Airborne Mission System Channelization Bandwidth Pendekatan Desain RF Terintegrasi yang Dapat Dikonfigurasi Ulang
Dengan perkembangan mikroelektronika dan teknologi perangkat bandwidth yang mendorong digitalisasi ke depan, integrasi RF akan naik ke tingkat yang lebih tinggi dengan bandwidth yang lebih lebar dan pengurangan bertahap dalam hal volume, berat, dan biaya. Selain itu, perubahan revolusioner akan terjadi pada konfigurasi perangkat keras sistem dan struktur terintegrasi dan generalisasi perangkat keras akan menjadi tren yang tak terhindarkan. Melalui integrasi sistem misi udara dan desain miniaturisasi, antena dari semua sistem dapat diringkas atau direkonstruksi menjadi antena dengan jumlah yang rendah sesuai dengan pita frekuensi dan fungsinya. Selain itu, pemrosesan komprehensif dilakukan pada antena, sirkuit analog, sirkuit kontrol, sirkuit digital, dan jaringan koneksi sehingga sistem transceiver RF dapat dibuat dengan spektrum frekuensi yang luas, banyak saluran, dan adaptif diri. Tujuan dari RF terintegrasi terletak pada pengurangan biaya, berat dan volume sehingga pengguna akan menganggap biaya dapat diterima dengan kepraktisan dan keandalan juga naik. Berdasarkan eksperimen, terbukti bahwa MTBCF (Mean Time Between Critical Failures) dari sistem terintegrasi dapat ditingkatkan dua kali lipat melalui sarana komunitas, modul, berbagi sumber daya, testabilitas, dan rekonstruksi untuk mewujudkan objek yang dibahas di atas.
Analisis Desain RF Terintegrasi
Karena serangkaian keterbatasan real estat pada pelabuhan, berat, ruang dan catu daya, desain integrasi diterapkan oleh sistem misi udara untuk mengintegrasikan dan berbagi sumber daya dengan fungsi serupa. Akibatnya, ketika memastikan penerapan indeks fungsional sistem, tujuan akan diwujudkan termasuk bobot yang ringan, miniaturisasi dan konsumsi daya yang rendah agar sesuai dengan kebutuhan perakitan pesawat.
sebuah. Dari sudut keterbatasan sistem, antena pada semua sensor dan sistem transceiver bertanggung jawab atas sebagian besar keseluruhan sistem dalam hal konsumsi cahaya, real estat, dan daya, yang bertanggung jawab atas emisi sinyal dan persepsi sinyal. Untuk memenuhi semua tuntutan yang dibahas di atas, perlu dilakukan desain sistem RF terintegrasi:
b. Dari sudut kemampuan sistem, umpan balik yang cepat sesuai dengan tuntutan militer memerlukan fleksibilitas fungsional yang tinggi sehingga fungsi baru dapat ditambahkan dengan biaya rendah dalam waktu singkat untuk mencapai peningkatan sistem dan perluasan fungsi yang cepat.
c. Dari segi peningkatan konfigurasi peralatan, efektif untuk menerapkan desain terintegrasi, pengumpulan digital, dan berbagi informasi.
d. Dari sudut fleksibilitas platform, penerapan desain RF terintegrasi mengarahkan pembawa udara untuk memenuhi persyaratan tentang kemampuan beradaptasi perakitan melalui pengurangan berat dan energi. Selanjutnya, serangkaian masalah dapat diselesaikan dengan sukses seperti pemblokiran, interferensi elektromagnetik, dan peningkatan area refleksi sebagai akibat dari peningkatan akun antena.
Atribut RF Terintegrasi
Agar kompatibel dengan sumber daya yang terbatas pada platform dan memenuhi permintaan operasi militer, konfigurasi terbuka diterapkan dalam sistem misi udara dengan modul dasar yang berkontribusi pada keseluruhan sistem. Desain RF terintegrasi menggabungkan deteksi radar, deteksi pasif, rantai komunikasi/data, dan IFF (Identification Friend or Foe) sehingga perangkat elektronik terintegrasi dapat dihasilkan dengan menampilkan berbagai spektrum, berbagai cara, dan kemampuan beradaptasi sendiri.
Atribut RF terintegrasi meliputi:
sebuah. Konstruksi RF terbuka;
b. Perwujudan penuh digitalisasi, modularisasi, generalisasi dan standardisasi;
c. Mampu menjadi tangguh dan toleran terhadap kesalahan;
d. Kemampuan perkembangan sekunder;
e. Keandalan tinggi, akses ke dukungan, perluasan, bobot ringan dan biaya rendah, dll.
