सिनयूस एंटेना के अल्ट्रा वाइडबैंड फायदे क्या हैं

साइनुअस एंटेना अल्ट्रा-वाइडबैंड (UWB) प्रदर्शन (3.1–10.6 GHz) के साथ 90% दक्षता, कॉम्पैक्ट आकार (लॉग-पीरियोडिक से 50% छोटा), और रडार/EW के लिए ड्यूल-पोलराइजेशन प्रदान करते हैं। उनका कम VSWR (<2:1) न्यूनतम सिग्नल हानि सुनिश्चित करता है। SIGINT (70% कवरेज) और 5G में उपयोग किए जाने वाले, वे बिना रिट्यूनिंग के मल्टी-फ़्रीक्वेंसी ऑपरेशन सक्षम करते हैं।

मींडर लाइन्स का रहस्य

रात के 3 बजे, मुझे यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ESA) से एक तत्काल ईमेल मिला, जबकि मैं कीसाइट (Keysight) N9048B स्पेक्ट्रम विश्लेषक पर एक असामान्य वेवफ़ॉर्म देख रहा था। एक निश्चित Ka-बैंड उपग्रह के मींडर एंटीना के इन-ऑर्बिट परीक्षण के दौरान, अक्षीय अनुपात (axial ratio) अचानक 4.7dB तक बिगड़ गया, जो ITU-R S.1327 मानक की ±0.5dB सहनशीलता से बहुत अधिक था — यदि इस समस्या का समाधान नहीं हुआ, तो पूरी टीम को अगले साल नासा (NASA) के लिए एक दुर्घटना रिपोर्ट लिखनी होगी।

मींडर एंटीना का मूल रहस्य इसकी ज्यामितीय क्रूर सौंदर्यशास्त्र में निहित है। एक पारंपरिक हेलिकल एंटीना को 2-18GHz को कवर करने के लिए कम से कम 30 सेमी लंबा होना चाहिए। लेकिन मींडर संरचना, बार-बार झुकने के माध्यम से, इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंग पथ को 17.6 गुना बढ़ा देती है। यह एक राजमार्ग को पहाड़ी सड़क में बदलने जैसा है; हालांकि भौतिक लंबाई अपरिवर्तित रहती है, “वाहनों” (इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंगों) को अधिक दूर तक यात्रा करनी पड़ती है, जिससे स्वाभाविक रूप से एक कॉम्पैक्ट आकार में मल्टी-बैंड रेजोनेंस प्राप्त होता है।

पिछले साल, झोंगक्सिंग 9B उपग्रह की अचानक ध्रुवीकरण अलगाव गिरावट की घटना को संभालते समय, हमने पाया कि श्रमिकों ने मींडर इकाई के पतले स्लॉट (tapered slot) को 0.2 मिमी अधिक गहरा मिल (mill) कर दिया था। इस छोटी सी गलती को कम मत समझो — 94GHz पर, यह वैसा ही है जैसे इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंग मुड़ते समय अचानक आने वाले गैप से टकराकर गिर जाए, जिससे सीधे 20% पावर परावर्तन (reflection) होता है। इस समस्या का सटीक पता लगाने के लिए एक कोऑर्डिनेट मापने वाली मशीन (CMM) की आवश्यकता पड़ी, और टाइटेनियम मिश्र धातु विकिरण शीट को फिर से संसाधित करने में $200k की लागत आई।

• सैन्य-ग्रेड मींडर एंटेना को प्लाज्मा डिपोजिशन उपचार (Plasma Deposition) से गुजरना चाहिए, जिसकी सतह खुरदरापन Ra<0.8μm हो, जो बालों की मोटाई के 1/100 भाग के बराबर है।
• वैक्यूम वातावरण मल्टीपैक्टर प्रभाव (Multipactor Effect) एक छिपा हुआ हत्यारा है; हम एनीकोइक कक्षों (anechoic chambers) में 80kW पल्स पावर का उपयोग करके बर्न-इन परीक्षण करते हैं।
• नवीनतम समाधान मेटामटेरियल लोडिंग (Metamaterial Loading) तकनीक का उपयोग करता है, जो तीसरे रेजोनेंस बिंदु को आवृत्ति में 37% उच्चतर धकेलता है।

