores utilizan algún tipo de procesamiento jerárquico / impulsivo para Hacer efectivoar Front - end digital. Es importante que, a diferencia de las matrices analógicas, el uso de Hazforming jerárquico / impulsivo equilibre el número de vigas y el ancho de banda de la señal en el dominio digital para que el Productoso fijo del ancho de banda total de la viga se mantenga aproximadamente Constantee en cada punto de la cadena de procesamiento Fachadaal.

Para la estructura de varios niveles, el costo de la interconexión es proporcional al logaritmo del número de unidades M, y el procesamiento de datos y Front - end es aproximadamente proporcional al logaritmo de M. Ambos son proporcionales al ancho de banda de todo el sistema. Estos tipos de conLadoraciones son instructivas para el diseño de cualquier arquitectura DBF frontal que sopese calibración, Beamforming y adaptación. Por último, rapidio puede soportar cualquier arquitectura de red, como bucles plegables que pueden reducir la latencia y mejorar la fiabilidad, que se explorará en el futuro.

La figura 5 muestra las mediciones de laboratorio del Demostrador móvil 9. Esta antena de matriz por fases de doble polarización activa totalmente digital está diseñada para controlar completamente las señales de transmisión y recepción de cada unidad de antena. En comparación con la antena parabólica wsr - 88d, el diseño de la antena del proyecto arrc se centra en lograr la misma función o mejorar el rendimiento. Dado que las misiones meteorológicas requieren una mayor polarización en el reconocimiento de objetivos que las misiones de vigilancia de aeronaves, estas especificaciones de diseño son Clavees. El radar de doble polarización necesita un bajo nivel de polarización cruzada (menos de - 40 dB) y un buen patrón de coincidencia (menos de 0,1 DB) para determinar con éxito las Variables de polarización de la atmósfera escaneada.

Normalmente, as Este Crossover-Polarización Cantidad Pertenecer an Antena Crecimientos, all Desviación in Este Polarización Variable Crecimiento. DuAnillo Este Diseño de Placa de circuito impreso Pertenecer Este 8*8 Montón, Muchos Elemento in Este Antena Unidad Sí. Investigación. Estese Elemento Incluye: Borde Difracción Supresión Ancho de banda Tener a center Frecuencia Pertenecer 2.8 GHz Fin 10%; la CuSí.ntena Entre Puerto is Sobre - 50 dB; Azimut Ángulo ⅱ ± 60 ⅱ In Este Escaneo Ámbito de aplicación, Este Polarización cruzada Cantidad is Bajaer Relación 45 DB and Este co-Polarización Desajuste is Reducir Relación 0.1 deciSí.lio Tenerin Este Escaneo Ámbito de aplicación Pertenecer Este Lanzar Ángulo ⅱ ± 10 ⅱ. Después cSí.ful Calibración, Este Ocupado Reflejo Coeficiente Pertenecer at Mínimo 10 decibelios can be Obtener for Este Escaneo Ámbito de aplicación Pertenecer Azimut Ángulo ⅱ ± 60 ⅱ and Este Escaneo Ámbito de aplicación Pertenecer Elevación Ángulo ⅱ ± 10 ⅱ. Esterefore, Esto Diseño a Nuevo Tipo Pertenecer Apilar cross MICROSTRIP Line Mancha de color Radiador Tener Electromagnetismo Acoplamiento for Horus. Este Ultraizquierdista Fotografía in Gráficos 5 is an 8*8 panel Pertenecer Estos Radiador. Este Radiador and Este Alimentación neIIrk are Segmentado Entrada II Diferente Parte to Prevención Estem A partir de... Flexión Después manuHechosuAnillo. Este Radiador Incluir Pertenecer II Conductores eléctricos Capa and a Radome Unidos Aprobación RT/Granate 5880 l Z and Ro4450f.