Apa Itu Radar PESA? Bagaimana Cara Kerjanya dan Apa yang Harus Diperiksa oleh Para Insinyur?

Radar susunan pemindaian elektronik pasif, atau PESA, biasanya menggunakan arsitektur transmisi/penerimaan RF yang relatif terpusat untuk menyalurkan sinyal ke banyak elemen antena melalui jaringan distribusi. Pergeseran fasa yang dikontrol secara elektronik mengatur fasa relatif pada elemen-elemen tersebut, sehingga radiasi gabungan membentuk berkas dalam arah yang diperintahkan. Apertur lengkap tidak perlu berputar secara mekanis untuk setiap perubahan arah penunjuk.

Jawaban singkat:PESA menyediakan pengarahan berkas elektronik dengan arsitektur RF yang relatif terpusat. Kinerja sebenarnya bergantung pada lebih dari sekadar akronimnya. Para insinyur harus memverifikasi penguatan terhadap sudut pemindaian, kehilangan jaringan umpan, bandwidth operasi, sidelobe, polarisasi, kalibrasi, siklus kerja, batas termal, dan bidang referensi pengukuran sebelum memutuskan apakah suatu desain memenuhi aplikasi tersebut.

Hal ini penting karena spesifikasi yang hanya diukur pada garis pandang utama dapat menyembunyikan kondisi yang mengatur kinerja lapangan. Gain puncak yang tinggi tidak menunjukkan bagaimana berkas berubah di dekat tepi sektor pemindaian. Rentang frekuensi operasi yang lebar tidak membuktikan bahwa penunjuk berkas tetap stabil di seluruh pita frekuensi. Bagian-bagian berikut menjelaskan cara kerja PESA dan pertanyaan mana yang mengurangi risiko integrasi.

Bagaimana Cara Kerja Radar PESA?

Arsitektur PESA dapat diimplementasikan dengan berbagai cara, tetapi jalur sinyal biasanya berisi lima tahap fungsional. Beberapa sistem menggunakan sub-array atau saluran redundan, sehingga diagram blok harus selalu diperiksa terhadap desain sebenarnya.

1. Pembangkitan gelombang dan konversi RF. Pemicu (exciter) menciptakan gelombang yang dibutuhkan dan mengonversinya ke frekuensi operasi. Pemancar (transmiter) kemudian menaikkan sinyal ke tingkat daya yang dibutuhkan.
2. Distribusi daya. Jaringan penyalur membagi sinyal yang ditransmisikan ke banyak jalur. Jaringan tersebut dapat menggunakan pandu gelombang, saluran transmisi, pembagi daya, kopler, dan komponen gelombang mikro lainnya.
3. Kontrol fase. Penggeser fase di setiap jalur elemen, atau di setiap jalur sub-array, mengubah fase sinyal sesuai dengan arah berkas yang diperintahkan. Perkembangan fase di seluruh apertur menentukan di mana interferensi konstruktif terjadi.
4. Radiasi dan pembentukan berkas. Elemen-elemen antena memancarkan radiasi secara bersamaan. Medan radiasi mereka saling menambah secara kuat pada arah yang dipilih dan saling meniadakan sebagian pada arah lain, menciptakan berkas utama dan berkas samping (sidelobe).
5. Menerima operasi dan kalibrasi. Sinyal pantulan kembali melalui apertur dan jaringan umpan ke rangkaian penerima. Data kalibrasi mengoreksi perbedaan fase dan amplitudo yang disebabkan oleh toleransi komponen, suhu, frekuensi, dan penuaan.

Pengarahan elektronik dapat menggerakkan berkas jauh lebih cepat daripada memposisikan ulang bukaan besar secara fisik. Namun, laju pemindaian yang bermanfaat juga bergantung pada pengaturan waktu bentuk gelombang, latensi kontrol, pemrosesan sinyal, dan penjadwal sumber daya radar. Kecepatan pengarahan antena saja tidak menentukan berapa banyak target atau tugas yang dapat didukung oleh radar secara keseluruhan.

Mengapa Disebut Passive Electronically Scanned Array (PELS)?

