先进的多功能射频系统概述（RFS）外文翻译资料

先进的多功能射频系统概述（RFS）

Paul K Hughes, Joon Y. Choe

雷达事业部，海军研究实验室，华盛顿特区20375

介绍

海军研究所在1996年发起了一个先进的多功能射频系统（AMDS）的研究计划，以处理和解决由于美国海军用于支持舰载上部射频功能的数量的增加，而显著提高了对船舶信号控制的要求所造成的严重的技术挑战。AMRFS计划的重点是对宽带射频孔径概念即在这个普通的低特征信号孔能够同时达到大量雷达进行电子对抗和通信的功能的原理证明。其目标是在增加有效的功能和带宽的同时大大减少上部射频系统的孔数。这将对减少上部射频系统的孔的集合体雷达截面（RCS）做出贡献。这种多功能射频系统的概念是把这些功能放进其软件中。除了已经验证过的原理论证，AMRFS程序正在开发新的组件技术，允许更有效地低成本的设计架构。

AMRFS的基本概念是将频带基于成本和功能分割成最优数量段，然后进行分离、电子扫描、固态发射和接收。对于初始AMRFS测试平台的目标是获得尽可能大的带宽，并且在技术上能够允许将成本函数权衡用于战术系统进行评估。使用非常大的百分比带宽，最大限度地减少所需的孔的数目的一个给定的频率覆盖，而另一方面，最佳选择的光谱波段分区可以减少特定阵列的大小。在组件中，4至1或5至1的操作带宽的选择已被选定为可用或短期的最先进的组件;使用单独的发射和接收孔，同样地，虽然不太明显，但可以最大限度地减少所需的孔数。在一个单一的发送/接收的孔径雷达应用，一小部分时间是用于传输，而一个更大的部分的时间是用于接收。此外，发送和接收时间不能重叠，因为在系统中发送和接收信号的路径要求非常高的距离。由于多功能雷达需要较长的接收时间，导致发射能力相对不足。在一个真正的多功能的光圈，电子攻击和通信功能可能需要高强度的工作，甚至从发射机（或接收器）允许连续运行接收（或发送）功能的时间也不足。单独的发射和接收孔，可以充分利用整个时间线的发射器和接收器，从而支持更大的压缩所需的孔数。

传输阵列 接收阵列

图1：AMRFS系统的概念架构

图1显示了一个高层次的AMRFS概念，它由一个传送阵组成的用多个同时发射波束形成的动态分配进行分段。在图中，有四个部分的发射阵列。在功率放大器中，有一个以上的信号在同一时间的是不可行的。所以每一次传送阵是由一个函数使用。然而，对于接收阵列，多个信号可以同时在一个阵是存在的。全部或部分的接收阵列可用于多种功能与截面尺寸取决于获益和波束宽度的功能要求，同时，在实验台上，每个接收阵可以支持多达三个独立的光束。AMRFS项目是由政府和专业的团队指导进行，团队包括海军科学研究实验所、海军水面作战中心、海军空战中心、美国空军与海战系统司令部、洛克希德马丁公司，诺斯洛普格鲁曼公司、波音公司和雷神公司。其他行业合作伙伴和其他政府设施正在被列入团队，为项目的发展而努力。最初的试验台的设计和建造与先进发展的资金，由海军研究办公室提供。

射频功能和功能要求

为了在实验室验证演示AMRFS，一组有代表性的射频功能包括通信识别、电子战、雷达等功能得到确认。这些确定的功能要求是典型的现在的海军功能类型。在一些情况下（雷达和电子战），功能要求是由一类将逻辑组合在AMRFS的联合系统决定的。在其他情况下（通信），其中现有的基础设施规定的功能被支撑，功能要求直接从遗留系统拉动。在AMRFS研究这些顶层功能要求时提供了对初始稻草人实现的基础和一种手段来校准每个实施的功能性能与资产的要求（即，大小的数组，接收通道，带宽等）。最初的重点是功能实现的概念，而不是在设计细节。两者的概念和设计的附加细化已是最新的AMRFS测试活动的一部分。

初始示范本的AMRFS功能被确定为：

这些功能是未来的船中功能里的典型，他们不是都可以列入的功能，但是，在低频段功能的所有要求，强调设备的成套集成需要。为了管理验证原理示范的成本，重点一直放在低频段。还有额外的高频段功能（主要是雷达），如果他们被包括在内，这将带来更多的要求。