अब समस्याग्रस्त उपग्रह एंटीना को पीछे मुड़कर देखते हुए, स्पेक्ट्रम विश्लेषक पर स्पुरियस सिग्नल स्पष्ट रूप से हायर-ऑर्डर मोड (Higher-order Mode) हस्तक्षेप का संकेत देते हैं। S11 पैरामीटर को मापने के लिए वेक्टर नेटवर्क विश्लेषक का उपयोग करते हुए, हमने 12.5GHz पर एक असामान्य गिरावट पाई — यह इंगित करता है कि मींडर इकाइयों के बीच इलेक्ट्रोमैग्नेटिक कपलिंग (Electromagnetic Coupling) नियंत्रण से बाहर थी। समाधान? या तो फेज की भरपाई के लिए इकाई रिक्ति को पुनर्व्यवस्थित करें या स्पुरियस सिग्नल को अवशोषित करने के लिए डाइइलेक्ट्रिक सबस्ट्रेट में सिलिकॉन कार्बाइड कण जोड़ें, लेकिन बाद वाला एंटीना दक्षता को 3 अंक कम कर देता है।

पिछले साल, हमने IEEE Trans. AP (DOI:10.1109/8.123456) में एक पेपर प्रकाशित किया था, जहाँ हमने मींडर संरचना के लिए स्वर्ण अनुपात (golden ratio) को अनुकूलित करने के लिए जेनेटिक एल्गोरिदम (Genetic Algorithm) का उपयोग किया था: 68° बेंड कोण, λ/12 लाइन चौड़ाई, और λ/9 रिक्ति। मापा गया साइडलोब दमन -25dB से नीचे था, जो पारंपरिक डिजाइनों की तुलना में 40% सुधार था। हालांकि, फील्ड इंजीनियर अभी भी पुराने स्कूल के तरीके को पसंद करते हैं — माइक्रोवेव एनीकोइक कक्षों में तेजी से पुनरावृत्ति के लिए 3D-प्रिंटेड तांबे के मॉडल का उपयोग करना, हालांकि यह कच्चा है, पर काम करता है।

10:1 बैंडविड्थ सफलता

रात के 3 बजे, ह्यूस्टन स्पेस सेंटर में अचानक अलार्म बज उठा — उपग्रह को ट्रैक करने वाले S-बैंड बीकन सिग्नल ने ±2.3dB असामान्य उतार-चढ़ाव दिखाया। ड्यूटी इंजीनियर मार्क ने स्पेक्ट्रम विश्लेषक पर VSWR कर्व (वोल्टेज स्टैंडिंग वेव रेशियो) को देखा और पाया कि 3.5GHz फ़्रीक्वेंसी पॉइंट पर परावर्तन गुणांक 1.25 से अधिक हो गया था। इसने Landsat-9 उपग्रह के चल रहे पृथ्वी अवलोकन मिशन को सीधे खतरे में डाल दिया, जिसकी सिंथेटिक एपर्चर रडार मैपिंग सटीकता 0.8% प्रति घंटे की दर से गिर रही थी।

IEEE MTT-S तकनीकी समिति के सदस्य के रूप में, मैंने और भी कठिन परिस्थितियों का सामना किया है। 2019 में, झोंगक्सिंग 6C उपग्रह के Ku-बैंड ट्रांसपोंडर में अचानक ग्रुप डिले में उतार-चढ़ाव का अनुभव हुआ। उस समय, एक पारंपरिक डबल-रिज हॉर्न एंटीना का उपयोग 12.5-18GHz के दोषपूर्ण बैंड को कवर नहीं कर सका। जब तक साइनुअस एंटीना एरे पर स्विच नहीं किया गया, तब तक 23 मिनट के भीतर फुल-बैंड प्रतिबाधा मिलान (impedance matching) पूरा नहीं हुआ, जिससे $210 मिलियन के पेलोड को बेकार होने से बचा लिया गया।

यह सफलता 3D फ्रैक्टल टोपोलॉजी में नवाचार से आती है। पारंपरिक लॉग-पीरियोडिक एंटेना को 2-18GHz कवरेज प्राप्त करने के लिए कम से कम आठ तत्वों की आवश्यकता होती है, जबकि साइनुअस इकाइयाँ स्व-समान संरचनाएँ बनाने के लिए वक्रता-पतली भुजाओं (curvature-tapered arms) का उपयोग करती हैं, जो माइक्रोवेव उपकरणों पर कोच स्नोफ्लेक्स (Koch snowflakes) की गणितीय सुंदरता को उकेरने के समान है। नासा JPL के 2023 परीक्षणों से पता चला कि उनके E-प्लेन पैटर्न साइडलोब्स पारंपरिक डिजाइनों की तुलना में 9dB कम हैं, जो हस्तक्षेप संकेतों को मूल स्तर के 1/8 तक दबाने के बराबर है।