Elemen dalam Desain RF Terintegrasi
• Elemen Desain Integrasi Penerimaan Radio
Integrasi penerimaan radio mengacu pada proses bahwa sistem misi yang berbeda biasanya berbagi saluran input RF dan mencapai fungsi penerimaan sinyalnya sendiri. Fungsi saluran penerimaan menuntut agar sinyal RF yang diterima oleh antena penerima diperkuat, disaring, diubah frekuensinya, didigitalkan dan sinyalnya diproses sebelumnya dan menjadi keluaran ke prosesor inti terintegrasi untuk pemrosesan sinyal dan pemrosesan data. Salah satu sinyal mungkin memerlukan beberapa saluran penerimaan yang harus dioperasikan bersama dengan tuntutan kinerja termasuk pembagian jaringan serah terima, amplifikasi kebisingan rendah, penguatan saluran, AGC, rentang dinamis, bandwidth saluran, dan keseimbangan saluran.
Elemen berikut harus dipertimbangkan terkait integrasi penerimaan radio:
sebuah. Frekuensi operasi;
b. Bandwidth transien saluran penerimaan;
c. Dinamika transien sinyal penerimaan;
d. Sensitivitas sinyal penerimaan;
e. Bandwidth keluaran lebih besar dari bandwidth keseluruhan saat semua misi memegang saluran yang sama.
• Elemen Desain Integrasi Emisi RF
Integrasi emisi RF mendorong sistem misi yang berbeda untuk secara umum berbagi saluran keluaran RF untuk menyelesaikan fungsi emisi sinyal mereka sendiri. Saluran emisi menyediakan bentuk gelombang sinyal yang sesuai, modulasi, konversi frekuensi, amplifikasi drive, dan output daya yang akan dikirim ke antena. Performa utamanya terletak pada bentuk gelombang sinyal, stabilitas sinyal, penguatan saluran, jangkauan dinamis, daya keluaran, dan kemurnian spektrum keluaran.
Elemen berikut harus dipertimbangkan terkait integrasi emisi RF:
sebuah. Frekuensi operasi;
b. Bandwidth transien saluran emisi;
c. SFDR (Spurious Free Dynamic Range) dari sinyal yang dipancarkan;
d. Frekuensi sinyal yang dipancarkan;
e. Bentuk gelombang sinyal keluaran.
Elemen yang disebutkan di atas harus dipastikan dengan emisi RF terintegrasi. Berbeda dengan integrasi penerimaan radio yang mampu menerima sinyal secara bersamaan, masih terdapat beberapa masalah pada emisi waktu yang sama, terutama terjadi pada bentuk gelombang bandwidth. Masalah utamanya terletak pada fakta bahwa emisi bersama multi-sumber meninggalkan tuntutan yang tinggi pada linearitas penguat daya.
Metode Desain RF Terintegrasi
• Metode Desain Integrasi Aperture Antena
Antena terintegrasi atau susunan antena adalah komponen fisik utama yang berkontribusi pada sistem misi udara dan mengimplementasikan konversi antara energi RF listrik ruang angkasa dan energi RF listrik frekuensi tinggi oleh subsistem. Sesuai dengan kebutuhan dalam hal domain udara, domain frekuensi, domain waktu dan domain modulasi, beserta sifat-sifatnya pada fungsi, mode operasi, rentang frekuensi operasi, meliputi domain udara, periode operasi, mode modulasi, polarisasi dan kemampuan beradaptasi di udara, segala macam antena harus terintegrasi dan teknologi canggih dari desain antena saat ini harus diterapkan sebanyak mungkin seperti bandwidth super, konformal, miniaturisasi, bukaan umum dan rekonstruksi. Target desain yang optimal harus mencapai indeks, volume, berat dan biaya dan semua jenis antena harus menerima desain terintegrasi dengan fungsi dan frekuensinya yang dioptimalkan dirilis untuk akhirnya mengintegrasikan aperture antena.
sebuah. Desain tipe terintegrasi. Dengan persyaratan seperti frekuensi operasi, cakupan domain udara dan polarisasi, antena dengan bandwidth tinggi, efisiensi tinggi dan gain tinggi harus diterapkan dan antena atau susunan antena harus menerima desain yang seragam dengan klasifikasi antena yang disederhanakan.
