وتقوم نظم الرادار على أساس العمليات الحاسمة في جميع مجالات التنبؤ بالطقس، وسلامة الطيران، ومراقبة الدفاع، والحركة المستقلة، وتُحدِّد نوعية الإشارة التي تتلقاها رادارات مباشرة قدرتها على كشف وتحديد الأهداف وتحديد مكانها وتحديدها بدقة، ومن بين أكثر العناصر فعالية للحفاظ على تصفية الإشارات، تصفية المرور بالضمادات، إذ إن نقلها انتقائياً فقط ترددات الاهتمام مع إطفاء كل الآخرين، يؤدي إلى خفض معدلات التداخل في تحديد النطاقات في مجال تحديد نوعية الترددات.

أساسيات تصاريح المرور

وشبكة تصفية المرور في إطار النطاق الترددي هي شبكة من مرحلتين مصممة لتمرير الإشارات في نطاق الترددات المحددة - نطاق المرور - مع الحد الأدنى من التكثيف، مع رفض الإشارات خارج هذا النطاق، وفي أجهزة استقبال رادارية، توضع مرشحات المرور على نطاق الترددات بعد أن تُحدث المضخم الهوائي وعامل التأجيل المنخفض (LNA) لتشكل الطيف المتلق قبل إجراء مزيد من المعالجة.

البارامترات الرئيسية للملفات

  • Center Frequency (f0): ] The geometric mean of the upper and lower cutoff frequencies (often defined at −3 dB points) Inradi, f0 aligns with the carrier frequency of the transmitted pulse, such as 9.4 GHz for X-band weather radios or 77 GHz for automotive Radios.
  • Bandwidth (BW): ] The range of frequencies passed. Radar bandwidth directly affects range resolution: wider bandwidth yields finer range resolution. A band pass filter must have sufficient bandwidth to accommodate the modulated pulse spectrum without distorting the signal.
  • Quality Factor (Q):] Defined as f0 / BW. HighQ filters provide narrow passbands and high selectivity, which is useful for rejecting adjacent —channel interference but may introduce higher group delay variation.
  • Insertion Loss:] Power lost as the signal traverses the filter. In radio receivers, low insertion loss is critical to avoid degrading the noise figure.
  • Stopband Rejection:] The attenuation provided outside the passband. Deep rejection (60 dB or more) is often required to suppress strong outof-linkrs or image frequencies.
  • Group Delay:] The derivative of the phase response with respect to frequency. Linear group delay (constant over the passband) preserves pulse shape-nonlinear group delay can distort phase-modulated waveformformformformformformationforms used in modern radios.

عرض مشترك للمصورين عن الرادار

ويجري تنفيذ مرشحات المرور لفرقة الرادار باستخدام مجموعة متنوعة من التكنولوجيات، لكل منها مقايضة بين الحجم، ومناولة الطاقة، ومعامل Q، والتكلفة.

  • Butterworth Filters:] Maximally flat passband response but a gradual rolloff. Suitable when in-band amplitude flatness is paramount.
  • Chebyshev Filters:] Steeper rolloff than Butterworth at the expense of passband ripple. Useful for aggressive rejection of close-in interferers.
  • Elliptic (Cauer) Filters:] Equiripple in both passband and stopband, achieving the sharpest transition for a given filter order. Used in applications requiring extremely high selectivity.
  • Cavity Filters:] Employ resonant cavities (waveguide or coaxial) to achieve very high Q (thousands) and low insertion loss. Common in high-power radio transmitters and sensitive receivers for air traffic control and defense.
  • Microstrip and Stripline Filters:] Planar designs using printed circuit board technology. Smaller and cheaper, but with moderate Q, suitable for compact radio modules like automotive sensors.
  • SAW/BAW Filters:] Surface or bulk acoustic wave devices provide very high Q in a small package for IF stages (e.g., after down-conversion).

كيف يُحسن فريق (براند بيرس) جودة الإشارة

وتتأثر إشارات الرادار بمجموعة واسعة من العاهات: الضوضاء الحرارية من واجهة جهاز الاستقبال، وعودة القاطرة من التضاريس أو الطقس، والتدخل المتعمد أو غير المقصود في الناقلات المشتركة، والإشارات الناقصة من الخلط المتناغم، ويعمل جهاز تحديد النطاقات كخط الدفاع الأول بعدة طرق.