Kata pasif menggambarkan arsitektur RF pada apertur. Pada PESA konvensional, elemen antena tidak masing-masing berisi modul transmisi dan penerimaan aktif yang lengkap. Rantai RF terpusat memasok dan menerima energi melalui jaringan umpan, sementara komponen kontrol fase membentuk berkas. Susunan antena masih membutuhkan daya listrik untuk kontrol, pengalihan, pendinginan, dan fungsi lainnya.

Radar PESA juga berbeda dari radar pasif. Radar pasif biasanya mendeteksi pantulan dari pemancar eksternal atau iluminator lain yang tersedia. PESA adalah arsitektur antena dan distribusi RF yang dapat digunakan dalam radar pemancar aktif. Mencampuradukkan kedua arti ini akan menyebabkan persyaratan sistem yang salah.

Parameter Apa yang Menentukan Kinerja PESA?

Spesifikasi yang paling berguna adalah matriks kinerja berdasarkan frekuensi, sudut pemindaian, polarisasi, dan kondisi pengoperasian. Tabel di bawah ini mencantumkan item-item yang harus ditentukan sebelum membandingkan susunan antena atau meminta penawaran harga.

Mengapa Kinerja Berubah dengan Sudut Pemindaian?

Array bertahap biasanya paling kuat di dekat garis pandang utama, yaitu arah yang tegak lurus terhadap bukaan. Saat berkas diarahkan lebih jauh, bukaan yang diproyeksikan menjadi lebih kecil dalam arah pemindaian. Pola elemen juga dapat memberikan radiasi yang lebih sedikit pada sudut yang diperintahkan. Kesalahan umpan, kopling timbal balik, toleransi struktural, dan radome dapat menambah distorsi lebih lanjut.

Hasilnya dapat mencakup kehilangan pemindaian, lebar pancaran yang lebih luas, pergeseran sidelobe, polarisasi silang yang lebih tinggi, atau kesalahan penunjuk. Perubahan ini tidak dapat ditangkap oleh satu nilai penguatan boresight. Untuk susunan antena yang dimaksudkan untuk memindai ke sudut tertentu, mintalah data penguatan dan pola pada boresight, satu atau lebih sudut perantara, dan tepi sektor yang dibutuhkan. Ulangi pemeriksaan pada frekuensi operasi terendah, tengah, dan tertinggi.

Jarak antar elemen perlu mendapat perhatian khusus. Jika jaraknya terlalu besar relatif terhadap panjang gelombang dan sudut pemindaian, lobus kisi yang tidak diinginkan dapat memasuki wilayah tampak. Desain yang dapat diterima pada ujung bawah pita frekuensi mungkin berperilaku berbeda pada frekuensi tertinggi, di mana jarak fisik yang sama mewakili lebih banyak panjang gelombang.

Bagaimana Bandwidth dan Beam Squint Mempengaruhi PESA?

Banyak sistem PESA menggunakan penggeser fasa untuk menciptakan progresi fasa yang tepat pada frekuensi yang dipilih. Ketika frekuensi berubah, pengaturan fasa yang sama dapat mengarahkan berkas ke sudut yang berbeda. Pergeseran arah yang bergantung pada frekuensi ini umumnya disebut penyimpangan berkas (beam squint). Besarnya efek tersebut bergantung pada bandwidth, sudut pemindaian, arsitektur, dan jenis jaringan kontrol fasa.

Oleh karena itu, persyaratan pita lebar membutuhkan lebih dari sekadar pernyataan rentang frekuensi. Tanyakan tentang arah pancaran, penguatan, sidelobe, dan polarisasi terhadap frekuensi dan sudut pemindaian. Beberapa desain menggunakan elemen penundaan waktu sebenarnya, teknik sub-array, atau koreksi yang bergantung pada frekuensi untuk mengurangi penyimpangan pancaran, tetapi pilihan-pilihan tersebut menambah kerugian, kompleksitas, ukuran, dan persyaratan kalibrasi tersendiri.

Di Mana Kerugian Jaringan Pasokan Berpengaruh?