b. Desain bukaan terintegrasi. Dengan terpenuhinya permintaan kinerja antena, desain bukaan umum harus dilakukan pada antena atau susunan antena sebanyak mungkin dengan target desain yang dioptimalkan pada biaya, volume, dan berat. Berdasarkan pertimbangan frekuensi operasi antena, posisi perakitan, ukuran ruang &jangkauan cakupan dan hasil diskusi mendasar, desain bukaan umum diterapkan pada antena dengan posisi perakitan serupa sehingga beberapa antena atau susunan antena diatur pada bukaan yang sama untuk mengurangi ruang perakitan antena dan meningkatkan efisiensi penggunaan apertur.
c. Desain berbagi antena. Ketika datang ke antena dengan persyaratan indeks yang sama dalam hal frekuensi operasi, jenis polarisasi, penguatan dan ruang penutup, desain berbagi antena dilakukan melalui pergantian sakelar, penggabung sinyal atau pembagi dan aplikasi pembagian waktu untuk meminimalkan akun antena .
• Desain integrasi ujung depan RF
Berdasarkan teknologi perangkat bandwidth berdaya tinggi, Teknologi Mikrosistem, MEMS (sistem mekanik elektro mikro) dan teknologi terdistribusi, sistem standar RF terintegrasi dibuat melalui desain generalisasi, digitalisasi, dan modularisasi. Selain itu, saluran transceiver RF umum dan platform perangkat keras diatur sehingga saluran sistem RF dapat kompatibel dengan semua spektrum, dapat direkonstruksi, didigitalkan, dan disistematisasikan secara mikro.
Menurut persyaratan pengembangan umum sistem misi udara dan definisi strukturalnya, bersama dengan prinsip-prinsip desain terintegrasi, metode desain integrasi ujung depan RF berisi aspek-aspek berikut:
a. saluran RF. Kebijaksanaan dan dedikasi setiap subsistem fungsional harus dipatahkan dan semua sistem RF menerima desain kanalisasi sehingga membuat saluran transceiver RF menjadi kompatibel dengan semua spektrum dan secara umum terintegrasi.
b. Modularisasi sumber daya. Semua sumber daya perangkat keras dirancang melalui rangka bidang, bidang belakang, dan modul yang kompatibel dengan standar untuk mencapai catu daya perakitan yang seragam dan disipasi termal modul sumber daya perangkat keras.
c. Generalisasi modul. Modul sumber daya publik ujung depan RF melalui desain generalisasi, termasuk modul catu daya, modul penerimaan, dan modul sakelar dan desain generalisasi secara bertahap diimplementasikan pada modul pra-pemrosesan multi-fungsi. Di satu sisi, desain generalisasi modul membantu mengurangi klasifikasi sumber daya. Di sisi lain, dasar didirikan untuk fungsi backup dan rekonstruksi.
d. Standarisasi antarmuka. Bus standar diterapkan di ujung depan RF dan jaringan sensor diakses melalui modul antarmuka umum yang dirancang seragam. Standarisasi antarmuka mampu secara efektif mengurangi jenis dan jumlah bus sistem, bermanfaat untuk interkoneksi antar sistem.
e. Penyatuan manajemen sumber daya. Modul antarmuka umum di ujung depan RF secara seragam menerima dan menganalisis permintaan administrasi sumber daya dari prosesor inti dan mengirimkannya ke modul prapemrosesan yang sesuai dan modul lain dengan administrasi seragam pada ujung depan RF selesai.
Metode Desain Modularisasi
Bagian sensor milik sistem misi udara, termasuk sirkuit analog di ujung depan RF dan sirkuit digital di ujung belakang RF, menerapkan struktur sistem terbuka dan menggunakan modul perangkat keras standar dengan fungsi yang berbeda dan beberapa jenis yang berisi modul ujung depan RF, modul penerimaan umum, modul pra-pemrosesan, modul pemrosesan sinyal, modul emisi multi-frekuensi, modul modulator multi-fungsi, unit antarmuka antena, dan susunan sakelar matriks. Modul-modul tersebut dapat digabungkan secara dinamis berdasarkan tuntutan fungsi RF sensor untuk mewujudkan fungsi sensor yang berbeda. Mereka dapat dirancang dan diproduksi berdasarkan dimensi standar struktural yang ketat dan seragam serta dipasang dan digunakan pada kerangka pemasangan standar.
Unit antarmuka antena melengkapi fungsi sakelar pengubah RF, yang bertanggung jawab untuk mengirim sinyal RF yang diterima oleh antena ke modul ujung depan RF. Terhubung dengan modul pemancar multi-frekuensi, unit antarmuka antena mentransmisikan sinyal RF yang siap dipancarkan ke antena yang sesuai. Unit antarmuka antena mampu menyelesaikan konflik yang mungkin terjadi saat sinyal transceiver berbagi antena.
