دور أجهزة تقوية السلطة في تعزيز أداء نظام الرادار

ويجب أن يتعامل مضخمون الطاقة في الرادار مع ارتفاع مستويات الذروة ومتوسط مستويات الطاقة، في كثير من الأحيان في العمليات المحضة، كما يجب عليهم أن يحافظوا على التواؤم لتجنب تشويه الموجة المتحركة، مما يؤدي إلى تدهور تسوية النطاق ويضع أهدافا خاطئة، كما أن الكفاءة والإدارة الحرارية والموثوقية في ظل ظروف متطرفة هي متطلبات أساسية إضافية.

How Power Amplifiers Enhance Radar Performance

وكثيرا ما يُستدل أداء نظام راداري من خلال نطاق الكشف، وحله، ودقة، وقدرته على العمل في بيئات صعبة، ويؤثر مضخم الطاقة على جميع هذه القياسات في عدة طرق مترابطة:

Extended Detection Range

وكما يتبين من معادلة نطاق الرادار، فإن الطاقة المبثوثة P_t] ] هي أكثر العيار المباشر لزيادة النطاق، كما أن من الممكن أن يؤدي جهاز كمبلد أقوى إلى تضخيم الأهداف على مسافات أكبر، وهذا أمر حاسم بالنسبة لرادارات الإنذار المبكر، والإجهاد في حالة الفضاء، ومع ذلك، القيود المفروضة على الإنتاج.

تحسين نسبة الإشارة إلى الأرقام

إن وجود إشارة أقوى تؤدي إلى صدى أقوى، قدرة جهاز الاستقبال على التمييز بين الصدى من الضوضاء الخلفية تتوقف على قدرة الإنتاج الأعلى على تحسين قدرة جهاز الإستخبارات الوطنية مباشرة في جهاز الاستقبال، مما يجعل الكشف أكثر موثوقية، لا سيما في البيئات المتقلبة مثل الأمطار، أو حالة البحر، أو المناطق الحضرية، كما أن تحسين قدرة جهاز الرصد الوطني يسمح للرادار بالعمل مع انخفاض معدلات الإنذار المزيف، وتحسين الثقة العامة.

قرار أفضل بشأن الرنج والزنوج

وفي حين أن القرار يحدد أساساً بمقياس الترددات وشبكة هوائيات، فإن مضخم الطاقة يؤدي دوراً داعماً، وبالنسبة لجهاز معين من أسلاك النبض وزوارق النطاق، فإن ارتفاع القوة يتيح استخدام تقنيات ضغط النبض التي تحقق حلاً دقيقاً من خلال مجموعة من المقاييس دون التضحية بالطاقة على الهدف، وبالمثل، يجب أن توفر وحدات التعبئة الفردية قوة ثابتة لكل عنصر من العناصر.

المرونة التشغيلية في الظروف الضارة

فالأهداف التي تضخها الطاقة ذات النطاق الديناميكي المرتفع تسمح للأجهزة الرادارية بالتكيف مع البيئات المتغيرة، وعلى سبيل المثال، في أجهزة الرادار الجوية، يجب على السلطة الفلسطينية أن تنقل نبضا قصيرا عالي القوة لتخترق الأمطار الغزيرة ثم تتحول بسرعة إلى طريقة تلقي الطاقة المنخفضة، وتزود أجهزة الضخ المتقدمة بأجهزة التبديل السريع وات الدعم الواسعة النطاق للرادارات المتعددة الوظائف التي يمكن أن تتداخل بين أساليب البحث والتتبع والطقس دون تدهور الأداء.

تعزيز تدابير مكافحة المخدرات الإلكترونية

في الرادار العسكري، يمكن للمضخم القوي أن يساعد على التغلب على التشويش بسماحه للرادار بتدخل "الحرق" وتقنيات التردد و الإنتشار أكثر فعالية عندما تستطيع السلطة الفلسطينية أن تسلم قوة عالية عبر عرض سريع واسع النطاق، وتنكر التشويش على تردد واحد للهجوم.

أنواع أجهزة تقوية السلطة المستخدمة في الرادار

وتستخدم نظم الرادار مجموعة متنوعة من تكنولوجيات مصفاة الطاقة، كل منها له خصائص متميزة تناسب مختلف نطاقات الترددات ومستويات الطاقة ومتطلبات التطبيق، أما الأنواع الثلاثة الأكثر شيوعا فهي مضخات الموجات المسافرة، ومضخمات كليسترون، ومكبرات القوى الصلبة.