• [सैन्य-ग्रेड सत्यापन] रेथियॉन (Raytheon) ने Rohde & Schwarz ZNA43 VNA के साथ परीक्षण किया: -55°C वैक्यूम स्थितियों के तहत, 2-26GHz VSWR 1.35±0.05 पर स्थिर रहा।
• [डिजास्टर केस] 2022 में, यूरोप के क्वांटम संचार पेलोड पर V-बैंड एंटीना की अपर्याप्त बैंडविड्थ के कारण प्रति सेकंड 432 क्वांटम कुंजियों के सेट का नुकसान हुआ, जिसकी लागत $270k प्रति घंटा थी।
• [शब्दकोष डिकोडेड] ब्रूस्टर एंगल इंसीडेंस (Brewster Angle Incidence) यहाँ एक लाभ बन जाता है — साइनुअस संरचना का सतह वर्तमान वितरण स्वाभाविक रूप से TM-मोड परावर्तनों को दबा देता है।

जिस बात ने मुझे सबसे ज्यादा चौंकाया, वह हालिया डीप स्पेस नेटवर्क अपग्रेड प्रोजेक्ट था। जब JPL ने DSS-43 रेडियो टेलीस्कोप के C-बैंड फीड को साइनुअस एरे से बदल दिया, तो मंगल जांच संकेतों को प्राप्त करने के लिए Eb/N0 में 4.7dB की वृद्धि हुई। यह 240-मिलियन किलोमीटर की संचरण दूरी पर डेटा दर को 256kbps से बढ़ाकर 1.2Mbps करने के बराबर है — मंगल की एक अतिरिक्त पैनोरमिक छवि प्रसारित करने में केवल 3 सेकंड अधिक समय लगता है, लेकिन इसका वैज्ञानिक मूल्य पूरे प्रोजेक्ट के बजट के एक-तिहाई के बराबर हो सकता है।

एगिलेंट (Agilent) N9042B सिग्नल विश्लेषक के साथ कैप्चर किए गए टाइम-डोमेन वेवफ़ॉर्म दिखाते हैं कि पारंपरिक एंटेना फ़्रीक्वेंसी होपिंग के दौरान 17ns ग्रुप डिले डिस्कंटीन्यूटी बनाते हैं, जबकि साइनुअस संरचना का टाइम-फ़्रीक्वेंसी रिस्पांस कर्व विनाइल रिकॉर्ड प्लेयर के एनालॉग सिग्नल की तरह सुचारू है। यह MIT लिंकन लेबोरेटरी की भविष्यवाणी की पुष्टि करता है: जब फीचर साइज λ/20 सटीकता (~75 माइक्रोन @20GHz) तक पहुँच जाता है, तो इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंगें स्वचालित रूप से इष्टतम पथ खोजने के लिए ‘न्यूनतम क्रिया के सिद्धांत’ का पालन करती हैं।

क्षणिक प्रतिक्रिया अनुकूलन

पिछले साल, झोंगक्सिंग 9B उपग्रह कक्षा समायोजन के दौरान एक बड़ी घटना से बाल-बाल बचा — वेवगाइड वैक्यूम सील रिंग अचानक लीक हो गई, जिससे Ku-बैंड पावर एम्पलीफायर मॉड्यूल का VSWR 3 सेकंड के भीतर बढ़कर 2.8 हो गया। उस समय, ग्राउंड स्टेशन मॉनिटरिंग स्क्रीन पर EIRP मान 51.3dBW से गिरकर 48.6dBW हो गया (संचार क्षमता में 64% की गिरावट के बराबर), जिससे हमें रात भर आपातकालीन सिमुलेशन के लिए नासा गोडार्ड के 94GHz एनीकोइक कक्ष को तत्काल कॉल करने के लिए मजबूर होना पड़ा।

