AntennenBild 3: Digitale
AntennenBild 3: Digitale Funktionen des ADAR3000/ADAR3001SkalierbarkeitNicht alle Nutzlastantennen sindausschließlich 4-Strahl-Designs.Je nach Konstellation und Missionist eine höhere Strahlanzahlerforderlich. Die Strahlanzahl istoft ein Vielfaches von 4, sodasses wichtig ist, eine Lösung von 4Strahlen auf 8, 16 oder 32 Strahlenskalieren zu können. DieBeamformer von ADI lassen sichleicht skalieren, um eine höhereAnzahl von Strahlen sowie eineunterschiedliche Menge von Elementenzu bewältigen. Bild 2zeigt ein Beispiel für ein Arraymit 16 Strahlen/16 Elementen.Genutzt wird eine Blade-Konstruktion,bei der jedes Bladeaus Beamforming-ICs mit vierKanälen besteht. In diesem Beispielbetrachten wir die Sendeantenne,aber man kann dies auchumkehren, um die Empfangsantennemit dem entsprechendenEmpfangs-Beamforming-IC zuunterstützen. Jedes Blade unterstütztvier Elemente. Für 16 Elementewerden vier Blades benötigt.Jeder Strahl muss an jedemBlade vorhanden sein, sodassjeder Strahl in vier Teile aufgeteiltund dann zu jedem Bladegeleitet werden muss. Die Strahlen0 bis 3 steuern dann einender Beamforming-ICs an, dieStrahlen 4 bis 7 den zweiten,die Strahlen 8 bis 11 den drittenund schließlich die Strahlen 12bis 15 den vierten. Der Ausgangjedes Beamforming-ICs repräsentiertdie Elemente 0 bis 3 aufdem Array, wobei jeder Beamformerjeden Strahl entsprechendder gegebenen Position des Elementsim Array gewichtet. Dajeder ADAR3000 die Strahlenfür die Elemente 0 bis 3 ausgibt,müssen die Ausgänge kombiniertwerden, um sicherzustellen,dass alle 16 Strahlen an jedemElement vorhanden sind. DasGleiche gilt für die Elemente1, 2 und 3. Vor dem Ansteuernder Elemente sollten Entwicklerinnenund Entwickler dengeeigneten Leistungsverstärkerauswählen, um die EIRP- undVerjüngungsanforderungen derAntenne zu erfüllen.Diese Konstruktion kann leichtskaliert werden, um mehr oderweniger Strahlen und Elementezu unterstützen. Durch die Erhöhungder Anzahl der Platten isteine größere Anzahl von Elementenproblemlos möglich.Durch Hinzufügen oder Verringernder Anzahl der Beamforming-ICskann der Entwicklerdie Anzahl der erforderlichenStrahlen anpassen.Digitale FunktionenNeben Größe und Leistung sinddigitale Steuerung und Funktionalitätwichtig, um Größe,Gewicht und Leistung (Size,Weight and Power, SWaP) in derNutzlast zu minimieren. Anforderungenwie das Beam-Hoppingmüssen einfach und schnellausgeführt werden können. Umdie Strahlsteuerung so nah wiemöglich an den Elementen zuunterstützen, ist ein hochentwickelterdigitaler Abschnitt indem Beamforming-IC integriert.Hier ist anzumerken, dass jedesGerät über vier Adressleitungenverfügt, sodass ein einzelnerSPI-Bus mit bis zu 16 Beamformerskommunizieren kann, wasdie Anzahl der SPI-Leitungenminimiert und das Array-Designvereinfacht. Jeder Strahl wirdunabhängig gesteuert und verfügtüber einen eigenen Speicher.RAM und FIFO verfügen überihre eigenen Zustandsautomaten,welche die darin gespeichertenStrahlzustände durchlaufen(Bild 3). Der RAM kann bis zu64 Strahlzustände speichern undder FIFO bis zu 16.Diese Funktionen unterstützendas Beam-Hopping und Raster-Scannen der Antenne. Bei Verwendungdes RAM mit demSequenzer können 64 Strahlzuständepro Strahl programmiertwerden. Mit dem Sequenzerist es möglich, die Strahlzuständein jeder erforderlichenvorgeschriebenen Reihenfolgezu laden. Ebenso können bei Verwendungdes FIFO die Strahlzuständenach dem Laden in FIFO-Reihenfolge geladen werden.Hier muss man beachten, dassbei Verwendung des internenSpeichers die Strahlaktualisierungensehr schnell erfolgen.Die Antwortzeit eines einzelnenVAP-Kanals beträgt <10ns. Die minimale Zeit zwischenzwei Aktualisierungen liegt bei<50 ns.Wilkinson-Splitter/CombinerWie bereits erwähnt, bieten dasDesign des Beamformer-ICsund der höhere Integrationsgradinnerhalb eines Gehäuses erheblicheSWaP-Vorteile. Ebensomuss die Design-Entscheidungdes zwischen den Beamforming-ICs verschachtelten Power-Combiners/Splittersfür SWaP-Kompromisseoptimiert werden. DaPower Combiner/Splitter vorden gleichen Design-Herausforderungenstehen, wie z.B.minimale Leiterplattenflächeaufgrund enger Gitterabstandsgrenzen,sind geringe Größeund optimierte Leiterplattenführungfür die Systemleistung undSignalintegrität von entscheidenderBedeutung.Combiner/Splitter für PhasedArrays sind meist passiv. DasWärme-Management für einaktives Phased-Array ist angesichtsder sehr geringen Größeund des Formfaktors sowie derhohen Leistungsfähigkeit einebeträchtliche technische Herausforderung.Um die thermischenAnforderungen des Phased-Array-Systems nicht weiter zubelasten, ist der Combiner/Splitterpassiv.Wichtige Leistungsmerkmale beiCombiner/Splitter sind Bandbreite,Portanpassung, Isolation,minimale parasitäre Verluste undBelastbarkeit. Durch die Anpassungder Ports wird die Symmetrieaufrechterhalten, bei der sichdie Eingangsleistung gleichmäßigauf alle Ausgangsports verteiltund die Phasendifferenzzwischen den Ausgangsportsminimiert wird. Die in Phased-Array-Systemen am häufigsten20 hf-praxis 6/2025
UP TO 110 GHzHigh-FrequencySolutionsAmplifiers & Modules for mmWave ApplicationsWAVEGUIDE AMPLIFIERS• Bandwidths from 40 to 110 GHz• Low noise, high gain & medium power options• WR10, WR12, WR15 & WR15 interfaces• Ideal for TRP & TIS over-the-air testingCONNECTORIZED AMPLIFIERS• Bandwidths from 50 kHz to 95 GHz• 2.92, 2.4, 1.85 & 1.0mm connector options• Gain up to 45 dB• NF as low as 1.7 dB• Power up to 1WVARIABLE GAIN AMPLIFIERS• Bandwidths from 18 to 54 GHz• Gain up to 50 dB• Calibrated 17 dB attenuation with analog or TTL control• PSAT up to +1W• Interactive GUI with telemetryDISTRIBUTORS