مضخمات السفر

وتُعدُّ هذه المادة مضخة من أجهزة التفريغ التي تستخدم هيكلاً بطيئاً للتفاعل مع الشعاع الإلكتروني مع إشارة تردد على منطقة تفاعل طويلة، ويُدرِج هذا التصميم مكاسب كبيرة جداً (40-60 د.ب) ووسوابة سريعة واسعة النطاق (في كثير من الأحيان يكون فيها الركيزة أو أكثر) ويمكن أن تُقدِّم أجهزة التر الذروة التي تتراوح بين مئات الوابع وعشرات وعشرات المُ المُثُثُثُثُثُثُثُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُ

Klystron Amplifiers

كما أن أجهزة الإنبوب المكنسة تعمل بضبط السرعة بواسطة شعاع كهربائي من خلال التجويفات المترددة، وهي توفر مكاسب عالية للغاية (حتى 60 درناً أو أكثر) وقوى ذروة عالية (ميغاوات في العمليات المأهولة)، ولكن عادة ما تكون ذات نطاق ضيق (قليل من المائة) وتُعد أجهزة الرادار ذات النطاق العالي من أجهزة المراقبة الأرضية البعيدة المدى.

أجهزة لتصنيع السلطة القائمة على الدولة الصلبة

وتستعمل أجهزة توجيه ذات طابع شبه موصل - مترجمات ثنائية من طراز السيليكون، ثم تبث الغازات الغازية، وتزيد الآن انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون - لتضخم إشارات الترددات، وهي مصممة على أساس ثنائي، ويمكن أن تعمل على نطاق منخفض.

أنواع مكبرات أخرى ملحوظة

وفي تطبيقات رادارية متخصصة، تظهر أنواع أخرى من المضخات، ولا يزال المغنطون، وهو أنبوب فراغ ذاتي، يستخدم في أجهزة رادارية بحرية منخفضة التكلفة وبعض أجهزة الرادار ذات المستوى الجوي في مجال البساطة والقوة العالية، رغم أن استقرار الترددات المتدنية يحد من استخدام الرادار المتماسك الحديث.

معايير الأداء الرئيسية لأجهزة تقوية الطاقة في الرادار

وينطوي اختيار وتصميم مضخة كهربائية للردار على تحقيق التوازن بين عدة بارامترات رئيسية تؤثر تأثيرا مباشرا على أداء النظام:

قوة الناتج (Peak and average)

وتُحدِّد قوة نبضات البقاع الطاقة الفورية التي تمّت أثناء النبض الذي يُحدث تأثيراً مباشراً على المدى الأقصى، ويُعتبر متوسط الطاقة هاماً بالنسبة لتصوير الأهداف بمرور الوقت ويؤثر على التصميم الحراري، وكثيراً ما تعمل نظم الرادار بدورة عمل منخفضة (مثل 0.1 في المائة إلى 10 في المائة)، وبالتالي يمكن أن يكون متوسط القوة القصوى عدة أضعاف، ويجب على السلطة الفلسطينية أن تعالج كلاً من دون ضرر.

ألف - المجاعة والفاصول

والغاين هو نسبة قوة الإنتاج إلى القدرة على المدخلات، التي يُعبَّر عنها عادة في سداسي البروم ثنائي الفينيل. وبالنسبة للرادار، فإن المكسب الإجمالي البالغ 30 إلى 60 دي بي من المولد الموجي إلى الهوائي أمر شائع، فالإطراء على نطاق الترددات العاملة يكفل عدم تشويه الصورة الموجية المُرسلة؛ وكثيرا ما تكون هناك حاجة إلى إحداث تغييرات تقل عن 1 دي بي في ضغط النبض وتجهيز الفتحات الاصنة الاصطناعية.

Bandwidth

ويعتبر النطاق الترددي الفوري الواسع النطاق ضرورياً للرادار ذو التردد العالي، وترددات الوصل بين المجلس الاقتصادي والاجتماعي، والعملية المتعددة الوظائف، ويمكن أن تحقق الـ TWTs و SSPAs النطاقات الترددية الـمتعددة الأطياف؛ وعادة ما تقتصر الكيلوسترونات على نسبة قليلة من المئوي.

الكفاءة والإدارة الحرارية

(ب) الكفاءة المضافة في استخدام الطاقة هي نسبة (قوة الإنتاج في إطار إدارة الموارد المالية - القدرة على استخدام مدخلات مرفق إدارة الموارد المالية) إلى قدرة البلدان النامية على استخدام المدخلات، ويعني ارتفاع معدل حرارة النفايات، وإمدادات الطاقة الأصغر، وقلة عبء التبريد، وفي الرادار المحمول جوا أو في الفضاء، توفر كل نقطة مئوية من الكفاءة الوزن والوقود، وتتحقق برامجيات الطاقة الصغيرة والمتوسطة الحجم حالياً بصورة روتينية نسبة 50 في المائة في مواد التردداتب النطاق الترددي والشبكة الترددية.