الحد من الضوضاء وتحسين قدرة الدولة على إحداث الاحترار

والضوضاء الحرارية ذات نطاق واسع، تمتد على كامل نطاق الترددات اللاسلكية، وبدون جهاز تصفية مرورية من الفرقة، سيضخم جهاز الاستقبال ضوضاء على جميع الترددات، ويهين جهاز SNR. وبقصر نطاق الترددات على الترددات التي تشغلها الإشارة المطلوبة، يقلل المرشح من قدرة الضوضاء التي تدخل جهاز الكشف، ويتناسب التحسن في جهاز الرادار SNR مع نسبة الضوضاء الإجمالية التي تُعد الترددات إلى الترددية.

رفض كلتر والتمييز المستهدف

إن صدى الكلاوتر غير المرغوب فيه من الأرض أو البحر أو المطر أو المباني - وكثيرا ما يكون لها تحول في ترددات دوبلر يختلف عن مسار الأهداف المتحركة، وفي حين أن نقل مؤشر الهدف (MTI) وتجهيز دوبلر يعتمدان على التغيرات في مرحلة النبض، فإن مصفاة المرور تمنع إشارات الوصل الثابتة التي تقع خارج نطاق التردد المتوقع لأرقام الكشف عن سرعة المرور.

التدخل في التخفيف

وكثيرا ما يعمل الرادار في بيئات مكتظة إلى جانب وصلات الاتصالات أو محطات البث أو غيرها من الرادارات، ويُعدّل جهاز تحديد النطاق الترددي إشارات عالية التردد من هذه المصادر قبل أن تصل إلى مراحل المضخم الحساسة، وهذا أمر مهم بصفة خاصة بالنسبة للرادارات العسكرية التي يجب أن تعمل في بيئات الكهرومغناطيسية المتنازع عليها، كما يُوقف الترددات التي تُنتج أثناء عملية الخلط بين الحركات المزيفة والحركات.

الحفاظ على شظايا النبض وفصل الرنج

وفي رادارات ضغط النبض، فإن الموجات المبثوثة مجهزة على مراحل أو تردد (مثلاً، تغيير الترددات السامة) وتتم معالجة الإشارة الواردة بمصفوف مطابق لإعادة بناء نبض قصير وعالي الاستبانة، وأي تشوه في نطاق الترددات أو الاستجابة التدريجية لمصفوف المرور على نطاق الترددات، سيتسبب في انخفاض طفيف في التحلل الجانبي، ويوسع نطاق الوصل الرئيسي ويخفض من سرعة التصفية.

اعتبارات التصميم الخاصة بملفات تصاريح رادار باند

ويتطلب تصميم مرشح أفضل لطرق المرور على نطاق الترددات لتطبيق راداري تحقيق التوازن بين متطلبات التضارب.

Bandwidth and Range Resolution Trade —off

ويحسن نطاق أوسع من نطاق الترددات (الرمز (C)) (C)) ولكنه يعترف أيضاً بمزيد من الضوضاء والتدخل، ويجب أن يضاهي عرض النطاق الترددي للمرشح بدقة عرض النبض المرسل، ولكون نبضه غير مجهز، فإن نطاق الترددات يوضع عادة على نحو 1/م/م/م/م/م/م/م/م/م/م/م/م/م.

خطية المرحلة وطول المجموعة

وتُحدث الاستجابة في مرحلة غير خطية تفككاً يمكن أن يُشوّه نبضات الكسر ويتسبب في تماثل النسيج الظاهري.() ويُحدّد مصممو مرشحي الرادار تباطؤاً جماعياً (ويقل في كثير من الأحيان عن 10 نانوات فوق نطاق نظام الترددات الزكية) وقد يستخدمون تقنيات التعادل أو يختارون أفضليات الرش أو الرشّي للتقليل إلى أدنى حدّ.

