מערכות ראדאר הן חיוניות במגוון רחב של יישומים - משליטה אווירית וניווט ימי ניטור מזג אוויר, מעקב הגנה וכלי רכב אוטונומיים חישה.בלב כל שרשרת שידור הוא מרכיב שמכתיב ישירות את הגעת המערכת וההחלטה: המגבר כוח (PA) מאמר זה חוקר את תפקיד קריטי מגבר משחק בביצועים מכ"ם, בוחן כיצד הם עובדים, את הביצועים, את התרגילים, את הביצועים, את הביצועים, את הפרמטרים העתידיים, ואת היכולות של מכ"ם.

הבנה של Power Amplifiers in Radar Systems

מגבר כוח הוא מכשיר אלקטרוני שנועד להגדיל את רמת הכוח של אות רדיו- ⁇ (RF) תוך שמירה על המאפיינים החיוניים שלה - תדירות, שלב ומודולציה. במדר מכ"ם, מגבר הכוח ממוקם לאחר מקור האות (למשל, גנרטור גלפור או או או או או או או אווסטור) ולפני הנקה הפונקציה העיקרית שלה היא להגביר את האות לרמה גבוהה מספיק כדי לזהות את המטרה, לשחזר את המטרה.

הכוח המועבר משפיע ישירות על טווח הגילוי המקסימלי של המכ"ם באמצעות משוואה טווח המכ"ם:

(ב) ויקרא י"ד): "[2]" (ב]"ד:2 ויקרא יט:2 ויקרא יט' ויקרא יט: ויקרא י"ד:5tigph:6 GIRLT 7rph 7ripperFLT 7rph 8 λ

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]

מגברי כוח במכ"ם חייבים להתמודד עם שיא גבוה ורמות כוח ממוצע, לעתים קרובות בפעולה הדופק.הם חייבים גם לשמור על לינאריות כדי להימנע מעוות גלפורציה מודולו, אשר אחרת יבטלו את טווח הרזולוציה ולהציג מטרות כוזבות.

כיצד כוח מגביר את ביצועי ה-Radar

הביצועים של מערכת מכ"ם הוא לעתים קרובות מאמת את טווח הגילוי שלה, פתרון, דיוק ויכולת לפעול בסביבות מאתגרות.המגבר משפיע על כל המדדים האלה בכמה דרכים קשורות:

טווח הגילויים המורחבת

כפי שמוצג על ידי משוואה טווח המכ"ם, הכוח המועבר:0.10.10.10.10.10.10.10.10.3 הוא המגבר הישיר ביותר להגדלת טווח: מגבר חזק יותר מאפשר למכ"ם להאיר מטרות במרחקים גדולים יותר.זה קריטי עבור מכ"מים מוקדמים, מודעות מצב חלל, ומערכת ההוננת, פשוט מגבירה את עוצמתה, ולכן יש צורך במשאבים רגולטוריים אחרים, כדי להוביל לגורמי כוח, ולכן גם כן, ולכן יש צורך במתחים אחרים, גם כן, לגורמי תאורה, לגורמי כוח, לגורמי תאורה, כדי להוביל אותם, לגורמי תאורה, כדי להוביל אותם, גם כן, לגורמי כוח תרמיים, כדי להוביל אותם, כדי להוביל אותם, לגורמי תאורה, לגורמי תאורה, לגורמי חשמל, לגורמי תאורה, גם כן, כדי להוביל אותם, לגורמי תאורה, לגורמי תאורה רגולטוריים אחרים, כדי להוביל לגורמי תאורה, כדי להוביל לגורמי תאורה, כדי להוביל לגורמי תאורה, כדי להוביל לגורמי תאורה, כדי למנוע מגבלות רגולטורית, כדי להוביל לגורמי תאורה, גם כן, לגורמי תאורה, לגורמי חשמל, לגורמי חשמל, כדי להוביל לגורמי חשמל, לגורמי תאורה, כדי להוביל לגורמי תאורה, כדי

שיפור אותות-ל- Noise Ratio (SNR)

אות חזק יותר מייצר הד חזק יותר.היכולת של המקלט לאפליה את הד מרעש רקע תלויה בכוח הפלט הגבוה יותר SNR משפר ישירות את ה-SNR במקלט, מה שהופך את הגילוי אמין יותר, במיוחד בסביבות קלוטריות כמו גשם, מדינת ים או אזורים עירוניים.טוב SNR מאפשר גם את המכ"ם לפעול עם שיעורי אזעקה נמוכים יותר, שיפור האמון הכולל.