Pada PESA monostatik tipikal yang menggunakan aperture bersama, jaringan umpan berpartisipasi dalam jalur transmisi dan penerimaan. Pembagi daya, saluran transmisi, pandu gelombang, penggeser fasa, sakelar, dan transisi semuanya berkontribusi pada rugi penyisipan. Pada transmisi, rugi-rugi ini mengurangi daya yang dikirim ke aperture dan menghasilkan panas. Pada penerimaan, rugi-rugi sebelum penerima dapat mengurangi sensitivitas dan rentang dinamis efektif.

Nilai rugi daya harus dikaitkan dengan bidang referensi yang jelas. Nilai penguatan antena yang tercantum mungkin tidak termasuk kabel, sambungan putar, transisi pandu gelombang, jaringan kontrol fasa, atau radome yang ada dalam sistem yang terpasang. Selama penerimaan, bandingkan data terukur dengan konfigurasi dan bidang referensi yang sama yang digunakan dalam spesifikasi.

Apakah PESA berarti Satu Frekuensi atau Satu Target?

Delapan Pertanyaan yang Harus Diajukan Sebelum Mengintegrasikan Array PESA

1. Frekuensi operasi dan bandwidth sesaat apa yang harus didukung, dan nilai mana yang wajib di seluruh sektor pemindaian penuh?
2. Cakupan azimut dan elevasi apa yang dibutuhkan, dan apakah bukaan lengkapnya terpasang secara mekanis, berputar, atau diposisikan ulang dengan cara lain?
3. Batasan gain, EIRP, beamwidth, sidelobe, dan cross-polarization apa yang berlaku pada boresight dan pada sudut pemindaian maksimum?
4. Berapa daya puncak, daya rata-rata, lebar pulsa, dan siklus kerja yang harus ditangani oleh jaringan umpan dan apertur?
5. Di manakah bidang referensi daya pancar dan sensitivitas penerima, dan kerugian kabel, pandu gelombang, penggeser fasa, dan radome mana yang termasuk di dalamnya?
6. Bagaimana susunan antena akan dikalibrasi di seluruh frekuensi, suhu, dan sudut pemindaian, dan bagaimana pergeseran akan dideteksi setelah pemasangan?
7. Apa saja batasan konektor, pandu gelombang, pemasangan, radome, ukuran, berat, dan lingkungan yang berlaku untuk konfigurasi yang terpasang?
8. Pengukuran apa yang akan membuktikan penerimaan, dan apakah pengaturan pengujian akan mereproduksi polarisasi, frekuensi, daya, dan kondisi pemindaian operasional?

PESA dan AESA Menawarkan Pilihan Arsitektur yang Berbeda

PESA dan radar susunan pemindaian elektronik aktif (AESA) sama-sama menggunakan hubungan fase terkontrol untuk mengarahkan berkas. Perbedaan utama mereka terletak pada lokasi pembangkitan dan penerimaan RF aktif. PESA umumnya mengarahkan arsitektur pemancar dan penerima terpusat melalui jaringan umpan dan penggeser fase. AESA mendistribusikan banyak modul pemancar dan penerima aktif di seluruh apertur atau sub-array-nya. Implementasi pembentukan berkas—analog, hibrida, atau digital—merupakan dimensi desain yang terpisah dan tidak boleh dianggap sama dengan perbedaan PESA/AESA.

AESA dapat menawarkan redundansi yang lebih besar, fleksibilitas bentuk gelombang, dan penjadwalan multifungsi yang cepat, tetapi juga menciptakan persyaratan yang menuntut untuk distribusi daya, pendinginan, kalibrasi, dan kontrol modul. PESA dapat tetap praktis ketika arsitektur RF terpusat memenuhi persyaratan misi dan integrasi. Untuk perbandingan arsitektur yang lebih detail, baca publikasi RF MISO.Perbandingan radar AESA vs PESAPemilihan yang tepat harus didasarkan pada persyaratan yang terukur, bukan pada asumsi bahwa satu akronim selalu lebih baik.

Bagaimana Seharusnya Susunan PESA Diukur dan Diterima?

Pengujian penerimaan harus mereproduksi kondisi yang digunakan dalam spesifikasi kinerja. Minimal, dokumentasikan titik frekuensi, polarisasi, perintah pemindaian, tingkat daya, siklus kerja, status kalibrasi, kondisi radome, dan bidang referensi RF. Ukur atau verifikasi penguatan, lebar berkas, akurasi penunjuk, sidelobe, dan polarisasi silang pada sudut pemindaian yang representatif.