AMRFS系统概念和交易

本节介绍AMRFS试验台及一些行业的研究分析结果导致到测试床结构的顶层系统框图。

AMRFS计划的目的是，“制定和示范可支持雷达，通信和电子战的同时要求集成RF舰载系统”，它要求可以进行显著的交易系统。传统上，雷达系统都享有调谐以提供低旁瓣，高频谱纯度，低噪音的数字专用硬件的特权。同样，通信系统已经能够支持可接受的误差的链路余量，优化数据链通信。电子战系统一直能够选择性地交易一些关键的雷达和通信性能参数的带宽，以实现对各种信号的条件和类型所需拦截的概率。此外，光谱和空间隔离已经被广泛地在共址系统中使用，以减少干扰和援助时的资产分配。

图2 ： AMRFS测试框图

图2是测试床系统设计用于执行验证的原理的演示。该设计包括一个低频带的发送和低频带接收器阵列（1- SGHz），和高频带的发送和高频带接收阵列（4.5-18GHz）。此外还有资源分配管理器（RAM）的安排接收和发送功能，数字信号处理器，一个显示控制台，和一个接口平台的作战系统的其余部分。必须有一个信号源可以进行传输，以形成波形。由RAM所产生的命令控制整个集成射频传感器套件。这些命令是通过数字控制网络分发到所有的子系统。

一个单一的支持雷达，通信和电子战功能的共享相控阵孔径的基本概念，在5：1 RF频段引入了众多的架构方面的的问题。除了与资产共享相关的基本问题，光圈前端元件必须能同时支持组合系统功能的极端（即极化分集，低噪声系数，高动态范围，带宽，功率孔径产物等等。）。不同于传统的碟孔，相控阵不会从空间隔离受益。相位阵列内所有前端元件暴露到RF环境中会造成显著的引入源互调产物，反过来又会导致潜在的系统性能的降低。

试验台的核心是四个美国海军研究局支持的低频段和高频段的发射和接收阵列孔。对选定的AMRFS架构基本是接收和发送的物理分离，分区的1 - 20 GHz的频率范围为两频段，分为低频（1-5 GHz）和高频（4-18千兆赫）。接收阵列包括接收阵列子系统、射频下变频和数字接收机以及本地处理和控制所需的，以支持同时状态、时间交错状态多功能发射情况下，通过射频功能从所处的环境的数字化I和Q样本接收。同样地，两个发射子系统包括所述阵列的发射系统，射频上转换和数字波形产生合成和本地处理和控制所需的支持同时和时间交错的多功能发送功能。

外围的基本接收、发射模块是宽带电子攻击（EA）的处理和通信传统调制解调器所需的支持多功能演示的高概率拦截接收子系统（HPOI）。由于对HPOI的支持全方位和仰角干涉独特需求功能，只有基本的天线接收元件的干涉仪被集成到接收阵列子系统。在一个类似的方式，传统的通信调制解调器提出了测试台使用，以尽量减少演示共享的数组功能与传统的通信功能和基础设施的成本。

将试验台元件集成在集中控制下进行信号控制处理。信号与控制处理的关键是试验台的资源分配管理（随机存储器）功能。随机存储器将识别通过数字控制网络接口的接收/发射配置的测试台的接收/发送子系统、外围硬件、软件，同时支持雷达，通信和电子战功能。收到的数据作为RAM的结果发送到接收信号，数据处理软件的信号和控制处理子系统中。同样地，一代数字技术、支持传递函数的波形数据通过信号和控制处理中的软件功能提供。

在AMRFS支架试验台系统，特别规定将通过操作任务和数据采集仪器和控制提供性能分析。在不同程度的测试和评估，合作和非合作发射器将被引入到测试环境。系统性能评估计划的实验室控制的环境，以及陆上开放环境测试。

