Η τάση στην ανάπτυξη νέων συστημάτων ραντάρ κινείται μόνιμα προς τα active electronically scanned array (AESA), υπάρχει μόνιμα μια αυξανόμενη ανάγκη για ενίσχυση σήματος υψηλής ισχύος που κατανέμεται σε όλη τη επιφάνεια.
Μια ιδανική περίπτωση χρήσης της τεχνολογία ημιαγωγών νιτριδίου του γαλλίου (GaN).
Ωστόσο, ενώ οι ενισχυτές που βασίζονται σε GaN προσφέρουν ουσιαστικά οφέλη, η εφαρμογή τους δεν είναι εύκολη. Σε αντίθεση με τα μηχανικά κατευθυνόμενα συστήματα ραντάρ που καθορίζουν τη θέση του στόχου με βάση τον φυσικό προσανατολισμό της κεραίας, τα συστήματα ενεργής ηλεκτρονικά κατευθυνόμενης συστοιχίας (AESA) προσαρμόζουν τη σχετική φάση κάθε στοιχείου κεραίας για να κατευθύνουν τη δέσμη.
Αυτό προσφέρει πολλαπλά πλεονεκτήματα.
Για παράδειγμα, σε σύγκριση με μια κεραία/πιάτο είναι πολύ πιο εύκολο να τοποθετήσουμε μια επίπεδη διάταξη ραντάρ στο μπροστινό μέρος ενός αεροσκάφους. Επιπλέον, τα AESA προσφέρουν άμεσο έλεγχο της κατεύθυνσης της δέσμης και μερικά υποστηρίζουν ακόμη και πολλαπλές δέσμες.
Αυτό επιτρέπει την ανάπτυξη προηγμένων δυνατοτήτων ραντάρ σε νέες πλατφόρμες, ενώ μεγιστοποιεί την ικανότητα παρακολούθησης απειλών που με τα μηχανικά ρανταρ είναι δύσκολο να ανιχνευθούν. Ωστόσο, σε σύγκριση με μια απλή «περιστρεφόμενη κεραία/πιάτο», η εφαρμογή ενός ραντάρ AESA απαιτεί πιο προηγμένα κυκλώματα.
Συγκεκριμένα, κάθε στοιχείο του ραντάρ AESA απαιτεί μια μονάδα μετάδοσης/λήψης (TR) που περιλαμβάνει έναν μετατροπέα φάσης, ένα κύκλωμα μεταγωγής, έναν ενισχυτή υψηλής ισχύος για το σήμα μετάδοσης και μια ενίσχυση χαμηλού θορύβου για το σήμα λήψης.
Ένα από τα πιο κρίσιμα στοιχεία για το σύστημα AESA προκειμένου ένα αντικείμενο να βρίσκεται εντός της εμβέλειας του ραντάρ, το ανακλώμενο σήμα πρέπει να βρίσκεται πάνω από το επίπεδο θορύβου του δέκτη, το οποίο ποσοτικοποιούμε χρησιμοποιώντας τον υπολογισμό του λόγου σήματος προς θόρυβο (SNR).
Για παράδειγμα το ραντάρ του Rafale είναι το 838TR/M (Thales RBE2 AESA), που είναι ένα σχετικά μικρό ραντάρ και έτσι η μέγιστη απόσταση ανίχνευσης εκτιμάται ότι είναι περίπου 130 χιλιόμετρα.
Να πούμε πιιο απλά,πως η βελτιστοποίηση του SNR της μονάδας TR περιλαμβάνει την ελαχιστοποίηση του αριθμού θορύβου του δέκτη και τη μεγιστοποίηση της ισχύος εξόδου του πομπού.
Αν και αυτό ακούγεται απλό, περιπλέκεται από τους περιορισμούς μεγέθους της μονάδας TR και την ανάγκη για λειτουργία ευρείας ζώνης υψηλής συχνότητας. Συνήθως, οι μονάδες TR είναι διατεταγμένες σε ένα πλέγμα και τοποθετούνται πίσω από τα στοιχεία της κεραίας.
Για να χωρέσουν όλες οι μονάδες TR, το ύψος και το πλάτος κάθε μονάδας περιορίζεται από το μέγεθος των επιμέρους στοιχείων κεραίας. Καθώς αυξάνεται η συχνότητα λειτουργίας, το μέγεθος της κεραίας μειώνεται. Για παράδειγμα, στη ζώνη X το ύψος και το πλάτος της μονάδας TR θα ήταν μικρότερα από 2 cm.
Συνοψίζοντας τα κριτήρια σχεδιασμού
Η μονάδα TR πρέπει να είναι πολύ μικρή, να έχει υψηλή ισχύ εξόδου, να έχει χαμηλό αριθμό θορύβου και να λειτουργεί σε υψηλές συχνότητες. Σαφώς, η μεγιστοποίηση της απόδοσης των μονάδων TR είναι μια σημαντική πρόκληση.
Ωστόσο, γίνεται ευκολότερο μέσω της χρήσης της τεχνολογίας ημιαγωγών GaN. Το νιτρίδιο του γαλλίου ή GaN είναι ένα ημιαγωγό υλικό με υψηλή τάση διάσπασης και υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων.
Η υψηλή κινητικότητα των ηλεκτρονίων επιτρέπει τη λειτουργία υψηλής συχνότητας σε αντίθεση με τα GaAs, ωστόσο, η υψηλή τάση διάσπασης του GaN υποστηρίζει υψηλή ένταση ηλεκτρικού πεδίου στη συσκευή.
Λειτουργώντας σε υψηλότερη τάση, οι ενισχυτές με βάση το GaN είναι σε θέση να παρέχουν πολύ υψηλότερη ισχύ εξόδου σε μικρότερο χώρο.
Η χρήση της τεχνολογίας GaN στη σχεδίαση του ενισχυτή ισχύος της μονάδας TR μεγιστοποιεί την ισχύ εξόδου μετάδοσης ενώ ελαχιστοποιεί το φυσικό μέγεθος.
Εκτός από τη σμίκρυνση του μεγέθους τ ενισχυτή, η χρήση GaN υψηλής ισχύος μειώνει την ανάγκη χρήσης πολλών συσκευών χαμηλότερης ισχύος. Δεδομένου ότι τα ραντάρ AESA είναι το παρόν τα AESA GaN είναι το μέλλον.
Πείτε μας την γνώμη σας στα σχόλια!
Διαβάστε περισσότερα άρθρα του Giorgos Maniatis
Copyright: Απαγορεύεται η αναδημοσίευση (αντιγραφή – παραποίηση) του άρθρου χωρίς σχετική άδεια απο το NEMESISHD.GR