خطية ودرجة الضوضاء

فالعدم في السلطة الفلسطينية يولد التناسق، ومنتجات التلاعب، وتحويل الألغام المضادة للأفراد، مما يمكن أن يُحدث أهدافاً زائفة ويُحسّن تجهيز دوبلر، وبالنسبة للرادارات الحديثة المتسقة، يجب أن تكون الضوضاء التدريجية للمضخم منخفضة لدعم MTI (الإشارة المستهدفة) وطرائق النبض - الدوبل.

الموثوقية ووقت الحياة

وكثيرا ما تنتشر نظم الرادار في بيئات قاسية (الاحترار، ودرجة الحرارة القصوى، والرذاذ الملحي) ويجب أن تعمل لسنوات مع الحد الأدنى من الصيانة، وتحتاج الأنابيب الفاكومية إلى استبدال من حين لآخر؛ ويمكن أن تتجاوز برامجيات SSPAs، ولا سيما GaN، 000 100 ساعة من الزمن المتوسط بين الإخفاقات عند تأجيرها على النحو الصحيح.

الحجم المادي وال الوزن

وفي المنابر المتنقلة والمتنقلة جواً والمساحات الفضائية، تؤدي كل كيلوغرامات ومقياس قطري مكعب إلى انخفاض الحجم/الوزن، بينما تظل الأنابيب المكنسة أكبر، ويتجه الاتجاه نحو وحدات متكاملة تماماً في مجال T/R مع السلطة الفلسطينية، ونظام LNA، وجهاز تداول، ومتحول في مرحلة واحدة على رقاقة واحدة أو حزمة واحدة.

التحديات والتطورات المستقبلية

وعلى الرغم من التقدم الذي شهدته عقود من الزمن، لا تزال تكنولوجيا مضاعفة الطاقة تواجه تحديات كبيرة، وتهدف البحوث الجارية إلى التغلب عليها:

الإدارة الحرارية

ومع ارتفاع مستويات الطاقة، تزداد صعوبة تفريق الحرارة من موصل صغير شبه موصل، ويمكن أن تنتج أجهزة الغاز ذات الطاقة العالية تدفقا حراريا يتجاوز 000 1 و/أوسم2، وتستخدم تقنيات التبريد المتقدمة مثل محطات الماس الفرعية، ومبردات الميكانيكيات الدقيقة، وضخ الطائرات مباشرة في مجموعات أجهزة تكييف الهواء، أما بالنسبة للرادارات الفضائية، فتستخدم أجهزة التصفيف الاصطناعي الممترية، والأنابيب الحرارية.

الكفاءة في التخلف

وتقتضي موجات رادارية كثيرة (مثلاً، نبضات معدة) من السلطة الفلسطينية أن تعمل بنسبة كبيرة من حيث الذروة إلى المتوسط من حيث الطاقة، ومعظم المضخات أكثر كفاءة من حيث التشبع، ولكن يجب أن تتراجع للحفاظ على التواؤم، وتُقدم تقنيات مثل هيكل الدهيري، وتتبع المظاريف، وتُحمّل مستويات من القدرة على التأرجح.

التكلفة والتعقيد

وتخفض عمليات الإنقاذ والشبكة الوطنية للكهرباء والشبكة الألمانية للكهرباء التكلفة، ولكن الأنابيب المكنسة لا تزال أرخص لكل واط بالنسبة لمستويات عالية جدا من الطاقة، والمقايضة هي تكلفة دورة الحياة: قد تكون لنظم الدولة الصلبة تكاليف أعلى ولكن أقل من الصيانة.

النطاق العريض والقوى العليا في نفس الوقت

إن تحقيق القوة الواسعة النطاق والقوة العالية على حد سواء يمثل تحديا أساسيا، ولا تزال الـ TWTs تهيمن هنا، ولكن شركة GaN SSPAs تغلق الفجوة، وفي النطاق X (8-12 GHz)، تقدم شركة GN PAs الآن قوة ذروة تبلغ 100 إلى 200 W على أساس كامل، وقد تزيد المواد المستقبلية مثل Ga2O3 و FETs من زيادة الحد الأقصى.

الموثوقية في البيئات القصوى

ويجب أن تكون أجهزة الإرسال الرادار ذات اهتزاز عالي (الباحثون عن القذائف)، والإشعاع (الحيز)، والتدوير الحراري، وعادة ما تكون أجهزة SSPAs أقوى من الأنابيب المكنسة، ولكن يلزم تصعيد الإشعاع في الفضاء، وتشمل التطورات الأخيرة في شبكة غانا عمليات مأهولة بالإشعاع من أجل الرادار الساتلي، وتعبئة الأعشاب لأغراض التطبيقات البحرية.

التكنولوجيات الناشئة