פתרון מהיר יותר ו-Angular Resolution

בעוד שרזולוציה נקבעת בעיקר על ידי רוחב פס ואנטנה beamwidth, המגבר כוח ממלא תפקיד תומך.עבור רוחב הדופק נתון רוחב פס רוחב פס רוחב פס, כוח שיא גבוה יותר מאפשר שימוש בטכניקות דחיסת הדופק אשר להשיג פתרון טווח עדין ללא הקרבת אנרגיה על מטרה. בדומה, במכ"מים בשלבי בשלב, מודולים בודדים חייב לספק כוח עקבי לכל אלמנט כדי לשמור על דפוס נקי ושפל, אשר משפיע ישירות על פתרון חלל.

גמישות מעשית בתנאים Adverse

מגברי כוח עם טווח דינמי גבוה מאפשרים מערכות מכ"ם להסתגל לסביבות משתנות.לדוגמה, במכ"מים מזג האוויר, הרשות הפלסטינית חייבת לשדר דופק קצר, גבוה עוצמה כדי לחדור גשם כבד ולאחר מכן לעבור במהירות למצב של כוח נמוך לקבל את המצב.מגבר מתקדם עם מעבר מהיר ותומך רוחב פס רחב מול המכ"מים רב תפקודיים שיכולים לבודד חיפוש, לעקוב, לעקוב, לעקוב אחר עקבות ומזג אוויר ללא ביצועים.

המונחים: Electronic Counter-Countermeasures (ECCM)

במכ"ם צבאי, מגבר חזק יכול לעזור להתגבר על ג'ינג' על ידי כך שהוא מאפשר למכ"ם "לשבור" הפרעה.תדירות קצביות וטכניקות פרוספקטרום יעילות יותר כאשר הרש"פ יכולה לספק כוח גבוה על פני רוחב פס רחב ורחב, תוך מניעת הדחף תדר בודד לתקוף.

סוגים של מגברי חשמל המשמשים ב- Radar

מערכות רדאר מעסיקות מגוון טכנולוגיות מגברות כוח, כל אחת מהן תכונות נפרדות שמתאימות ללהקות תדר שונות, רמות כוח, דרישות יישום.שלוש הסוגים הנפוצים ביותר הם מנוע גל (TWT) מגברי גל, מגברי Klystron, ו Solid-state Power Amplifiers (SSPAs).

נסיעה בגליל (TWT) Amplifiers

TWT הוא מגבר צינור אבק המשתמש במבנה גלי איטי כדי לתקשר עם קרן אלקטרון עם אות RF על אזור אינטראקציה ארוך. עיצוב זה מניב רווח גבוה מאוד (40-60 dB) רוחב פס רחב (לעתים קרובות a octave או יותר) TWTs יכול לספק כוחות שיא החל ממאות וואט עד עשרות קילווואט, מה שהופך אותם אידיאליים עבור מתח גבוה יותר, 000 כוח הגנה, למרות שעדיין גבוה יותר, 000 יחידות הגנה לטווח הארוך, כולל מערכות הגנה מוצקות, 000.

Klystron Amplifiers

Klystrons הם גם מתקני צינור אשקום אבל לפעול על ידי מהירות בקנה מידה קרן אלקטרוני באמצעות חללים חוזרים. הם מציעים רווח גבוה מאוד (עד 60 dB או יותר) וסמכויות שיא גבוהות (megaוואט במבצע הדופק), אבל בדרך כלל עם רוחב פס צר יותר (כמה אחוזים) הם העורכים של מערכות ארוכות טווח מבוסס קרקע, כגון מכ"ם גבוה יותר מאשר סוללות גדולות).

כוח המדינה העוצמתי (SSPAs)

(SPAs) משתמשים במכשירים חצי-מוליכים למחצה - היסטורי סיליקון דו קוטביים, ולאחר מכן GaAs FET, וכעת יותר ויותר GaN HEMTs - כדי להגביר את אותות RF, הם קומפקטיים, אמינים מאוד, ויכולים לפעול במתחים נמוכים. SSPAs מציעים רמות כוח מתון (וואט לכמה קילווואט) אבל להצטיין במכ"מים שלבד-אריים שבהם מאות או של שידורים בודדים (R) באופן מסורתי, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, פחות מצמצם את התקני כוח).

סוגים אחרים של Amplifier

ביישומים מכ"ם מיוחדים, סוגים אחרים של מגבר מופיעים.המגנטון, צינור ואקום עצמי, עדיין בשימוש במכ"מים ימיים זולים וכמה מכ"מ מזג אוויר עבור הפשטות והעוצמה העליונה שלו, אם כי התדירות הנמוכה שלה מגבילה את השימוש המכ"ם המודרני קוהרנטי.עבור מילימטרים מסוימים גלי מילימטריים בגובה של מילימטר (למשל, כלי רכב ב-77 גרם, הדמיה או סיליקון), אך ורק ב-R2 CM) נמצאים בשימוש ב-R2 CM2 סיליקון גבוה (R).

