Dengan perkembangan teknologi mikroelektronik dan peranti jalur lebar yang memacu pendigitalan, integrasi RF akan meningkat ke tahap yang lebih tinggi dengan jalur lebar yang lebih luas serta pengurangan beransur-ansur dari segi isipadu, berat dan kos. Selain itu, perubahan revolusioner akan berlaku pada konfigurasi perkakasan sistem dan struktur bersepadu, dan penggeneralisasian perkakasan akan menjadi satu trend yang tidak dapat dielakkan. Melalui integrasi sistem misi udara dan reka bentuk peminiaturan, antena daripada semua sistem boleh diringkaskan atau dibina semula menjadi bilangan antena yang kecil mengikut jalur frekuensi dan fungsi. Di samping itu, pemprosesan menyeluruh dilakukan ke atas antena, litar analog, litar kawalan, litar digital dan rangkaian sambungan supaya satu sistem pemancar-penerima RF dapat diwujudkan dengan spektrum frekuensi yang luas, berbilang saluran dan kebolehsuaian kendiri. Tujuan RF bersepadu adalah untuk mengurangkan kos, berat dan isipadu supaya pengguna menganggap kosnya boleh diterima, di samping meningkatkan lagi keberpraktisan dan kebolehpercayaan. Berdasarkan eksperimen, telah dibuktikan bahawa MTBCF (Mean Time Between Critical Failures) bagi sistem bersepadu boleh ditingkatkan sebanyak dua kali ganda melalui kaedah komuniti, pemodulan, perkongsian sumber, kebolehujian dan pembinaan semula untuk merealisasikan objektif yang dibincangkan di atas.
Analisis Reka Bentuk RF Bersepadu
Disebabkan oleh beberapa siri had hartanah pada port, berat, ruang dan bekalan kuasa, reka bentuk bersepadu digunakan oleh sistem misi udara untuk menyepadukan dan berkongsi sumber dengan fungsi yang serupa. Hasilnya, sambil memastikan pelaksanaan indeks fungsi sistem, matlamat seperti pengurangan berat, peminiaturan dan penggunaan kuasa yang rendah dapat dicapai agar serasi dengan keperluan pemasangan pesawat.
a.Dari sudut had sistem, antena pada semua penderia dan sistem transceiver merangkumi sebahagian besar keseluruhan sistem dari segi ringan, ruang fizikal dan penggunaan kuasa, bertanggungjawab untuk pemancaran dan pengesanan isyarat. Untuk memenuhi semua keperluan yang dibincangkan di atas, adalah perlu untuk menjalankan reka bentuk sistem RF bersepadu:
b.Dari sudut keupayaan sistem, maklum balas pantas selaras dengan keperluan ketenteraan memerlukan fleksibiliti fungsi yang begitu tinggi sehingga fungsi baharu boleh ditambah dengan kos yang rendah dalam tempoh masa yang singkat untuk mencapai penaiktarafan sistem yang cepat dan pengembangan fungsi.
c.Dari sudut penambahbaikan konfigurasi peralatan, melaksanakan reka bentuk bersepadu, pengumpulan digital dan perkongsian maklumat adalah berkesan.
d.Dari sudut pandang fleksibiliti platform, penggunaan reka bentuk RF bersepadu membolehkan pembawa udara memenuhi keperluan berkaitan kebolehsuaian pemasangan melalui pengurangan berat dan pembekalan tenaga. Selain itu, satu siri isu dapat diselesaikan dengan berkesan seperti penghalangan, gangguan elektromagnet dan peningkatan kawasan pantulan yang berpunca daripada pertambahan bilangan antena.
Atribut RF Bersepadu
Untuk menyesuaikan diri dengan sumber daya terhad pada platform dan memenuhi keperluan operasi ketenteraan, satu konfigurasi terbuka digunakan dalam sistem misi udara dengan modul asas yang menyumbang kepada keseluruhan sistem. Reka bentuk RF bersepadu menggabungkan pengesanan radar, pengesanan pasif, komunikasi/rantaian data dan IFF (Identification Friend or Foe) supaya satu peranti elektronik bersepadu dapat dihasilkan yang menampilkan pelbagai spektrum, pelbagai kaedah dan kebolehsuaian kendiri.