Jangkauan dan pengaturan yang dibutuhkan bergantung pada ukuran apertur, frekuensi, dan lensa objektif pengukuran. Metode medan jauh, jangkauan kompak, atau medan dekat mungkin sesuai. RF MISOkemampuan pengujian antenaJelaskan sumber daya pengukuran yang relevan, tetapi metode akhir dan anggaran ketidakpastian harus disepakati sebelum pengujian penerimaan dimulai.

Dukungan RF MISO untuk Evaluasi Antena Array

RF MISO adalah produsen antena RF dan gelombang mikro yang mendukung penelitian antena, pengukuran, dan integrasi sistem. RF MISO tidak menyajikan radar PESA lengkap sebagai produk antena standar. Diskusi teknik yang relevan dimulai dengan persyaratan bukaan antena, umpan, dan antarmuka yang dapat diverifikasi terhadap pita frekuensi, polarisasi, penguatan, lebar pancaran, dan bentuk mekanis yang telah ditentukan.

Para insinyur dapat meninjau RF MISO.produk antena arrayDanantena planarSebagai titik awal untuk diskusi komponen dan apertur. Produk standar yang tersedia tidak secara otomatis merupakan radar PESA, dan kesesuaiannya harus dikonfirmasi terhadap arsitektur sistem lengkap.

Untuk diskusi teknis awal, berikan pita operasi, lebar pita sesaat, polarisasi, penguatan yang dibutuhkan, sektor pemindaian, target sidelobe, daya puncak dan rata-rata, antarmuka RF, ukuran apertur, batasan pemasangan, kondisi lingkungan, dan harapan uji penerimaan. Informasi ini memungkinkan tim teknik untuk mengidentifikasi antena dan opsi pengujian mana yang memerlukan evaluasi lebih lanjut.

Send the project requirements to info@rf-miso.com or hubungi RF MISOmelalui situs web.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

PESA itu singkatan dari apa?

PESA adalah singkatan dari passive electronically scanned array (array pemindaian elektronik pasif). Sistem ini biasanya menggunakan arsitektur transmisi/penerimaan RF yang relatif terpusat, jaringan umpan, dan pergeseran fase terkontrol untuk mengarahkan pancaran sinyal melintasi bukaan antena.

Mengapa PESA disebut pasif jika ia mentransmisikan daya?

Istilah pasif menggambarkan tidak adanya modul pemancar dan penerima aktif lengkap pada setiap elemen antena. Radar tersebut masih menggunakan perangkat keras RF, kontrol, kalibrasi, dan pendinginan yang diberi daya.

Bisakah radar PESA melacak beberapa target sekaligus?

Hal itu bisa terjadi, tergantung pada penjadwalan pancaran, waktu kunjungan ulang, desain bentuk gelombang, saluran penerima, dan pemrosesan. Label PESA saja tidak menentukan kapasitas target.

Apakah PESA sama dengan antena susunan bertahap (phased array antenna)?

PESA adalah salah satu arsitektur RF phased-array, sedangkan phased array adalah konsep antena yang lebih luas. AESA adalah arsitektur RF lainnya. Beamforming analog, hybrid, dan digital menggambarkan bagaimana beamforming diimplementasikan dan membentuk dimensi klasifikasi terpisah, bukan alternatif yang setara dengan PESA atau AESA.

Data apa yang harus diperiksa pada sudut pemindaian maksimum?

Periksa penguatan atau kehilangan pemindaian, lebar berkas, akurasi penunjuk, sidelobe, polarisasi silang, dan perilaku impedansi pada frekuensi yang dibutuhkan dan konfigurasi terpasang.

Kapan PESA bisa menjadi pilihan praktis?

PESA dapat menjadi pilihan praktis ketika diperlukan pengarahan elektronik dan rantai RF terpusat dapat memenuhi persyaratan bandwidth, pemindaian, daya, keandalan, termal, dan pemeliharaan. Keputusan harus mengikuti pengukuran sistem dan batasan siklus hidup.