ראשי תיבות של Power Amplifiers for Radar

בחירת ועיצוב מגבר כוח עבור מכ"ם כרוך איזון מספר פרמטרים מרכזיים המשפיעים ישירות על ביצועי המערכת:

כוח חיצוני (Peak and Average)

כוח הדופק של שיא קובע את האנרגיה המיידית הנמסרת במהלך הדופק, המשפיע ישירות על טווח מקסימלי.כוח ממוצע חשוב להארה של היעד לאורך זמן והשפעות על עיצוב תרמי.מערכות ראדר פועלות לעתים קרובות עם מחזור חובה נמוך (למשל 0.1% ל-10%), כך שכוח שיא יכול להיות פעמים רבות הממוצע.הרשות חייבת להתמודד עם שניהם ללא נזק.

קבל ולקבל שטוחות

רווח הוא היחס של כוח הפלט לעוצמה קלט, בדרך כלל בא לידי ביטוי ב- dB. עבור מכ"ם, רווח כולל של 30-60 dB מגנרטור הגלפורית לאנטנה הוא נפוץ.קבל שטוחות מעל רוחב הפס התפעול מבטיח כי גל המועבר אינו מעוות; וריאציות של פחות מ- ±1 dB נדרשים לעתים קרובות לדחיסה הדופק ועיבוד שיער סינתטי.

Bandwidth

רוחב פס מיידי נרחב הוא חיוני עבור מכ"ם לטווח גבוה, גמישות תדירות עבור ECCM, ומבצע רב תפקודי. TWTs ו- SSPAs יכול להשיג רוחב פס רב-טווח; klystron הם בדרך כלל מוגבל לכמה אחוזים.

יעילות וניהול ארסמל

כוח הוסיף יעילות (PAE) הוא היחס של (כוח פלט − RF) לכוח קלט DC. גבוה PAE פירושו פחות חום פסולת, אספקת חשמל קטנה יותר, והורדת נטל קירור.ב מכ"ם אווירי או חלל, כל נקודה של יעילות חוסכת משקל ודלק.N SSPAs עכשיו להשיג PAE מעל 50% ב L-band ו- S-Sband.

קוהרנטיות ושלב רעש

אי לינאריות ברשות מייצרת הרמוניות, מוצרי גומלין, ו- AM-to-PM המרה, אשר יכול להציג מטרות כוזבות ועיבוד דופלר. עבור מכ"מים קוהרנטיים מודרניים, רעש בשלב של המגבר חייב להיות נמוך כדי לתמוך MTI (העברת סימן מטרה) ומצבי הדופק-Doppler.

אחריות וחיים

מערכות ראדאר לעתים קרובות פרוסות בסביבות קשות (הדגשה, קיצוניות טמפרטורה, תרסיס מלח) וחייב לפעול במשך שנים עם תחזוקה מינימלית. צינורות Vacuum דורשות תחליף מדי פעם; SSPAs, במיוחד GaN, יכול לעלות על 100,000 שעות של זמן ממוצע בין כישלונות (MTBF) כאשר הוא מוקרן כראוי. Redundancy (למשל, שימוש במספר מודולים PAs או T/R) הוא נפוץ במערכות קריטיות.

גודל פיזיקלי ומשקל

בפלטפורמות ניידות, באוויר ובמרחב, כל קילוגרם וסנטימטר מעוקב.אסPAs להוביל לירידה בגודל / משקל, בעוד צינורות ואקום נשארים גדולים יותר.המגמה היא לשלב באופן מלא T / R מודולים עם הרש"פ, לNA, לפור, ולעבורת שלב על שבב יחיד או חבילה.

אתגרים ופיתוח עתידי

למרות עשרות שנים של התקדמות, טכנולוגיית מגבר החשמל ממשיכה להתמודד עם אתגרים משמעותיים, ומחקר מתמשך נועד להתגבר עליהם:

ניהול ארס

ככל שרמות הכוח עולות, ניתוק חום ממוליכים למחצה קטנים מת הופך קשה יותר ויותר. מכשירי GaN בעוצמה גבוהה יכולים לייצר גלי חום מעל 1000 W / ס"מ2. טכניקות קירור מתקדמות כגון תת-שכבות יהלומים, קריקרים מיקרו ערוצים, ו סילון מ משולבים ישירות לתוך חבילות PA.עבור מכ"מים מבוססי חלל, רדיאטורים פסיביים צינורות חום משמשים.