总结

该AMRFS计划包括两个相等，但不同的部分。这个方案描述提供了设备的详细设计，通过构建一个实验测试床，并实时显示，集成的射频，诸如雷达的整合，电子战和通信，到一个单一的可行的系统技术。这部分的程序涉及的所有问题包括建立要求，设计，构建、测试和演示一个集成的射频系统。这部分程序的一个目的是提供一个科学和风险低的技术方案。这是很重要的一点，因为参与建设一个新的多功能综合射频系统风险大。该程序的另一部分涉及先进的新组件和子系统的技术，这将使一个更实际的，成本有效的，战术体系被开发并且由海军部署。这个程序的两个部分的最终目标是海军的集成射频系统技术的集成射频系统技术的过渡。尽早实行计划，可以降低新技术和作战能力管理风险。

中性束和射频技术的应用

哈尔.哈塞尔顿

此论文提供了一个更新的中性束和射频（射频）电源的融合方案的应用；正在进行的突出的“离子回旋加热（非物质）”的实验，以及中性束实验和加热的未来设备和一些可用的选项。当前关于驱动器上的一些言论都认为这个区域的技术是未来的设备的考虑之一。

关于这些至关重要的程序的一些合作涉及这些技术，这些关键领域是接下来介绍的内容。

现在主要的射频实验在在普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的托卡马克核聚变试验堆（TFTR）和英国阿宾登卡拉姆实验室的欧洲联合环面（JET）和法国卡达拉舍的超环装置实验室和日本的JT-60托卡马克装置中。

在TFTR，第一次ICH实验将于今年夏季末进行。该系统正在由PPPL和橡树岭国家实验室（ORNL）共同努力进行;这些实验将在约2秒的脉冲长度内达到10兆瓦40-80ghz。

在JET，6兆瓦的ICH能量现在是可用的，并正在进行大规模的升级。当它完成后，系统应在10秒的脉冲长度以及22-55 MHz情况下约产生20兆瓦。

托卡马克核聚变试验堆在1988年中期开始运营，并且将代替ICH系统。该设备在35-80兆赫并且具备约30秒的脉冲长度下会产生8-12兆瓦的ICH功率。

JT-60的托卡马克既有ICH又有较低的杂波电流驱动（LHCD）。ICH系统在110-130 MHz下运行，在1-5兆瓦10功率脉冲下生产；低杂波电流驱动系统在2 GHz下工作，在7-15兆瓦，10脉冲下产生电力。

射频发射器

在现在的ICH方案中，主要的技术问题是发射器，即在一个放大器中把RF功率变道等离子体的设备。几种方法同时进行，以对程序的提供适当的加热系统。

如图2所示的紧凑型环天线，这是从一个GA技术、美国PPPL之间一系列人员会议中和社区中的其他人得出的。它被称为“紧凑型”，因为发射器可以通过一个约2米长得单一的端口上的融合装置进行插入和删除，这个融合装置和其他加热系统相比，是比较合适的。该主动冷却的发射器是一个坚固的结构，因为它必须长期处理相对高的功率。

电力通过真空馈通和沿着电流带进入紧凑的环形天线，它是有源元件，并且穿过真空可变电容器。整个组件可朝向或远离所述等离子体移动。该法拉第屏蔽将活性域等离子体保持在环内。

图2所示的发射器是一个原型，并且在双III-D短脉冲实验和在GA技术的Big-D托卡马克实验中使用。同样在图2中，法拉第屏蔽是正确的。

实验产生了好消息和坏消息。好消息是在限流模式（升模式）的操作中，耦合约是计算的两倍。坏消息是，在偏滤器模式（H模式）操作下，它减少了2倍。因此，在未来的实验中，在该模式下的天线可以达到约1至112毫瓦的功率。这个TFTR ICH系统有一个非常类似的发射器。

图3显示了一个第二双共振环（RDL）天线系统。RDL和紧凑的环路之间的区别是，RDL系统保持稳态冷却。该设计允许在长脉冲下操作，并将射频功率的进料耦合到电流带的中心。RDL可以在低电压和低电流的硬件关键领域的高功率状态下操作。

图1：紧凑的环形天线（DIII-D腔型）

图2：原型发射器

图3：共振双回路天线（用于TFTR）

图4：CIT天线设计

在美国，CIT加热系统的一些设计工作将使用这些小型发射器，图4表达了一个概念，即通过一个单一的端口提供4毫瓦。该发射器是2兆瓦的单位，跟TFTR使用的系统很相似。

目前，正在为CIT设计一个10兆瓦的系统。紧凑环形天线装置足以满足需

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