Antenne Attive SELEX Sistemi Integrati

Antenne Attive
SELEX Sistemi Integrati
Stefano Mosca/Mario Teglia- 16 Maggio 2012
Contenuto
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Selex - Sistemi Integrati
Evoluzione delle Architetture
Antenne passive a riflettore
Antenne passive ad array
Antenne passive a phased array
Antenne attive per radar 3D
Antenne attive per radar a scansione volumetrica
Le antenne Attive: Discipline e Laboratori
Il Test delle antenne
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SELEX Sistemi Integrati:
Posizione sul Mercato e Strategia Prodotto
Leader mondiale consolidato nei Sensori Radar Terrestri e Navali
Presenza chiave a livello globale nell’Integrazione di Sistemi di Difesa
Navale di Combattimento, Sistemi C4I, di Difesa Aerea, Sistemi di
Controllo del Traffico Aereo
Presenza a livello mondiale nei Grandi Sistemi per la Sicurezza
e Difesa del Territorio
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SELEX Sistemi Integrati: la storia
Aeritalia
Alenia
Sindel
GEMATRONIK
ASI
Alenia difesa
100% Finmeccanica
Selenia
AMS
Microlambda
Raytheon
GEC Marconi
ITF
CaRS
BAE
VEGA Group
SELEX Galileo *
Elsag Datamat **
Sistemi Software Integrati S.p.A
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2005
2010
* Attività per la “Sensoristica di Superficie”
** Attività per la “Elettronica per la Difesa e Ambiente”
SELEX Sistemi Integrati S.p.A.
SELEX Systems Integration Inc.
SELEX Systems Integration Ltd
VEGA Consulting Services Ltd
SELEX Systems Integration GmbH
Sistemi Software Integrati S.p.A.
Evoluzione Sistemi nel mondo
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Sistemi Radar
I sistemi RADAR (RAdio Detection And
Ranging) hanno bisogno di una notevole
direttività. A tal fine utilizzano dei sistemi
di antenna Phased Array, realizzati
mediante strutture regolari di elementi
radianti ognuno dei quali alimentato da
uno sfasatore: mediante l’opportuna fase
relativa tra gli elementi e possibile fare in
modo che l’energia elettromagnetica si
orienti in una determinata direzione e sia
soppressa in altre non desiderate.
Qualora gli elementi radianti siano
alimentanti in antenna da moduli T/R si
parla di Active Array
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Reflector
Array
‘90
RF
2000
RF
RF
Tx
Process
Transceiver
IF
Active Array
Rx
Dispay
Tx
Process Dispay
>2010
I ,Q
Dispay Process
Antenne passive a riflettore
primo fuoco
Feed
Riflettore
Apertura
equivalente
offset
main
aux
Antenna G14
Antenna passiva ad array
RF Power input
ALE 3x5
ALE 3x5
RADAR 3D
Azimuth, distanza e la 3a.
dimensione: l’altezza
RADAR 3D: Monopulse
90
°
∆θ
-90°
0°
θp
Antenna passiva phased array (per radar 3-D)
6
1
5
2
4
3
Phase
Shifters
3
4
2
5
1
6
RF IN-OUT
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RAT-31SL
Scansione nel volume: Radar multifunzionale
EMPAR (European Multifunction Phased Array Radar)
Radar multifunzionale:
In base a ciò che si deve sorvegliare in un radar multifunzionale è possibile
cambiare tempi di illuminazione e forme d’onda ed a seguito di quanto viene
osservato in un radar multifunzionale è possibile cambiare i volumi ed i modi di
copertura e di tracciamento del radar.
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Attività radar multifunzionale
Own
Missiles
Tracking
IFF
Hig
Diver
Tracking
Burnthrough
(SSJ)
Acquisition
on External
Designation
UpUp-Link
Message
Transmission
Tracking on
External
Designated
Targets
Tracking
Automatic
Frequency
Selection
& Jammer Map
Maintenance
Surface
Jamming
Horizontal
Search
Surface
Tracking
Clutter Map
Maintenance
)
(Sea, Rain, Land
16.05.2012
Low Altitude
Tracking
(Sea Skimmers
& Helicopters)
EMPAR: European Multifunction Phased Array Radar
Antenna AESA (Active Electronically Scanned Array) per
radar 3D
Ampl.
Attenuator
Phase shifter
LNA
TR modules
sfasatori
RF exciter
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FADR (Fixed Air Defense Radar)
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Architettura
Tx/Rx row
42
41
-
Boost
42
41
29
28
Upper Front Assy
-
Boost
Central Front Assy
-
Boost
Tx/Rx row
2
15
14
2
1
Lower Front Assy
1
Rear Module
12
51 52
Top view
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Architettura RAT
Controllo
ampiezza
HPA
Sfasatore
Generatore
forme d’onda
Timing control
Filter
Beamformer
LNA
Modulo TX/RX
I moduli
sostituiscono il
trasmettitore TWT.
Controllo
ampiezza
Sfasatore
Oscillatore
Locale
Ricevitore
ADC
Display
Console
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Elaboratore
I/Q
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Riga orizzontale
Stripline sospesa in FR4 caricata con Foam
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Antenna AESA (Active Electronically Scanned
Array) a scansione volumetrica
Ampl.
Att
Phase
shifter
LNA
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AESA
• Vantaggi:
–
–
–
–
Potenza distribuita->graceful degradation
Minori perdite
Minore potenza in antenna
Antenna riconfigurabile
• Svantaggi:
– Maggiore complessità in antenna
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KRONOS
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MFRA
16.05.2012
Antenne attive: Problemi e scelte architetturali
•
•
•
•
•
Tile o brick
Dimensioni e forme subarray
Architettura controlli
Progetto elemento radiante
Scelta del numero di facce (antenna rotante o fissa)
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Architettura antenna attiva
BRICK
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BRICK
TILE
Componenti Tile – Pannello radiante
•
Pannello radiante compatto, sottile, leggero, conformabile, modulare e scalabile per
realizzare antenne a basso profilo di varie forme e dimensioni per impieghi Ultra
WideBand (UWB).
