Antenas ópticas de formação de feixes a serem avaliadas em relação aos requisitos intransigentes do serviço naval

Marinha dos EUA recorre à formação de feixe óptico para comunicação em tempo real e conectividade

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A Isotropic Systems, desenvolvedora de tecnologias de terminais de banda larga, anunciou hoje um contrato de avaliação e desenvolvimento de antenas com a Unidade de Inovação em Defesa (DIU). O objetivo é testar a capacidade de suas antenas de feixe múltiplo com base na inovadora tecnologia de formação de feixe óptico da empresa.

Antenas ópticas de formação de feixes a serem avaliadas em relação aos requisitos intransigentes do serviço naval

As antenas ópticas de formação de feixe devem ser avaliadas em relação aos requisitos intransigentes do serviço naval. Imagem (modificada) usada cortesia de Isotropic Systems

A DIU está avaliando as tecnologias e os circuitos de antenas de forma de feixe da Isotropic Systems com um olho para suportar vários links com transferência suave entre satélites de várias órbitas que operam nas bandas S, C, Ka, Ku-, X e Q.

O terminal da empresa possui módulos de lentes ópticas projetados para caber no espaço limitado disponível a bordo de navios da Marinha. Os avaliadores testarão a capacidade dos novos sistemas de operar a confiabilidade nos ambientes navais mais adversos, incluindo água salgada, EMI e ventos intensos.

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“A Isotropic Systems decifrou o código para uma nova era de conectividade e comunicações contínuas e seguras em algumas das condições mais desafiadoras enfrentadas por agências governamentais e operações militares em todo o mundo”, disse John Finney, CEO e fundador da Isotropic Systems.

Ele continua dizendo: “Permitiremos que a Marinha e outras forças e agências do governo arbitrem toda a capacidade necessária através das constelações de órbita da Terra baixa, geossíncrona e equatorial e da Terra Média em uma única plataforma de feixes múltiplos. “

As deficiências de antenas parabólicas e matrizes em fases

Como Finney explicou no Seminário de Design de RF da Interlligent 2019, não era muito longe no passado quando as comunicações via satélite significavam satélites geossíncronos, orbitando a 36.000 quilômetros acima da Terra e, do ponto de vista de um observador da Terra, imóveis. Os refletores parabólicos, os grandes dispositivos mecânicos com pouca necessidade de ajuste, serviram de maneira útil.

Mas então veio o advento de sistemas de lançamento baratos e uma infinidade de satélites de órbita terrestre baixa (LEO). Esses dispositivos são atraentes do ponto de vista da guerra porque são substituíveis. O problema é que, do ponto de vista da antena parabólica, seja em terra, no ar ou em um navio da Marinha, eles são visíveis apenas por minutos.

Outra tecnologia importante, as antenas de phased array, pode ter milhares de elementos e pode capturar uma flotilha de satélites à medida que eles avançam no espaço; um dos milhares de elementos certamente capturará um ou mais deles a qualquer momento.

Matriz em fases

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Matriz em fases. Captura de tela usada cortesia de Isotropic Systems no Seminário de Design de RF de 2019 da Interlligent UK (14:50)

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Os principais problemas, no entanto, são duplos: são caros e consomem energia na ordem de quilowatts.

Antena óptica de formação de feixe dos sistemas isotrópicos

O sistema óptico geral de formação de feixe da Isotropic Systems é ilustrado abaixo com uma lente removida para ilustrar os pontos de transmissão.

Formação de feixe óptica

Formação de feixe óptica. Imagem usada cortesia de Isotropic Systems

Então, como ilustrado abaixo à esquerda (vermelho), o ponto de transmissão apropriado sob cada lente é ativado para enviar o feixe na direção do alvo. O mesmo pode ser feito com outras lentes.

Direção do feixe de elemento em comparação com o feixe de direção

Direção do feixe do elemento em comparação com a direção do feixe de matriz. Captura de tela usada cortesia de Isotropic Systems no Seminário de Design de RF 2019 da Interlligent UK (18:42)

O resultado é um pequeno número de feixes direcionados para o ponto apropriado no espaço. O processo computacional é, nesse ponto, um pouco semelhante ao de um sistema clássico de arranjo faseado, mas com um número muito menor de pontos de transmissão. Entre os benefícios resultantes estão enormes economias em energia.

Como ilustrado, também existem transmissões em verde e azul, o que significa que mais de um satélite pode ser acessado ao mesmo tempo.

A Marinha abre caminho para os satélites LEO

A marinha, como todo mundo, estará se afastando das comunicações estacionárias geossíncronas por satélite e em direção a enxames de satélites LEO, cada um visível apenas por minutos e mudando rapidamente de posição, mesmo durante esse período. Claramente, antenas parabólicas pesadas, que precisam ser dirigidas mecanicamente, não serão suficientes.

Os sistemas de conjuntos de fases são um bom intermediário para os navios, mas mesmo lá os requisitos de alta potência e a necessidade de refrigeração são indesejáveis. E, é claro, esses requisitos significam ainda mais dificuldades para aviões e mísseis, onde cada watt conta.

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Devido à praticidade de satélites LEO baratos e substituíveis, a capacidade mundial de largura de banda de satélite começará a se expandir poderosamente em um futuro próximo. Além disso, postula-se que o caminho do sinal de um ponto na Terra para um satélite LEO e vice-versa seja mais rápido que o cabo de fibra.

A marinha pode ser a organização pioneira nessa tecnologia e é possível que esse método possa ser uma nova avenida para que o serviço de internet seja entregue a residências, empresas e, finalmente, celulares.

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