El conjunto de antenas en fase activa ( AFAR ) es un conjunto de antenas en fase en el que la dirección de la radiación y (o) la forma del patrón de radiación se controlan cambiando la distribución de amplitud-fase de las corrientes o campos de excitación en elementos radiantes activos individuales [1] .
Un conjunto de antenas activas en fase consta de elementos radiantes activos (o grupos estructuralmente combinados de tales elementos - módulos multicanal), cada uno de los cuales consta de un elemento radiante y un dispositivo activo ( módulo transceptor , PPM). El módulo transceptor regula al menos la fase inicial de la portadora de la señal de radio que pasa a través del elemento radiante activo (para la exploración del haz eléctrico), y también amplifica la señal de radio transmitida y (o) recibida por este elemento. Los PPM más complejos pueden ajustar la amplitud de la señal de radio, realizar la conversión de radiofrecuencia y también generar (moldear) la señal de radio, convertirla de analógica a digital y (o) de digital a analógica. Para una operación coordinada conjunta, todos los módulos transceptores AFAR deben estar conectados a través de un distribuidor (un circuito que distribuye la señal de radio del excitador sobre el PPM en el modo de transmisión y recoge las señales de radio de las salidas del PPM al receptor de radio en el modo de recepción), y el funcionamiento de todos los PPM debe estar sincronizado. Además de los elementos radiantes, PPM y distribuidor, APAA contiene un sistema de alimentación (fuentes de alimentación secundarias para alimentar el PPM), un sistema de refrigeración (para eliminar el calor generado durante el funcionamiento del PPM), un sistema de control (circuitos de control para la distribución amplitud-fase y modos de funcionamiento del PPM y su estado de diagnóstico), así como la base sobre la que se fijan los componentes del APAA.
A diferencia de AFAR, PAR pasivo no contiene dispositivos activos. Por ejemplo, en un sistema de transmisión equipado con una matriz en fase pasiva, se genera una señal de radio y se amplifica a la potencia requerida en un solo transmisor de radio para todo el sistema, después de lo cual se distribuye (y se divide la potencia de la señal de radio) entre los elementos radiantes. Por el contrario, en la matriz en fase activa de transmisión no hay un solo amplificador de salida potente: los amplificadores menos potentes están ubicados en cada uno de sus módulos.
En una matriz pasiva ordinaria, un transmisor con una potencia de varios kilovatios alimenta varios cientos de elementos, cada uno de los cuales irradia solo una parte de esta potencia (decenas de vatios). Sin embargo, la potencia de un emisor de transistor de microondas moderno también puede ser de decenas de vatios, y en un radar con AFAR, varios cientos de estos módulos, cada uno con una potencia de decenas de vatios, crean un haz principal generalmente potente de varios kilovatios.
Con un resultado idéntico, los arreglos activos son mucho más confiables: la falla de un elemento receptor-transmisor del arreglo solo distorsiona el patrón de la antena, empeorando un poco las características del localizador, pero en general permanece operativo. La falla catastrófica del tubo transmisor, que es un problema con los radares convencionales , simplemente no puede ocurrir. Un beneficio adicional es el ahorro de peso: no hay una lámpara grande de alta potencia, un sistema de enfriamiento asociado ni una fuente de alimentación masiva de alto voltaje.
Otra característica típica de los arreglos activos es la capacidad de controlar la ganancia de los módulos transceptores individuales. En este caso, el rango de ángulos de deflexión del haz aumenta significativamente; como resultado, muchas de las limitaciones de la geometría de las redes pasivas pueden evitarse.
La tecnología APAA tiene dos problemas clave: disipación de energía y costo.
Debido a las deficiencias de los amplificadores de transistores de microondas y los circuitos integrados monolíticos (MWMIS) , la eficiencia del transmisor del módulo suele ser inferior al 45 %. Como resultado, APAA genera una gran cantidad de calor, que debe disiparse para evitar que los chips del transmisor se derritan: la confiabilidad de los MMIC de microondas de arseniuro de galio aumenta a bajas temperaturas de funcionamiento. El enfriamiento por aire tradicional utilizado en computadoras y aviónica convencionales no es adecuado para empaques de alta densidad, por lo que los AFAR modernos se enfrían con líquido (los diseños estadounidenses usan un refrigerante de polialfaolefina similar al fluido hidráulico sintético). Un sistema de refrigeración líquida típico utiliza bombas que introducen refrigerante a través de canales en la antena y luego lo descargan a un intercambiador de calor ; puede ser un enfriador de aire ( radiador ) o un intercambiador de calor en el tanque de combustible (con un segundo circuito para reducir el calentamiento). del contenido del depósito de combustible).
Comparado con un radar de combate convencional enfriado por aire, un radar AFAR es más confiable, sin embargo, consume más electricidad y requiere un enfriamiento más intensivo. Pero AFAR puede proporcionar mucha más potencia de transmisión, lo que es necesario para un mayor rango de detección de objetivos (sin embargo, aumentar la potencia de transmisión tiene el efecto secundario de aumentar la traza a lo largo de la cual la inteligencia de radio enemiga o SPO puede detectar el radar).
Para un radar de combate, que normalmente requiere de 1000 a 1800 módulos, el costo de AFAR se vuelve inaceptable si los módulos cuestan más de cien dólares cada uno. Los primeros módulos costaron aproximadamente 2 mil dólares, lo que no permitió el uso masivo de AFAR. Sin embargo, el costo de dichos módulos con el desarrollo de la tecnología está disminuyendo constantemente, ya que el costo de desarrollo y producción de MIC de microondas está disminuyendo constantemente.
A pesar de las desventajas, los arreglos en fase activos son superiores a las antenas de radar convencionales en casi todos los sentidos, proporcionando una mayor capacidad de seguimiento y confiabilidad, aunque con un aumento en la complejidad y posiblemente en el costo.
El módulo transceptor es la base del canal de procesamiento de señales espaciales en AFAR.
Incluye un elemento activo, un amplificador, que hace que este dispositivo sea electrodinámicamente no recíproco. Por lo tanto, para permitir que el dispositivo funcione tanto para la recepción como para la transmisión, separa los canales de transmisión y recepción. La separación se realiza mediante un conmutador o un circulador .
El canal de recepción incluye los siguientes dispositivos:
La composición del canal de transmisión es similar a la composición del canal de recepción. La diferencia radica en la ausencia de un dispositivo de protección y menores requisitos de ruido para el amplificador. Sin embargo, el amplificador de transmisión debe tener más potencia de salida que el amplificador de recepción.