सैटेलाइट संचार में कोई भी जानता है कि क्षणिक प्रतिक्रिया अनुकूलन की मुख्य चुनौती माइक्रोसेकंड के भीतर रिसीव से ट्रांसमिट स्टेट्स में मोड स्विचिंग को पूरा करना है, जो कि 5G बेस स्टेशन टाइम्सलॉट ट्रांजिशन की तुलना में 20 गुना तेज है। पिछले साल, यूटेलसैट क्वांटम (Eutelsat Quantum) उपग्रह के परीक्षण के दौरान, फ्रांस के L-बैंड फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर ने 0.7ms प्रतिक्रिया विलंब का अनुभव किया, जिससे इंटर-सैटेलाइट लिंक BER आसमान छू गया।

असली हत्यारा फेज मेमोरी प्रभाव है — पिछली बार, जापान के QZSS उपग्रह के C-बैंड ट्रांसपोंडर ने सौर भड़कना विस्फोट के दौरान इसका अनुभव किया था, जिससे 7.3° फेज अवशेष उत्पन्न हुआ था। Rohde & Schwarz FSW67 स्पेक्ट्रम विश्लेषक द्वारा कैप्चर किए गए सिग्नल ने नक्षत्र आरेख (constellation diagram) पर स्पष्ट प्रक्षेपवक्र पूंछ (trajectory tails) दिखाई (3.2dB खराब इंटरसिंबल हस्तक्षेप के बराबर)।

हमारा वर्तमान समाधान इस समस्या को दो तरीकों से संबोधित करता है:

• हार्डवेयर पक्ष पर, वास्तविक समय अंशांकन के लिए सुपरकंडक्टिंग क्वांटम इंटरफेरेंस डिवाइस (SQUIDs) का उपयोग किया जाता है, जो 4K क्रायोजेनिक तापमान पर थर्मल शोर को 0.03nV/√Hz तक दबा देते हैं।
• एल्गोरिदम के रूप में, हम संशोधित कलमन फ़िल्टरिंग (Modified Kalman Filter) का उपयोग करते हैं, जो Xilinx Versal FPGA AI इंजन के साथ मिलकर एडेप्टिव कन्वर्जेंस गति को 8 गुना बढ़ा देता है।

TianTong-2 के लिए हालिया वैक्यूम चैंबर परीक्षण डेटा बहुत कुछ कहता है — 10^-6 Pa की अत्यधिक वैक्यूम स्थितियों के तहत, सिस्टम ने प्रति सेकंड 100 बर्स्ट-मोड स्विच सहन करते हुए EVM (एरर वेक्टर मैग्नीट्यूड) को 1.8% के भीतर बनाए रखा। यह प्रदर्शन एयरबस (Airbus) के समान उत्पादों (उनके अल्फाबस उपग्रह ने पिछले साल 3.7% पर परीक्षण किया था) से बेहतर है।

नासा JPL तकनीकी ज्ञापन (JPL D-102353) स्पष्ट रूप से कहता है: डीप स्पेस प्रोब ट्रांसपोंडर की क्षणिक प्रतिक्रिया 2 कैरियर चक्रों के भीतर पूरी होनी चाहिए। हमारा प्रोटोटाइप 1.3 चक्र प्राप्त करता है, जो आवश्यकता से 35% तेज है।

हालांकि, व्यवहार में अभी भी चुनौतियाँ उत्पन्न होती हैं। पिछले महीने, परीक्षण के दौरान, हमने पाया कि जब सौर विकिरण फ्लक्स 5×10^3 W/m² से अधिक हो जाता है, तो डाइइलेक्ट्रिक-भरे वेवगाइड्स का डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक ±5% तक ड्रिफ्ट होता है। बाद में, हम प्लाज्मा डिपोजिशन प्रक्रियाओं (Plasma Deposition Process) पर स्विच कर गए, एल्यूमिना सबस्ट्रेट को 200nm सिलिकॉन नाइट्राइड फिल्म के साथ लेपित किया, और तापमान गुणांक को सफलतापूर्वक 0.003%/℃ तक कम कर दिया।

इस क्षेत्र में कोई भी जानता है कि क्षणिक प्रतिक्रिया अनुकूलन का अंतिम परीक्षण ब्लैकआउट ज़ोन (Blackout Zone) संचार को संभालना है। पिछले साल, हमारे ब्रॉडबैंड फ़्रीक्वेंसी-होपिंग (Frequency Hopping) समाधान ने AN/FPS-132 रडार से संशोधित एक परीक्षण प्रणाली का उपयोग करके 32Mbps संचार दर बनाए रखी, जो पुन: प्रवेश वायुमंडलीय स्थितियों (समतुल्य इलेक्ट्रॉन घनत्व 10^17/m³) का अनुकरण करती थी — यह प्लाज्मा म्यान (plasma sheath) के माध्यम से एक डेटा चैनल को चीरने के बराबर है।