درجة الحرارة ودرجة الاحترار

وتمارس نظم الرادار في بيئات قاسية: فالرادارات المحمولة جواً تُعاني من تقلبات حرارة شديدة وهتزازات؛ ويجب أن تعمل الرادارات الأرضية في الأمطار والجليد والنطاقات الحرارية الواسعة، ويجب أن تظل الترددات المركزية للجهاز وزوارق النطاق مستقرة، وكثيرا ما تكون هناك حاجة إلى مرشحات متأنية تستخدم فيها مادة الإنفار أو غيرها من المواد المنخفضة التكاثر أو أجهزة قياس درجة الحرارة المحتوية على الديكروغرام.

التكامل مع جبهة الاستلام

ويوضع المرشح الذي يجتاز الفرق عادة بعد نظام تقييم المخاطر في أمريكا اللاتينية للتقليل من مساهمات أرقام الضوضاء، غير أن فقدان التصفية يضيف مباشرة إلى رقم الضوضاء الذي يصدره جهاز الاستقبال، ولذلك يجب أن يكون للمرشح خسارة منخفضة جدا (من الناحية التقليدية، مقياس ثنائي الفينيل متعدد الموجات، مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس منخفض جدا) في بعض التصميمات،

تطبيقات في مختلف نظم الرادار

Air Traffic Control (ATC) Radars

وتستخدم رادارات شركة ATC (مثلا، ASR -11) في النطاق الترددي SAN-2-9 GHz) وتتطلب رفضا كبيرا للتدخل من الاتصالات القريبة ومعاونة الملاحة، وتستعمل أجهزة تصفية المرور ذات التنانير الخفيفة (أي 80 DB rejection at 10 MHz compensate) لضمان تجهيز عمليات عودة الطائرات فقط في نطاق الترددات المخصصة.

Weather Radars

وتستخدم أجهزة رادارية متنقلة مثل جهاز WSR -88D (NEXRAD) تعمل في 2.7-3.0 GHz، أجهزة لاصدار طرق لقطع الطرق لمنع السطو على الأرض، وترفض التدخل من الرادار القريب، وتضاهي الترددات الترددية في القوارير مع طول النبض المستخدم في مختلف استراتيجيات المسح الضوئي (مثلا، تُستخدم أجهزة قياسات مقياس واحد من ميكروكات الجرثية مختلفة).

الجيش والدفاع

وتتطلب الحرب الإلكترونية والتدابير المضادة رادارات ذات انتقائية استثنائية، وقد تُنفَّذ أجهزة تصفية المرور في الرادارات العسكرية (مثلاً، جهاز الإنذار المبكر/البوليفي) في كثير من الأحيان كمرشاة تجويف موجات ذات ترددات عالية جداً لرفض إشارات التشويش، وقد تشمل مصارف قابلة للتحويل من أجهزة التصفير لاختيار قنوات مختلفة للتواتر، مما يتيح إمكانية الترد على كشف العدو وتشويش.

الرادارات الآلية

ويجب أن تكون وحدات الرادار الآلية (24 GHz narrowband و 77 GHz wideband) صغيرة وخفيفة الوزن وغير مكلفة، وهي تستخدم عادة أجهزة التصفيق المصغرة أو الموجات الفرعية المتكاملة ذات الترددات المتوسطة، ويجب أن تستوعب مجموعة التصفية المتوسطة الحجم الترددية (مثلاً 4 GHz في نطاق الـ 77 GHz) لتحقيق الأهداف المطلوبة.

مقارنة مع أنواع أخرى من الأفلام في نظم الرادار

وفي حين أن مرشحات المرور من الفرق هي الأكثر شيوعا، فإن أنواع مرشحات أخرى تؤدي أدوارا تكميلية.

قاذفات و قاذفات عالية

وتستخدم أجهزة التصفيف ذات التردد المنخفض بعد المزلاج لرفض الترددات الجانبية العليا أو ترددات الصور، بينما يمكن للمرشحات العالية التجويف أن تحجب الضوضاء المنخفضة التردد (مثل الضوضاء المشتعلة)، غير أن أيا من منها لا يوفر الرفض البعيد المدى اللازم لإزالة المتدخلين الأقوياء الموجودين على جانبي الناقل، ويجمع مرشح المرور على مهام جهاز مقياس منخفض ويحصل على قاذفة عالية الفعالية في جهاز واحد.

