de.wedoany.com-Bericht: Forscher des Lincoln Laboratory des Massachusetts Institute of Technology haben eine Prototyp-Antenne namens „Hosted Nimble Beamforming Anti-Jam Reflectarray“ (HoNi BAJR) entwickelt, die taktische Satellitenkommunikationsverbindungen in Konstellationen des „Proliferated Low Earth Orbit“ (pLEO) mit geringen Abmessungen, Gewicht, Leistungsaufnahme und Kosten (SWaP-C) vor Störungen schützen soll.
In umkämpften Umgebungen muss die taktische Satellitenkommunikation (SATCOM) die Kanalsicherheit gegen Störungen gewährleisten. pLEO-Konstellationen stellen aufgrund der großen Anzahl von Satelliten extrem hohe Anforderungen an SWaP und sind Bedrohungen wie Signalstörungen und Signalaufklärung ausgesetzt. Die Form des Antennenstrahls in Echtzeit zu ändern, um Bodennutzersignale zu schützen, ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Kommunikation zwischen Satellit und Nutzer. Michael Craton von der Tactical Satellite Communications Group des Lincoln Laboratory erklärte, dass angesichts zukünftiger Herausforderungen skalierbare HF-Aperturen mit niedrigem SWaP-C entwickelt werden müssten, die keine Funktionseinbußen bedeuten – also hohe Leistung mit günstigerer Hardware erzielen und potenzielle Bedrohungen frühzeitig adressieren.
Adaptive Antennenarrays verhindern Störungen, indem sie den Strahlzustand schnell ändern (adaptives Beamforming) und in bestimmten Richtungen Nullstellen setzen. Ihr hoher SWaP schränkt jedoch den Einsatz in ressourcenbegrenzten Umgebungen wie pLEO ein. Daher entwickelte das Team die HoNi BAJR-Scan-Reflectarray-Prototypantenne, deren Oberfläche aus einzeln steuerbaren Reflektorelementen besteht. Trifft ein Signal auf die Oberfläche, reflektieren die Elemente die Energie mit einer bestimmten Phasenverschiebung, um einen Strahl zu formen und Störungen zu blockieren. Diese Reflektoranordnung ist einfach aufgebaut, leicht skalierbar und steuerbar. Im Vergleich zu Phased-Arrays benötigt sie keinen Verstärker für jedes Element; das Signal wird von einer Speiseantenne gesammelt und im freien Raum kombiniert, was den SWaP erheblich reduziert – der Stromverbrauch sinkt um etwa 95 %.
Der HoNi BAJR-Prototyp wurde speziell für die pLEO-Konstellationskommunikation entwickelt, deckt einen Bereich bis zum Horizont ab und passt sich an Nutzer mit geringer Leistung an. Das Team validierte seine Beamforming-Fähigkeiten in einer HF-Systemtestanlage und demonstrierte erfolgreich hohe Scanwinkel, was zeigt, dass das Array Signale aus einem großen Bereich empfangen kann. Tests zeigten zudem nur geringe Signalverluste bei der Synthese mehrerer Spitzen oder gesplitteter Strahlen, was darauf hindeutet, dass es Signale an mehrere Nutzer senden kann, ohne Informationen zu verlieren.
Die Unterdrückung von Störungen durch schädliche Signale von Basisstationen oder elektronischen Geräten ist für den ordnungsgemäßen Betrieb der Antenne unerlässlich. Basierend auf zwei internen Projekten – dem „Deployable Electronically Scanned Reflectarray“ (DESRa) und dem „Phase Analog Beamforming“ (PhAB) – validierte das Team die Fähigkeit zur adaptiven Nullsetzung und Echtzeit-Störunterdrückung. In der dynamischen Signalumgebung von HoNi BAJR könnte jedoch nicht genügend Zeit für eine schnelle Strahlanpassung vorhanden sein. Das Team schlug innovativ vor, durch Formung der Strahlnebenkeulen Störunterdrückungszonen zu schaffen, anstatt auf einzelne Störpunkte zu zielen. Diese Technik wies bei Tests Mängel auf, da Nebenkeulen empfindlich auf kleine Signaländerungen reagieren und schwer zu kontrollieren sind, aber eine angemessene Kalibrierung könnte die Leistung verbessern.
Die Kalibrierung ist eine der größten Herausforderungen beim Betrieb von Reflektorarrays; es gibt derzeit keine Vorbilder, und das Team erforscht aktiv Methoden. Eine genaue Kalibrierung kann die Strahlformung und -gestaltung verbessern und die volle Array-Leistung entfalten. Gleichzeitig untersucht das Team die optimalen Anwendungsszenarien für Reflektorarrays. Frühe Studien zeigen, dass die Technologie für Strahlplanung, Umgebungen mit geringer Dynamik oder solche mit hoher Dynamik, aber guter Kalibrierung, bei diffusen Störungen sowie auf leistungsbegrenzten Plattformen geeignet ist. Craton wies darauf hin, dass das Design der Hardware eine Herausforderung sei, aber die Integration der Technologie in ein vollständiges System, das Missionsanforderungen erfüllt, noch schwieriger sei. Das Team glaubt, dass Scan-Reflektorarrays ein enormes Potenzial für relevante Missionen haben, aber die erforderlichen Fähigkeiten müssen zunächst aufgebaut werden. Zukünftige Arbeiten werden sich auf die weitere Erforschung von Anwendungsweisen, die Verbesserung der Kalibrierung und die Vervollständigung der Beamforming-Fähigkeiten konzentrieren.