Modul penerimaan ujung depan RF mengubah sinyal RF menjadi frekuensi menengah standar dan sakelar frekuensi menengah mentransmisikan output sinyal frekuensi menengah oleh modul penerimaan ujung depan RF ke modul penerimaan umum, sinyal modulasi frekuensi menengah yang dihasilkan oleh modulator multi-fungsi ke modul emitor yang sesuai. Sakelar frekuensi menengah bertanggung jawab untuk menyelesaikan konflik yang mungkin terjadi ketika sinyal frekuensi menengah transceiver berbagi modul penerimaan umum dan modul modulator multi-fungsi.
Sinyal frekuensi menengah ditransmisikan ke preprosesor sinyal setelah diproses oleh modul penerimaan umum termasuk penyaringan band-pass, konversi A/D, dan DDC (Digital Down Conversion). Praprosesor sinyal melakukan pemfilteran yang sesuai pada sinyal setelah digitalisasi modul penerimaan umum dengan transformasi fase sinyal pita dasar, penangkapan pulsa, dan penyebaran digital selesai. Selain itu, ia juga berbagi bagian dari pekerjaan pemrosesan prosesor sinyal dan sinyal digital setelah pra-pemrosesan ditransmisikan ke modul pemrosesan sinyal. Dalam proses emisi, preprocessor sinyal mengirimkan sinyal baseband ke modulator multi-fungsi setelah menerapkan spektrum penyebaran digital dan pembentukan pulsa.
Modul pemrosesan sinyal bertanggung jawab atas pemrosesan sinyal dari semua fungsi sensor, termasuk demodulasi, keseimbangan adaptif saluran, pengodean dan dekode koreksi kesalahan, serta enkripsi dan dekripsi.
Metode Desain Penyaluran
Karena beberapa saluran bekerja bersama atau secara independen di ujung depan RF terintegrasi dan bentuk gelombang sinyal tertentu sedang diproses, semua sumber daya modul perangkat keras dapat digabungkan bersama dalam jaringan konversi digital untuk membuat utas perangkat keras yang mendukung pemrosesan bentuk gelombang sinyal. Ujung depan RF terintegrasi mampu mendukung beberapa utas perangkat keras yang dapat bekerja secara seragam atau independen sesuai dengan strategi pemindaian antena atau prosedur pemrosesan sinyal. Hasilnya, ujung depan RF sistem mampu memproses banyak sinyal dengan berbagai fungsi yang dicapai berdasarkan permintaan pemrosesan informasi sistem. Saluran redundan masih tersedia di saluran RF, tuning dan frekuensi menengah sehingga semua saluran dipertahankan sebagai cadangan satu sama lain untuk meningkatkan keandalan sistem. Jika ada yang salah dengan beberapa saluran sinyal yang gagal sepenuhnya mendukung pemrosesan paralel beberapa sinyal, rangkaian pemrosesan paralel atau pembagian waktu yang berbeda dapat dibentuk sesuai dengan mode kerja sistem dan prioritas pemrosesan sinyal.
Seperti ditunjukkan pada Gambar 1, banyak saluran paralel dari beberapa sinyal tersedia di ujung depan RF, yang dapat dialihkan atau bekerja secara paralel melalui kontrol sistem. Saluran penerimaan tuning mengekstrak semua jenis sinyal yang relatif murni yang kemudian masuk ke frekuensi menengah melalui konversi frekuensi. Semua sinyal dapat secara wajar dibagi menjadi beberapa saluran frekuensi menengah publik dengan metode pembagian frekuensi atau pembagian waktu dan diproses dalam penerima digital multi-fungsi setelah pemilihan dan kombinasi oleh susunan sakelar. Sistem ini menerapkan integrator frekuensi terintegrasi dengan sifat pita lebar, frekuensi multi-titik, kelincahan cepat, dan keluaran kombinasi.
Metode Desain Mikrosistemisasi
Microsystems mengintegrasikan komponen seperti sensor, sirkuit pembacaan, prosesor sinyal digital, AD/DA, komponen transceiver dan catu daya dalam jangkauan mikrometer sehingga volume dan konsumsi daya dapat dikurangi secara drastis dari sistem dan konfigurasi. Konfigurasi mikrosistem, perangkat, dan komponen saluran transceiver RF dengan penerapan teknologi 3S (Sop, Sip, Soc) mengarah pada pengembangan kunci pita frekuensi lebar.