Atribut RF bersepadu termasuk:
a.Pembinaan RF terbuka;
b.Perwujudan sepenuhnya pendigitalan, pemodularan, penggeneralan dan penyeragaman;
c.Mampu menjadi teguh dan toleran terhadap ralat;
d.Keupayaan pembangunan sekunder;
e.Kebolehpercayaan tinggi, akses kepada sokongan, kebolehkembangan, ringan dan kos rendah dan lain-lain.
Elemen dalam Reka Bentuk RF Bersepadu
• Elemen Reka Bentuk Integrasi Penerimaan Radio
Integrasi penerimaan radio merujuk kepada proses di mana sistem misi yang berbeza berkongsi saluran input RF secara bersama dan mencapai fungsi penerimaan isyarat masing-masing. Fungsi saluran penerimaan menuntut supaya isyarat RF yang diterima oleh antena penerimaan diperkuat, ditapis, ditukar frekuensi, didigitalkan dan dipra-proses isyarat serta dikeluarkan ke pemproses teras bersepadu untuk pemprosesan isyarat dan pemprosesan data. Salah satu isyarat mungkin memerlukan berbilang saluran penerimaan yang perlu dikendalikan bersama dengan keperluan prestasi termasuk perkongsian penyerahan rangkaian, penguatan hingar rendah, keuntungan saluran, AGC, julat dinamik, lebar jalur saluran dan keseimbangan saluran.
Elemen-elemen berikut harus diambil kira berkenaan dengan integrasi penerimaan radio:
a.Frekuensi operasi;
b.Lebar jalur sementara saluran penerimaan;
c.Dinamik sementara isyarat penerimaan;
d.Kepekaan isyarat penerimaan;
e.Lebar jalur keluaran lebih besar daripada lebar jalur keseluruhan apabila semua misi menggunakan saluran yang sama.
• Elemen Reka Bentuk Integrasi Pancaran RF
Integrasi pancaran RF mendorong pelbagai sistem misi untuk berkongsi saluran keluaran RF secara bersama bagi melengkapkan fungsi pancaran isyarat masing-masing. Saluran pancaran menyediakan bentuk gelombang isyarat yang sepadan, modulasi, penukaran frekuensi, penguatan pemacu dan keluaran kuasa yang akan dihantar ke antena. Prestasi utamanya terletak pada bentuk gelombang isyarat, kestabilan isyarat, keuntungan saluran, julat dinamik, kuasa keluaran dan ketulenan spektrum keluaran.
Elemen-elemen berikut harus diambil kira berkenaan dengan integrasi pancaran RF:
a.Frekuensi operasi
b.Lebar jalur sementara saluran pancaran;
c.SFDR (Julat Dinamik Bebas Palsu) bagi isyarat yang dipancarkan;
d.Kekerapan isyarat yang dipancarkan;
e.Gelombang isyarat keluaran.
Elemen yang disebutkan di atas harus dipastikan melalui pancaran RF bersepadu. Berbeza daripada penyepaduan penerimaan radio yang mampu menerima isyarat pada masa yang sama, beberapa isu masih wujud pada pancaran serentak, yang khususnya berlaku pada bentuk gelombang jalur lebar. Isu utama terletak pada hakikat bahawa pancaran biasa berbilang sumber meletakkan tuntutan tinggi terhadap lineariti penguat kuasa.
Kaedah Reka Bentuk RF Bersepadu
• Kaedah Reka Bentuk Integrasi Bukaan Antena
Antena bersepadu atau tatasusunan antena ialah komponen fizikal utama yang menyumbang kepada sistem misi udara dan melaksanakan penukaran antara tenaga RF elektrik ruang dan tenaga RF elektrik frekuensi tinggi melalui subsistem. Mengikut keperluan dari segi domain udara, domain frekuensi, domain masa dan domain modulasi, bersama-sama dengan sifatnya dari segi fungsi, mod operasi, julat frekuensi operasi, liputan domain udara, tempoh operasi, mod modulasi, polarisasi dan kebolehsuaian di udara, semua jenis antena hendaklah disepadukan dan teknologi terkini reka bentuk antena hendaklah digunakan sebanyak mungkin seperti jalur lebar super, bentuk sepadan (conformal), pengecilan saiz, apertur sepunya dan pembinaan semula. Sasaran reka bentuk optimum hendaklah dicapai sekitar indeks, isipadu, berat dan kos dan semua jenis antena hendaklah menerima reka bentuk bersepadu dengan fungsi dan frekuensi dioptimumkan serta dilepaskan bagi akhirnya menyepadukan apertur antena.
