전자 스캔 배열 (Electronically Scanned Arrays) 에 맞춤화된 테스트

첫 번째 스캔된 위상 배열은 단일 송신기와 수신기를 모든 안테나 요소에 위상 천이기를 통해 연결하여 사용했습니다.

오늘날의 능동 전자 스캔 배열(AESA)은 많은 고체 상태 송수신 모듈(TRM)을 사용하며, 각각이 안테나 요소에 연결됩니다.

AESA를 TRM으로 재구성하는 것은 1980년대 반도체 기술의 발전을 통해 가능해졌으며, 여기에는 송신 전력 증폭을 위한 MESFET 및 JFET, 그리고 저잡음 수신 증폭을 위한 갈륨 비소(GaAs)가 포함됩니다. TRM의 크기, 비용, 그리고 전력 소비가 시간이 지남에 따라 줄어들어 미래 상업적 응용 프로그램에 대한 가능성을 열었습니다.

레이더 빔폭 대비 배열 크기 및 TRM 수

레이더 시스템 성능에 영향을 미치는 주요 요소 중 하나는 안테나의 빔폭입니다. TRM과 함께 사용되는 안테나 요소가 반파장 다이폴일 경우, 이는 전송된 에너지를 78도 빔폭으로 퍼뜨리며, 수신 시에도 유사한 성능을 나타냅니다.

이러한 넓은 빔폭은 항공기나 다른 객체의 대략적인 탐지에는 적합할 수 있지만, 빔폭 내의 다양한 "목표" 및 "잡음"으로부터 레이더 반환을 받게 되므로 원치 않는 항공기, 잎사귀, 기타 요소 등이 포함될 수 있습니다. 좁은 빔폭은 더 높은 성능에 유리합니다.

AESA의 크기를 늘리고 동시에 더 많은 TRM을 사용함으로써 좁은 빔폭과 더 높은 이득을 달성할 수 있습니다. 빔폭은 배열 크기에 반비례하며, 이득은 배열 크기에 정비례합니다.

결과적으로, TRM 수가 증가하는 큰 배열은 장거리에서 단일 목표를 식별하고 잡음의 영향을 거부할 수 있는 더 높은 성능을 제공합니다. 큰 배열이 더 높은 레이더 성능을 위해 원하는 것일 수 있지만, 사용 가능한 "실제 공간"의 제한과 여러 TRM(테스트 포함)의 총 비용으로 인해 크기에는 제한이 있음을 알 수 있습니다.

TRM의 정의 및 유형

TRM은 레이더 시스템에서 다양한 기능을 제공합니다:

• 송신기를 위한 고전력 증폭(HPA)
• 수신기를 위한 저잡음 증폭(LNA)
• 디지털 제어 위상 천이
• TRM 내 전력 수준을 설정하기 위한 디지털 제어 감쇠기는 아날로그 TRM의 고수준 블록 다이어그램을 보여줍니다.
• 아날로그 TRM은 RF 입출력 포트가 있어 VNA, VSG, VSA 등의 기존 계측기로 테스트할 수 있었습니다.
  디지털 TRM(DTRM)은 레이더 시스템에서 디지털 데이터를 받아 수신측에서 다시 디지털로 변환합니다. 종종 "직접 샘플링" 기법을 활용하여 수신 RF를 안테나 근처에서 디지털로 변환하고 DTRM에서 레이더 처리를 수행합니다.
  AESA에 DTRM을 구성하면 디지털 대비 아날로그 컨텐츠 감소로 모듈 무게와 크기가 줄어드는 이점이 있습니다. 그러나 DTRM 진화로 인해 "RF에서 비트까지" DTRM을 개발, 검증, 생산 테스트 단계에서 어떻게 테스트할지에 대한 새로운 과제가 발생했습니다.
  현대의 AESA는 많은 TRM을 사용하여 높은 성능과 좁은 빔폭, 높은 이득을 실현합니다. AESA의 각 TRM은 설계 시 성능을 검증하고 전장에서 성능을 보장하기 위해 개발, 검증, 생산 단계에서 테스트되어야 합니다.

TRM을 테스트하는 데 필요한 것은?

TRM이 처음 도입된 이래, 아날로그 TRM은 벡터 네트워크 분석기(VNA), 벡터 신호 생성기(VSG), 벡터 신호 분석기(VSA) 시스템을 사용하여 테스트되었습니다. DTRM 개발/검증/생산 주기의 단계에 따라, 이러한 각각의 기기는 테스트 목표를 지원하기 위해 다양한 수준의 측정 데이터를 추출하는 데 사용될 수 있습니다.

 

VNAs는 기본적으로 이득, 입력 매치, 출력 매치와 같은 소신호 S-파라미터 측정을 제공하며, 다양한 송수신 이득 및 위상 설정을 사용하여 TRM의 보정을 가능하게 합니다. CW 측정 외에도, 일부 VNAs는 100% 듀티 사이클에서 작동할 수 없는 전력 증폭기 내의 반도체 장치의 측정을 가능하게 하는 펄스 측정에 유용할 수 있습니다.

 

VSG와 VNA의 결합은 테스트의 일부 단계에서 필요한 추가 측정 기능을 제공합니다. 이 기기들은 테스트 엔지니어가 사용자 정의 파형으로 TRM을 자극하고 출력 신호를 측정할 수 있게 해줍니다. 이 기기들을 사용하면 잡음 지수(NF), 인접 채널 전력(ACP), 오류 벡터 크기(EVM), 3차 교차점(TOI), 전력 추가 효율(PAE) 등과 같은 다양한 잠재적 측정이 가능합니다.

 

 

DTRM은 더 이상 테스트를 위한 아날로그 입력/출력을 가지고 있지 않으므로, 전통적인 기기는 제한된 유용성을 가집니다