Teknologi Terdepan
• Teknologi Desain Sistem Terintegrasi
Teknologi desain sistem yang terintegrasi memainkan peran potensial dalam mencapai integrasi sistem misi, memanfaatkan semua jenis efisiensi perangkat elektronik dan memastikan kemampuan militer terintegrasi. Berpusat pada perspektif sistem, integrasi harus diterapkan pada komposisi, konstruksi, fungsi dan metode interkoneksinya sehingga desain integrasi sistem misi dapat dioptimalkan. Sesuai dengan misi militer dan persyaratan misi, desain integrasi sistem misi bertanggung jawab untuk mendefinisikan, menganalisis, merancang, menguji, dan mengevaluasi seluruh sistem sehingga mendorong sistem misi agar kompatibel dengan permintaan misi dalam hal fungsi, kinerja, keandalan, pemeliharaan, daya dukung dan biaya siklus hidup. Perancang sistem harus berpartisipasi dalam perencanaan dan penelitian sesuai dengan industri yang sesuai, proyek lama dan mendasar.
• Teknologi Desain Konstruksi Sistem Terbuka
Konstruksi sistem terbuka bermanfaat untuk pembentukan sistem terdistribusi memberikan kemudahan untuk interkoneksi dan interoperasi antara perangkat keras dari pabrikan yang berbeda, komputer dengan nomor tipe yang bervariasi atau lainnya. It is convenient for hardware and software transplantation and enhancement and expansion of system functions. Also, it helps shrinking research and development period as it supports system's volatile scale.
The key to the implementation of open system construction lies in all kinds of standard interface manufacturing and conformability so that the same standard and regulations can be followed by different product development and manufacturing unit. Apart from hardware, software is also involved in open system construction, still playing a significant role in software open system, reusability and volatile scale. Furthermore, it is regarded as an important measure to reduce system life-cycle cost and development period. A new version of integrated mission system software should conform to uniform standard and regulations and some properties of software, including reusability, standardization, intellectualization, transplantation and reliability should be included among characteristic parameters of representational software technology.
• Antenna Aperture Integrity Design Technology
As an essential part of airborne mission system, antenna or antenna array is in charge of emitting and receiving numerous radio signals. Due to a large number of system compositions, demands rise towards antenna types and amount and different demands are available in terms of operating frequency range, polarization mode, gains and covering air space. Furthermore, due to the limitation of airborne platform space and install positions of antenna, system antenna layout becomes rough, leaving a stringent demand for antenna account reduction.
To lower difficulty of system antenna layout, antenna or antenna array integrity design should be carried out after demands are met on antenna in compatible with functions. All antennas should be integrated and shared to make them front end of sharing sensors so that antenna aperture can be applied in an integrating way. Moreover, to ensure the EMC (Electromagnetic Compatibility) between functions as the system is working, optimized design should be taken on antenna layout in the system to minimize the effect on antenna performance and mutual effect between antennas.
• CIP Technology
CIP with a high-level integration in the system combines multiple advanced technologies and lots of computing, processing, control and administration functions are completed within it. CIP is responsible for integrated processing, data fusion, mission computing, video information generation, navigation computing, store management, electronic backup and defense management, communication management, system control and failure monitoring, inspection and reconstruction of sensor input data. Lots of significant characteristics of a new version of mission system are involved in CIP that technically makes the best use of properties of common module, parallel processing system and distributed real-time operating system, processes resources with sharing core and improves performance and reliability to meet demands of airborne processing capability and fast development of computing capability.
• Broadband Configurable RF Channel Digitalization Technology
Airborne mission system covers a wide frequency range, numerous types of signal modulation methods and signal formats and signal levels with wide differences. Devices in traditional hardware density communication system feature a complicated interconnection relation, high cost, a high level of upgrading transferring difficulty and difficult interconnection between systems. Therefore, it's necessary to depend on software radio and RF sampling technology, to push digitalization forward and to reduce RF front end processing channel and to increase function re-usage of digital signal processing at rear end in order to solve some integration issues concerning multiple functions, wide range of frequency and multiple modulation methods of the system. Plus, application of modular hardware and software brings convenience to system design and the introduction of new technologies so that performance will be improved, cost and time reduced.
Helpful Resources:
• Setbacks and Solutions in RF PCB Design
• Flyback Power Module Circuit Design for RFID Reader
• Guidelines for RF and Microwave PCB Design
• Full Feature PCB Manufacturing Service from PCBCart - Multiple Value-added options
• Advanced PCB Assembly Service from PCBCart - Start from 1 piece