a. Reka bentuk jenis bersepadu. Dengan mengambil kira keperluan seperti frekuensi operasi, liputan domain udara dan polarisasi, antena dengan jalur lebar yang tinggi, kecekapan yang tinggi dan keuntungan yang tinggi harus digunakan dan antena atau susunan antena harus menerima reka bentuk yang seragam dengan pengelasan antena yang dipermudahkan.
b. Reka bentuk bukaan bersepadu. Dengan memenuhi keperluan terhadap prestasi antena, reka bentuk apertur sepunya hendaklah dilaksanakan pada antena atau tatasusunan antena sebanyak mungkin dengan sasaran reka bentuk yang dioptimumkan dari segi kos, isipadu dan berat. Berdasarkan pertimbangan terhadap frekuensi operasi antena, kedudukan pemasangan, saiz ruang dan julat liputan serta hasil perbincangan asas, reka bentuk apertur sepunya dilaksanakan pada antena dengan kedudukan pemasangan yang serupa supaya berbilang antena atau tatasusunan antena disusun pada apertur yang sama untuk mengurangkan ruang pemasangan antena dan meningkatkan kecekapan penggunaan apertur.
c. Reka bentuk perkongsian antena. Apabila melibatkan antena dengan keperluan indeks yang serupa dari segi frekuensi operasi, jenis polarisasi, keuntungan dan ruang liputan, reka bentuk perkongsian antena dilaksanakan melalui pertukaran suis, penggabung atau pembahagi isyarat serta aplikasi perkongsian masa bagi meminimumkan bilangan antena.
• Reka bentuk integrasi bahagian hadapan RF
Berdasarkan teknologi peranti jalur lebar berkuasa tinggi, Teknologi Mikrosistem, MEMS (sistem mikro elektro mekanikal) dan teknologi teragih, satu sistem piawaian RF bersepadu dibangunkan melalui reka bentuk penggeneralisasian, pendigitalan dan pemodulan. Selain itu, saluran pemancar-penerima RF umum dan platform perkakasan diwujudkan supaya saluran sistem RF boleh serasi dengan semua spektrum, boleh dibina semula, didigitalkan dan dimikrosistemkan.
Menurut keperluan pembangunan umum sistem misi udara dan takrif strukturnya, bersama dengan prinsip reka bentuk bersepadu, kaedah reka bentuk integrasi bahagian hadapan RF merangkumi aspek-aspek berikut:
a. Pengkanalan RFKeterpisahan dan pengkhususan setiap subsistem fungsi harus dihapuskan dan semua sistem RF menerima reka bentuk pengkanalan supaya saluran pemancar dan penerima RF menjadi serasi dengan semua spektrum dan disepadukan secara menyeluruh.
b. Pemodularan sumber. Semua sumber perkakasan direka melalui rangka satah, papan belakang dan modul yang serasi dengan piawaian bagi mencapai bekalan kuasa pemasangan yang seragam dan pelesapan haba modul sumber perkakasan.
c. Penggeneralisasian modul. Modul sumber awam bahagian hadapan RF menjalani reka bentuk penggeneralisasian, termasuk modul bekalan kuasa, modul penerimaan dan modul suis, dan reka bentuk penggeneralisasian secara beransur-ansur dilaksanakan pada modul prapemprosesan pelbagai fungsi. Di satu pihak, reka bentuk penggeneralisasian modul membantu mengurangkan pengelasan sumber. Di pihak lain, asas diwujudkan untuk sandaran dan pembinaan semula fungsi.
d. Penyeragaman antara muka. Bas bas digunakan dalam bahagian hadapan RF dan rangkaian penderia diakses melalui modul antara muka umum yang direka secara seragam. Penyeragaman antara muka dapat mengurangkan jenis dan bilangan bas sistem dengan berkesan, yang bermanfaat untuk saling hubungan antara sistem.
e. Penyatuan pengurusan sumber. Modul antara muka umum pada bahagian hadapan RF menerima dan menganalisis permintaan pentadbiran sumber daripada pemproses teras secara seragam dan menghantarnya ke modul prapemprosesan yang sepadan serta modul lain dengan pentadbiran seragam pada bahagian hadapan RF yang telah disiapkan.