•
Flessibilità in termini di Growing Capability: si presta alla evoluzione verso le
Smart o Digital Antennas
Patches
Dielectric layers
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Concetto di subarray
Dimensionamento subarray
Configurazioni di subarray
analizzate sono:
1.Subarray contigui di forma
rettangolare unica tipologia
2.Subarray contigui di forma
rettangolare di dimensioni
diverse
3.Subarray contigui di forma
irregolari unica tipologia
4.Subarray sovrapposti di
forma rettangolare
Più i subarray sono piccoli più è accurata la sintesi del fronte di fase
16.05.2012
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Esempio di beamforming con subarray
2
5
IDEALE
CON SUB-ARRAY
0
IDEALE
CON SUB-ARRAY
0
-2
-5
-6
amp [dB]
amp [dB]
-4
-8
-10
-15
-10
-20
-12
-25
-14
-16
0
10
20
30
40
50
60
-30
70
elem#
PATTERN SOMMA (0.7)
0
20
30
40
elem#
PATTERN
DELTA (0.7)
50
60
70
-10
-10
-15
-15
-20
-20
-25
-25
-30
-30
-35
-35
-40
-40
-45
-45
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
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0
u
0.1
0.2
0.3
0.4
IDEALE
CON SUB-ARRAY
-5
amp [dB]
amp [dB]
10
0
IDEALE
CON SUB-ARRAY
-5
-50
-0.5
0
0.5
-50
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
u
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Architettura per Antenna Control
•
Vantaggi:
Semplicità di sviluppo
Facilità di manutenzione e modifica
Approccio Concentrato
AC
•
Approccio Distribuito
Limiti:
Capacità di calcolo
Complessità interconnessione attuatori
Banda di comunicazione attuatori
Aggiornamento fascio lento
Vantaggi:
Elevata “Graceful degradation”
Aggiornamento fascio rapido
Banda di comunicazione attuatori
Limiti:
Costo ricorrente elevato
Modifiche difficili da attuare
Supervisione e Monitor
•
Approccio Misto
Legenda
Attuatore
Controllo
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Progettazione elemento radiante:
accoppiamento mutuo e Blind spot
0
-2
-4
dB
-6
-8
-10
-12
-14
-16
0
10
20
30
40
50
deg
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60
70
80
90
Scelta del numero di facce: Albero integrato
System
Manager
…ieri
ancora oggi …
Sistema di
Combattimento
Signaland Data
processing
Antenne separate necessarie per le diverse funzioni (Radar, Guerra Elettronica
(GE), Comunicazioni (COM)) rappresentano un limite di operatività e costo del
sistema.
La localizzazione delle antenne nell’albero integrato è il primo passo nella
direzione della razionalizzazione
Discipline necessarie per progettare antenne attive
Progettazione RF
Elettromagnetismo: Analisi e
modellazione
Meccanica,
Elettromeccanica,
Idraulica,
Termica
Circuiti digitali
Sistemi operativi
ed Applicativi
Software
Circuiti analogici
Sistemistica
Tecnologie plastiche
Fotoniche
Microelettronica
Integrazione e Collaudo
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Progettazione
GaAs
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Laboratori necessari per progettare/realizzare antenne attive
Laboratorio RF
Sala di modellazione
elettromagnetica
Rapid Prototyping
Meccanico
Camera
Pulita
Laboratorio
Antenne
Camera
Anecoica
Laboratorio
Tecnologie
Plastiche
Area Integrazione
e Collaudo
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Fonderia
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Il Test delle Antenne Attive
FAR FIELD
NEAR FIELD
Nessun Inquinamento elettromagnetico
Possibilità di misura indipendente dalle
condizioni metereologiche
Condizioni operative confortevoli
Nessuna necessità di movimento dell’antenna
Misure molto accurate e non affette
dall’ambiente (riflessione, diffrazione)
Sistema in Camera Anecoica
Stessi vantaggi delle misure in Camera
Anecoica
Possibilità di test del sistema integrato con
riduzione dei costi associati
Generazione di scenari complessi mediante
Target ed Environment Generator
Alta reiezione ai disturbi intenzionali o Jammer
Evita limiti legati alle dimensioni dell’antenna
Capacità di diagnostica
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La Camera Anecoica
Una Camera Anecoica è una struttura tale
che il campo elettromagnetico (EM) al suo
interno è schermato da campi EM generati
all'esterno di essa,mediante il rivestimento
con materiale ad alto assorbimento (di
solito materiali polimerici modellati in
maniera cuneiforme)
Gli stessi materiali riducono la possibilità di
riflessioni EM all’interno della struttura
stessa
Un Near Field Antennas Test Range è un
sistema completamente automatico per il
collaudo e la diagnostica di antenne,
generalmente controllato in Temperatura,
Umidità e Vibrazioni
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La Tecnica del Test (Near Field vs Far Field)
Pattern di radiazione
Matrice di Illuminazione
NF-FF
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Planar near field
setup
x
Planar Near-Field Scan
Trasformer
z
y
Antenna
Under Test
Predicted field
Probe + Positioner
Planar scanning types:
Raster (Planar)
Starburst
(Planar-Polar)
Conclusioni
Grazie per l’attenzione
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SELEX Sistemi Integrati S.p.A
Via Tiburtina, Km 12.400
00131 - Roma, Italia
T +39 06 41501