Antenna Array: O Futuro das Comunicações Táticas em Baixa Órbita

Introdução

Proteger as comunicações de satélites contra interferências adversárias é uma questão crucial para a segurança nacional. As comunicações táticas via satélite (SATCOM) buscam consolidar canais de comunicação confiáveis contra oponentes em ambientes conturbados. Em apoio a essa missão, uma equipe do MIT Lincoln Laboratory está desenvolvendo um protótipo de antena caracterizado por baixo tamanho, peso, potência e custo (SWaP-C).

Desafios na Orbita Baixa

As ameaças em ambientes contestados — especificamente na órbita baixa da Terra (pLEO), onde os satélites devem ter seu SWaP reduzido devido ao alto volume de satélites — incluem o bloqueio de sinal e a inteligência de sinais. Mitigar essas ameaças por meio de técnicas como a alteração da forma dos feixes de antena em tempo real é fundamental para garantir que os satélites mantenham comunicação com os usuários em solo.

Inovação nas Antenas Adaptativas

Uma abordagem inovadora para lidar com a interferência e o bloqueio proliferado é por meio de arrays de antenas adaptativas. Ao contrário das antenas de elemento único, os arrays são compostos de múltiplas antenas que trabalham em conjunto para direcionar e moldar a energia para e a partir do array. Os arrays adaptativos podem mudar rapidamente os estados do feixe (técnica chamada de formação adaptativa de feixe) e ajustá-los em tempo real, dependendo das condições. Entretanto, os arrays adaptativos apresentam um alto SWaP, o que dificulta sua operação em ambientes com restrições de SWaP, como o pLEO.

O Prototipo HoNi BAJR

Para enfrentar esses desafios, a equipe desenvolveu o Hosted Nimble Beamforming Anti-Jam Reflectarray (HoNi BAJR), um protótipo de antena reflectarray com uma superfície composta por elementos refletivos que podem ser controlados individualmente. Quando um sinal atinge a superfície do reflectarray, os elementos individuais refletem a energia com um desvio de fase para controlar o feixe formado, bloqueando a interferência. Essa estrutura simplificada do array permite escalabilidade e controle facilitados.

Os reflectarrays são análogos aos arrays direcionais, que consistem em múltiplos elementos que podem ser controlados eletronicamente para rápidas alterações de feixe. No entanto, os reflectarrays de varredura refletem sinais em uma antena alimentadora separada, eliminando grande parte da complexidade de design das antenas convencionais.

Resultados dos Testes e Futuro

O protótipo HoNi BAJR foi projetado para comunicações em uma constelação pLEO com ampla cobertura, atendendo usuários de baixa potência em meio à interferência proliferada. A equipe testou as capacidades de formação de feixe no RF Systems Testing Facility do laboratório, demonstrando com sucesso um alto ângulo de varredura, permitindo que o array recebesse sinais de uma vasta área, com uma perda mínima de sinal ao sintetizar feixes multi-pico.

Suprimir a interferência de sinais não desejados é vital para garantir o funcionamento correto da antena. O trabalho da equipe HoNi BAJR é fundamentado em dois programas: Deployable Electronically Scanning Reflectarray (DESRa) e Phase Analog Beamforming (PhAB). O PhAB demonstrou que era possível se adaptar a nulidades e mitigar o bloqueio em tempo real. Contudo, na dinâmica do ambiente de sinal do HoNi BAJR, a adaptação de feixes pode ser lenta. A equipe inovou ao criar regiões de supressão de interferência, em vez de focar em pontos individuais.

A calibração, embora fundamental, é um dos maiores desafios no funcionamento dos reflectarrays. A equipe está pesquisando abordagens para aprimorar a calibração do reflectarray em varredura, importante para garantir um pleno funcionamento e maximização do uso do array.

Conclusão

A evolução de tecnologias como o HoNi BAJR representa um grande passo em direção a comunicações táticas seguras e confiáveis no contexto contemporâneo de segurança nacional. À medida que avançamos para um futuro de desafios emergentes, inovações como essas serão a chave para garantir que as comunicações permaneçam resilientes frente a ameaças dinâmicas.