Kaedah Reka Bentuk Pemodularan
Bahagian penderia yang tergolong dalam sistem misi udara, termasuk litar analog pada bahagian hadapan RF dan litar digital pada bahagian belakang RF, menggunakan struktur sistem terbuka dan menggunakan modul perkakasan piawai dengan fungsi berbeza dan jenis yang sedikit yang merangkumi modul bahagian hadapan RF, modul penerimaan umum, modul pra-pemprosesan, modul pemprosesan isyarat, modul pemancaran berbilang frekuensi, modul pemodul berbilang fungsi, unit antara muka antena dan susunan suis matriks. Modul-modul ini boleh digabungkan secara dinamik berdasarkan keperluan terhadap fungsi RF penderia untuk merealisasikan fungsi penderia yang berbeza. Modul-modul ini boleh direka bentuk dan dihasilkan berdasarkan dimensi piawai struktur yang ketat dan seragam serta dipasang dan digunakan pada rangka pemasangan piawai.
Unit antara muka antena melengkapkan fungsi suis pertukaran RF, bertanggungjawab untuk menghantar isyarat RF yang diterima oleh antena ke modul bahagian hadapan RF. Disambungkan dengan modul pemancar pelbagai frekuensi, unit antara muka antena menghantar isyarat RF yang sedia untuk dipancarkan ke antena yang sepadan. Unit antara muka antena berupaya menyelesaikan konflik yang mungkin berlaku apabila isyarat pemancar dan penerima berkongsi antena.
Modul penerimaan bahagian hadapan RF menukar isyarat RF kepada frekuensi pertengahan piawai dan suis frekuensi pertengahan menghantar isyarat frekuensi pertengahan yang dikeluarkan oleh modul penerimaan bahagian hadapan RF ke modul penerimaan umum, isyarat modulasi frekuensi pertengahan yang dijana oleh pemodulat pelbagai fungsi ke modul pemancar yang sepadan. Suis frekuensi pertengahan bertanggungjawab menyelesaikan konflik yang mungkin timbul apabila isyarat frekuensi pertengahan penghantar-penerima berkongsi modul penerimaan umum dan modul pemodulat pelbagai fungsi.
Isyarat frekuensi sederhana dihantar ke pendahulu isyarat selepas ia diproses oleh modul penerimaan am termasuk penapisan jalur laluan, penukaran A/D dan DDC (Penukaran Turun Digital). Pendahulu isyarat menjalankan penapisan sepadan ke atas isyarat selepas pendigitalan modul penerimaan am dengan transformasi fasa isyarat jalur asas, penangkapan denyut dan penyebaran semula digital disiapkan. Selain itu, ia juga berkongsi sebahagian kerja pemprosesan pemproses isyarat dan isyarat digital selepas prapemprosesan dihantar ke modul pemprosesan isyarat. Dalam proses pemancaran, pendahulu isyarat menghantar isyarat jalur asas ke pemodulat pelbagai fungsi selepas melaksanakan spektrum tersebar digital dan pembentukan denyut.
Modul pemprosesan isyarat bertanggungjawab untuk pemprosesan isyarat bagi semua fungsi penderia, termasuk nyahmodulasi, imbangan saluran penyesuaian kendiri, pengekodan dan penyahkodan pembetulan ralat serta penyulitan dan penyahsulitan.
Kaedah Reka Bentuk Pengkanalan
Memandangkan berbilang saluran berfungsi bersama atau secara bebas pada bahagian hadapan RF bersepadu dan sesuatu bentuk gelombang isyarat sedang diproses, semua sumber modul perkakasan boleh digabungkan dalam rangkaian penukaran digital untuk mewujudkan satu benang perkakasan yang menyokong pemprosesan bentuk gelombang isyarat. Bahagian hadapan RF bersepadu berupaya menyokong berbilang benang perkakasan yang boleh berfungsi secara seragam atau bebas selaras dengan strategi pengimbasan antena atau prosedur pemprosesan isyarat. Hasilnya, bahagian hadapan RF sistem berupaya memproses berbilang isyarat dengan pelbagai fungsi yang dicapai berdasarkan keperluan pemprosesan maklumat sistem. Saluran berlebihan masih tersedia dalam saluran RF, penalaan dan frekuensi pertengahan supaya semua saluran dikekalkan sebagai sandaran antara satu sama lain untuk meningkatkan kebolehpercayaan sistem. Jika terdapat masalah pada beberapa saluran isyarat yang gagal menyokong sepenuhnya pemprosesan selari berbilang isyarat, benang pemprosesan selari atau perkongsian masa yang berbeza boleh dibentuk mengikut mod kerja sistem dan keutamaan pemprosesan isyarat.
