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レーダーと通信システムは、ミリ波周波数で信号範囲を拡張します| MITニュース

MITリンカーン研究所のチームは、ミリ波（MMWaveまたはMMW）周波数でさまざまな距離を見ることができるシステムである広帯層選択伝播レーダー（WISPR）を構築および実証しました。通常、30〜300ギガヘルツ（GHz）の範囲のこれらの高周波数は、短距離操作のみに使用されます。それぞれ多くのアンテナ要素の送信と受信の電子的にスキャンされた配列を使用して、WISPRは、関心のあるオブジェクトを検出するためにエリアの周りをすばやくスキャンできる狭いビームを生成します。狭いビームは、通信のためにより広いビームに操作することもできます。「レーダーと通信機能のためにこれらの周波数で長距離で動作するのに十分な感度を持つシステムを構築することは困難です」と、グレッグ・ライオンズは言います。 空中レーダーシステムおよびテクニックグループ、リンカーン研究所の一部 ISRシステムとテクノロジー R＆Dエリア。 「私たちのグループには多くのレーダーの専門家がいます。私たちは皆、そのようなシステムが実現可能かどうかを議論しました。商業部門では多くの革新が起こっており、この多機能システムを開発するためにそれらの進歩を活用しました。」MMWaveで利用可能な高信号帯域幅により、これらの周波数は魅力的になります。利用可能なライセンス周波数はすぐに過負荷になり、MMWave周波数を利用すると、かなりの帯域幅が解放され、システム間の干渉が減少します。高い信号帯域幅は、より多くの情報を送信するための通信システムと、範囲解像度を改善するためのレーダーシステムで役立ちます（つまり、レーダーの同じ角方向のオブジェクトを区別する能力がレーダーとは異なる距離で）。成功のためのフェーズ2019年、研究室チームは、MMWaveレーダーの概念の実現可能性を評価するために着手しました。無線波を送信および受信するチップである商用外の無線周波数統合回路（RFICS）を使用して、ホーンアンテナで固定ビームシステム（一方向ではなく、スキャンではなく凝視することができる）を構築しました。合同基地ケープコッドでの霧の日のデモンストレーション中、概念実証システムは、前例のない範囲でキャリブレーションオブジェクトを正常に検出しました。 「最終的に非常に複雑なシステムになるもののプロトタイプをどのように構築しますか？」 Airborne Radar Systems and Techniques GroupのアシスタントリーダーであるChristopher Serinoプログラムマネージャーに尋ねます。 「この実現可能性テストから、このようなシステムが実際に機能する可能性があることを示し、テクノロジーの課題を特定しました。これらの課題には革新的なソリューションが必要であることを知っていたため、最初の努力に焦点を当てました。」WISPRは、マルチエレメントアンテナアレイに基づいています。レーダーまたは通信機能を提供するかどうかにかかわらず、配列は段階的になります。つまり、各アンテナ要素間の位相が調整されます。この調整により、すべてのフェーズが追加され、狭いビームを目的の方向に操縦します。この複数の要素の段階的な構成により、アンテナは1つの場所へのエネルギーを送信および受信する際の指示になります。 （このようなフェーズドアレイは、5Gスマートフォン、ベースステーション、衛星などのテクノロジーで遍在しています。）小さなビームをオブジェクトを継続的にスキャンできるようにするために、チームは最先端の半導体テクノロジーを使用してカスタムビルドされたRFICを使用し、チップにデジタル機能を追加しました。カスタムファームウェアとソフトウェアでこれらのチップの動作を制御することにより、システムはオブジェクトを検索でき、オブジェクトが見つかった後、追加のオブジェクトの検索が継続されている間、オブジェクトを「追跡」しておくことができます。「特定の方向にゲインを得るためにアレイで要素を段階的に段階的にすることは標準的な慣行です」と、副プログラムマネージャーのDavid Conwayは、 統合されたRFおよびPhotonicsグループ。 「標準ではないのは、Millimeterの波長でRFがまだ連携しているため、この多くの要素を使用しており、送信と受信のエネルギーを要約し、非常に広い角度で迅速にスキャンできることです。」ライン 'em up and cool' em down通信機能については、チームは新しいビームアライメント手順を考案しました。「多くのアンテナ要素を組み合わせて、典型的なMMW動作範囲を超えてレーダーに到達できるようにするために、それは新しいことです」とSerino氏は言います。 「これらの周波数でビーム間で事実上ゼロレイテンシを持つレーダーとしてビームを電子的にスキャンできるようにするために、それは新しいものです。これらのビームのいくつかを広げて、コミュニケーション中に絶えず再取得してリタウトすることはありません。WISPRの開発のもう1つのイノベーションの鍵は、送信要素の背後にある小さな領域で大量の熱を除去する冷却配置です。それぞれが独自のパワー増幅器を持っています。昨年、チームはメリーランド州の米国陸軍アバディーンのプロービンググラウンドで、米国陸軍の迅速な能力とクリティカルテクノロジーズオフィスと米陸軍テストおよび評価コマンドと協力して、プロトタイプWISPRシステムを実証しました。 WISPRテクノロジーはその後、生産のためにベンダーに移行されました。 WISPRを採用することにより、陸軍部隊はより効果的にミッションを行うことができます。「このシステムは、それほど遠くない将来に使用されると予想しています」とライオンズは言います。 「私たちの仕事は、軍事的および商業的なアプリケーションの両方で、MMWレーダーと通信システムの最先端を推進しています。」「これはまさにリンカーン研究所が誇りに思っている作業です。商業部門に目を光らせ、数十億ドルの投資を活用して、ゼロから始めるのではなく、新しいテクノロジーを構築することです」とリンカーン研究所のアシスタントディレクター、マーク・ビエラは言います。この取り組みは、米国陸軍の迅速能力と重要な技術局を支援しました。チームは、実験室の空中レーダーシステムとテクニック、統合されたRFとフォトニクスの追加メンバーで構成されています。 機械工学、 高度な機能とシステム、 国土保護システム、 そして 輸送の安全性と回復力 グループ。 #レーダーと通信システムはミリ波周波数で信号範囲を拡張します #MITニュース