مصورون

وتستخدم أجهزة التصفيق (التوقف عن العمل) للقضاء على المتدخلات الضيقة المعروفة، مثل قناة اتصال محددة أو متجانسة من جهاز الإرسال، وتتم أحيانا ربطها بمرشح لطرق المرور من أجل الرفض العميق على تردد واحد مع الحفاظ على نطاق السر.

وفي الممارسة العملية، يمكن أن يتضمن جهاز استقبال رادار سلسلة من مرشحات: جهاز لاصدار كهرباء المرور في الهوائي، ومصفف للصور - الرفض بعد المزيج الأول، ومرشيح مرور للفرق المسيل في محطة إي إف، ومرشيح للمسافات المنخفضة قبل مركز البيانات الدولي، ويؤدي كل جهاز من أجهزة تحديد النطاق دورا في تنظيف الإشارة تدريجيا.

الاتجاهات المستقبلية في تكنولوجيا رادار باند لجوازات السفر

ومع تطور نظم الرادار نحو ارتفاع الترددات، فإن النطاقات الترددية الأكبر، والبيئات الأكثر دينامية، يجب أن تتقدم تكنولوجيا التصفية.

أجهزة كشف واقية

وتسمح أجهزة تصفية المرور التي لا يمكن تحصينها باستخدام المشغلين أو أجهزة قياس متعددة أو مواد اصطيادية باستخدام جهاز قياس متعدد الأطراف، باستخدام جهاز قياس متعدد المؤشرات، باستخدام جهاز قياس متعدد الترددات، باستخدام جهاز قياس الترددات، أو مواد كهربية، باستخدام جهاز التتبع، مما يجعل جهاز التصفيف مكوناً تكييفياً من سلسلة الإشارات.

ملفات متكاملة

ويجري تطوير مرشحات مرورية للفرق العاملة على متن الطائرات باستخدام عمليات السيغي أو CMOS لصفائف الموجات المتوسطة، وهي تعرض التوحيد وصغر الحجم، ولكنها تواجه تحديات مع الضوضاء والسلوك، ويمكن أن تؤدي تقنيات التغذية العكسية أو السلبية إلى تحسين أدائها في التطبيقات الرادارية.

MMIC Band Pass Filters

ويمكن لدوائر الميكرويف الموحّدة أن تدمج مرشحات المرور بالفرق مع نظام الناموسيات والزوارق والمتحولات التدريجية على موت واحد، مما يقلل من الخسائر في الترابط بين الشبكات، وبالنسبة لخمسة جي ورادار السيارات في 28 جيهرتز و39 غيهرتز و77 جيهرتز، تعتمد هذه الرش على أجهزة إعادة تصميم مقطوعة (أجهزة لاصومية وأجهزة إرسال موزعة) أو

ملفات الموجات الصوتية للترددات العليا

وعلى الرغم من أن مرشحي الأسلحة الصغيرة والأسلحة الخفيفة تقتصران تقليدياً على ما دون حوالي 6 جيهرتز، فإن المواد الجديدة مثل نيتريد الألمنيوم ونيتادي الألومنيوم المسحوق تدفع أجهزة إعادة تصميم الأسلحة البيولوجية إلى نطاق الموجات المتوسطة، وهذه الرشّات توفر بصمة عالية جداً من حيث الكمية والحجم الصغير، مما يجعلها جذابة لمراحل الترددات الرادارية في المستقبل.

خاتمة

إن مرشحات المرور بالضمادات تشكل حجر الزاوية في سلامة الإشارات الرادارية، إذ أنها باختيار نطاق الاهتمام بالتواتر تحديداً، ستخفض الضوضاء الحرارية، وتمنع التشويش، وتحافظ على وفرة الموجات المتحركة، وتحتاج تصميم هذه المرشّحات إلى النظر بعناية في عرض النطاق الترددي، وعامل الدمج، وتأخر المجموعة، والاستقرار البيئي، مع تطبيقات رادارية مصممة خصيصاً.

For further reading, see the comprehensive review of radio receiver filters in IEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, the application on filter design for radio systems from ] Analog Devices, and the tutorial on pass-00th fundamental