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, terdapat banyak saluran selari bagi pelbagai isyarat yang tersedia dalam bahagian hadapan RF, yang boleh ditukar atau berfungsi secara selari melalui kawalan sistem. Saluran penerimaan penalaan mengekstrak semua jenis isyarat yang agak tulen yang kemudiannya jatuh ke dalam frekuensi pertengahan melalui penukaran frekuensi. Semua isyarat boleh dibahagikan secara munasabah kepada beberapa saluran frekuensi pertengahan awam dengan kaedah perkongsian frekuensi atau perkongsian masa dan diproses dalam penerima digital pelbagai fungsi selepas pemilihan dan penggabungan oleh susunan suis. Sistem ini menggunakan pengintegrasi frekuensi bersepadu dengan ciri jalur lebar, frekuensi berbilang titik, ketangkasan pantas dan keluaran gabungan.
Kaedah Reka Bentuk Pemikrosistem
Mikrosistem mengintegrasikan komponen seperti penderia, litar pembacaan, pemproses isyarat digital, AD/DA, komponen pemancar-penerima dan bekalan kuasa dalam julat mikrometer supaya isipadu dan penggunaan kuasa sistem serta konfigurasi dapat dikurangkan dengan ketara. Konfigurasi mikrosistem saluran pemancar-penerima RF, peranti dan komponen dengan aplikasi teknologi 3S (Sop, Sip, Soc) membawa kepada pembangunan utama jalur frekuensi lebar.
Teknologi Terkemuka
• Teknologi Reka Bentuk Bersepadu Sistem
Teknologi reka bentuk bersepadu sistem memainkan peranan berpotensi dalam mencapai integrasi sistem misi, memanfaatkan sepenuhnya kecekapan pelbagai jenis peranti elektronik dan memastikan keupayaan ketenteraan bersepadu. Dengan menumpukan pada perspektif sistem, integrasi perlu dilaksanakan pada komposisi, pembinaan, fungsi dan kaedah saling hubungan supaya reka bentuk integrasi sistem misi dapat dioptimumkan. Selaras dengan misi ketenteraan dan keperluan misi, reka bentuk integrasi sistem misi bertanggungjawab untuk mentakrif, menganalisis, mereka bentuk, menguji dan menilai keseluruhan sistem bagi mendorong sistem misi agar serasi dengan keperluan misi dari segi fungsi, prestasi, kebolehpercayaan, penyelenggaraan, kebolehsokongan dan kos kitar hayat. Pereka bentuk sistem hendaklah mengambil bahagian dalam perancangan dan penyelidikan selaras dengan projek yang mematuhi piawaian industri, berjangka panjang dan asas.
• Teknologi Reka Bentuk Pembinaan Sistem Terbuka
Pembinaan sistem terbuka bermanfaat untuk pembentukan sistem teragih dan memudahkan penyambungan serta pengoperasian bersama antara perkakasan daripada pengeluar yang berbeza, komputer dengan nombor jenis yang pelbagai atau lain-lain. Ia memudahkan pemindahan dan penyesuaian perkakasan dan perisian serta penambahbaikan dan pengembangan fungsi sistem. Selain itu, ia membantu memendekkan tempoh penyelidikan dan pembangunan kerana ia menyokong skala sistem yang mudah berubah.