יעילות בBackoff

רבים מגלידאר (למשל, דופקים מורכבים הם יעילים ביותר ליד השכור, אבל חייב להיות מגובה גדול יחסי כוח עד ממוצע (PAPR) רוב המגברים הם יעילים ביותר ליד ריצוף אבל חייב להיות מגובה כדי לשמור על גמישות.טכניקות כמו אדריכלות דוהרטי, מעטפה, ועומס שיפור יעילות בגבו.

עלויות ומורכבות

(גנון-סיי-סי ותהליכי GaN-on-Si מופחתים את העלות, אך צינורות ואקום נשארים זולים יותר לוואט עבור רמות כוח גבוהות מאוד.המסחר הוא עלות מחזור חיים: מערכות מוצקות של מדינה עשויות להיות בעלות גבוהה יותר עלות גבוהה יותר, אך תחזוקה נמוכה יותר (למשל, FLT:0embedded wferded ו-FLT) היא נהיגה למטה.

פס רחב וכוח גבוה - באופן ספונטני

השגת רוחב פס רחב ועוצמה גבוהה היא אתגר בסיסי.TWTs עדיין שולטים כאן, אבל GaN SSPAs סוגרים את הפער. at X-band (8-12 GHz), GaN PAs עכשיו לספק 100-200 W שיא כוח על octave מלא חומרים עתידיים כמו Ga2O3 ו-FET יהלומים עשויים לדחוף גבולות נוספים.

אמינות בסביבה קיצונית

מגברי רדאר חייבים לסבול רטט גבוה (מחפשי טילים), קרינה (מרחב), ורכיבי אופניים תרמיים.אסPA הם בדרך כלל חזקים יותר צינורות ואקום, אבל שטף קרינה נחוץ לחלל.

טכנולוגיות מתפתחות

  • (FLT:0)Gallium Nitride (GaN)BuildFLT:1) ממשיך להיות הטכנולוגיה הטרנספורמציה ביותר, עם הפגנות של 1 קילוואט שיא כוח ב C-band ו 500 W ב- X-band ממכשירים בודדים.ג'ון גבוה התמוטטות ו מוליכות תרמית גבוהה יותר מאפשרות צפיפות כוח גבוהה ויעילות מאשר GaAs או Si.
  • (FLT:0)Digital Radio Frequency Memory (DRFMigital Radio Frequency Memory) (DRFMIR)FLT) 1:1 ודור גלפור מתקדם דורש הרש"פ ליניאריות פס רחב יותר. Envelope מעקב ואדריכלות מחלחלות נחקרות עבור מכ"ם קוגניטיבי.
  • (FLT:0) 3D Heterogeneous אינטגרציהFIRLT:1 מחסנים הרש"פ, הנהג ו מעגלי בקרה אנכיים, צמצום אובדן חיבור הדדית ומאפשר שבבים רב-תפקודיים עבור מיזמים עתידיים של הדור הבא.
  • (FLT:0)Vacuum MicroelectronicsFIRLT:1) משלב את היתרונות של צינורות אבק (כוח גבוה, רוחב פס רחב) עם גודל ואמינות של מערךי קרקע מוצקה הם אזור מחקר מבטיח.

מסקנה

מגברי כוח הם אבן הפינה של ביצועי מערכת מכ"ם, המאפשרים ישירות טווח זיהוי, פתרון, חוסן תפעולי כי יישומים מודרניים דורשים.ממגנטון מוקדם ועד ימינו של מודולי T/R, כל דור של טכנולוגיית מגבר טכנולוגיה פתח יכולות מכ"ם חדשות, דחיפה מתמשכת לכיוון יעילות גבוהה יותר, רוחב פס רחב יותר ואמינות גדולה יותר - מונע על ידי חומרים מדעיים, אריזה, עיצוב ברמה גבוהה יותר, מבטיח כוח מכניקת כוח מכניקתי כוח מכניקתי כוח מכני כזה ימשיך להתמקד יותר, כמו גם כן, כמו גם מערכת אבטחה מתקדמת, כוח מכניקת כוח מכנית כוח מכנית כוח מכנית כוח קריטי, כמו גם כן, כמו גם כוח מכניקת כוח מכניקת כוח מכניקת כוח מכנית כוח מכניקת כוח חיצוני (כמי) מבטיח יותר, כוח מכנית כוח קריטי, כוח מכניקה כוח מכניקה כוח מכנית כוח מכנית כוח מכניקה כוח).