Kunci kepada pelaksanaan pembinaan sistem terbuka terletak pada semua jenis pembuatan antara muka piawai dan keseragaman supaya piawaian dan peraturan yang sama dapat dipatuhi oleh unit pembangunan dan pembuatan produk yang berbeza. Selain daripada perkakasan, perisian juga terlibat dalam pembinaan sistem terbuka, yang masih memainkan peranan penting dalam sistem terbuka perisian, kebolehgunaan semula dan skala yang mudah berubah. Tambahan pula, ia dianggap sebagai langkah penting untuk mengurangkan kos kitar hayat sistem dan tempoh pembangunan. Versi baharu perisian sistem misi bersepadu hendaklah mematuhi piawaian dan peraturan seragam dan beberapa sifat perisian, termasuk kebolehgunaan semula, pemiawaian, pengintelektualan, pemindahan dan kebolehpercayaan hendaklah dimasukkan dalam kalangan parameter ciri teknologi perisian perwakilan.
• Teknologi Reka Bentuk Integriti Apertur Antena
Sebagai bahagian penting dalam sistem misi udara, antena atau susunan antena bertanggungjawab untuk memancarkan dan menerima sejumlah besar isyarat radio. Disebabkan oleh bilangan komposisi sistem yang besar, permintaan terhadap jenis dan jumlah antena meningkat dan pelbagai keperluan wujud dari segi julat frekuensi operasi, mod polarisasi, keuntungan serta liputan ruang udara. Selain itu, disebabkan oleh kekangan ruang platform udara dan kedudukan pemasangan antena, susun atur antena sistem menjadi tidak ideal, sekali gus mewujudkan keperluan yang ketat untuk pengurangan bilangan antena.
Untuk mengurangkan kesukaran susun atur antena sistem, reka bentuk integriti antena atau tatasusunan antena hendaklah dijalankan selepas keperluan terhadap antena dipenuhi selaras dengan fungsi. Semua antena hendaklah diintegrasikan dan dikongsi untuk menjadikannya bahagian hadapan penderia kongsi supaya apertur antena dapat digunakan secara bersepadu. Selain itu, bagi memastikan EMC (Keserasian Elektromagnet) antara fungsi ketika sistem beroperasi, reka bentuk susun atur antena dalam sistem hendaklah dioptimumkan untuk meminimumkan kesan ke atas prestasi antena dan kesan saling mempengaruhi antara antena.
• Teknologi CIP
CIP dengan integrasi peringkat tinggi dalam sistem menggabungkan pelbagai teknologi termaju dan banyak fungsi pengkomputeran, pemprosesan, kawalan serta pentadbiran disiapkan di dalamnya. CIP bertanggungjawab untuk pemprosesan bersepadu, pelakuran data, pengkomputeran misi, penjanaan maklumat video, pengkomputeran navigasi, pengurusan stor, sandaran elektronik dan pengurusan pertahanan, pengurusan komunikasi, kawalan sistem dan pemantauan kegagalan, pemeriksaan dan pembinaan semula data input penderia. Banyak ciri penting versi baharu sistem misi terlibat dalam CIP yang dari segi teknikal memanfaatkan sepenuhnya sifat modul umum, sistem pemprosesan selari dan sistem pengendalian masa nyata teragih, memproses sumber dengan teras perkongsian dan menambah baik prestasi serta kebolehpercayaan untuk memenuhi keperluan keupayaan pemprosesan udara dan pembangunan pesat keupayaan pengkomputeran.
• Teknologi Pendigitalan Saluran RF Boleh Dikonfigur Lebar Jalur
Sistem misi udara merangkumi julat frekuensi yang luas, pelbagai jenis kaedah modulasi isyarat serta format isyarat dan aras isyarat dengan perbezaan yang besar. Peranti dalam sistem komunikasi ketumpatan perkakasan tradisional mempunyai hubungan saling penyambungan yang rumit, kos yang tinggi, tahap kesukaran pemindahan naik taraf yang tinggi dan kesukaran penyambungan antara sistem. Oleh itu, adalah perlu untuk bergantung pada teknologi radio perisian dan pensampelan RF, untuk memacu pendigitalan dan mengurangkan saluran pemprosesan bahagian hadapan RF serta meningkatkan penggunaan semula fungsi pemprosesan isyarat digital di bahagian belakang bagi menyelesaikan beberapa isu integrasi yang berkaitan dengan pelbagai fungsi, julat frekuensi yang luas dan pelbagai kaedah modulasi sistem. Di samping itu, penggunaan perkakasan dan perisian modular memudahkan reka bentuk sistem dan pengenalan teknologi baharu supaya prestasi dapat dipertingkatkan, kos dan masa dapat dikurangkan.