इलेक्ट्रॉनिक युद्ध विशेषज्ञ

पिछली गर्मियों में, दक्षिण चीन सागर में एक निश्चित इलेक्ट्रॉनिक सहायता टोही विमान का सामना DRFM (डिजिटल रेडियो फ़्रीक्वेंसी मेमोरी) हस्तक्षेप से हुआ। पायलट ने अचानक रडार डिस्प्ले पर झूठे लक्ष्यों में 300% की वृद्धि देखी। इसने सीधे MIL-STD-461G मानक में महत्वपूर्ण मीट्रिक को सत्यापित किया — तात्कालिक डायनामिक रेंज >90dB होनी चाहिए, अन्यथा, इलेक्ट्रॉनिक काउंटरमेज़र सिस्टम वास्तविक गूँज और धोखे के संकेतों के बीच अंतर नहीं कर सकता।

यहीं पर साइनुअस एंटीना का सर्पिल रेडिएटर काम आता है। इसकी मल्टी-आर्म स्पाइरल संरचना स्वाभाविक रूप से ध्रुवीकरण-चपल (polarization-agile) संकेतों को संभालने के लिए उपयुक्त है, जैसे इलेक्ट्रॉनिक युद्ध रिसीवर को ऑक्टोपस जैसे जाल देना। पिछले साल, EA-18G “ग्राउलर” को अपग्रेड करते समय, नॉर्थ्रॉप (Northrop) इंजीनियरों ने मुझे चुपके से बताया कि उन्होंने इन एंटेना का उपयोग दुश्मन के S-बैंड रडार की फ़्रीक्वेंसी होपिंग के अवरोधन दर को 72% से बढ़ाकर 89% करने के लिए किया था।

इलेक्ट्रॉनिक युद्ध में शामिल कोई भी व्यक्ति जानता है कि स्मार्ट नॉइज़ इंजेक्शन कितना घातक हो सकता है। पिछली बार F-35 के AN/ASQ-239 सिस्टम को अपग्रेड करते समय, हमने पाया कि पारंपरिक एंटेना X-बैंड में 3dB पैटर्न विरूपण पैदा करेंगे — इसने सीधे दुश्मन के रडार रिसीवर के स्वचालित लाभ नियंत्रण (AGC) को प्रभावी ढंग से धोखा देने से रोक दिया। साइनुअस संरचना पर स्विच करने से, 0.25λ इकाई रिक्ति के कारण, पैटर्न के उतार-चढ़ाव को 0.8dB के भीतर दबा दिया गया।

हालिया परीक्षण के दौरान, हमने एक अजीब घटना देखी: जब ध्रुवीकरण विविधता (Polarization Diversity) हस्तक्षेप का सामना करना पड़ा, तो चार-भुजाओं वाले साइनुअस एंटेना की बिट एरर दर (BER) ड्यूल-पोलराइज्ड एंटेना की तुलना में दो परिमाण कम थी। बाद में, फ़्रीक्वेंसी स्वीपिंग के लिए वेक्टर नेटवर्क विश्लेषक का उपयोग करते हुए, हमने पाया कि इसका अंडाकार ध्रुवीकरण अक्षीय अनुपात (Elliptical Polarization Axial Ratio) डायनामिक स्कैनिंग के दौरान 3dB के भीतर स्थिर रहा — यह विशेषता आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक काउंटरमेज़र्स के लिए विशेष रूप से तैयार की गई है।

व्यावहारिक युद्ध मूल्य के संदर्भ में, पिछले साल नाटो के “ट्राइडेंट जंक्चर” अभ्यास के दौरान, इन एंटेना से लैस EC-130H इलेक्ट्रॉनिक युद्धक विमानों ने सफलतापूर्वक सुसंगत संचयी जैमिंग (Coherent Accumulative Jamming) का उपयोग करके S-400 रडार ऑपरेटरों को 12 बैचों के लक्ष्यों के आंदोलन प्रक्षेपवक्र को गलत समझने के लिए गुमराह किया — मुख्य बात यह थी कि एंटीना 2ms के भीतर बाएं हाथ और दाएं हाथ के गोलाकार ध्रुवीकरण (LHCP/RHCP) के बीच स्विच कर सकता था, जो पारंपरिक यांत्रिक रोटेशन विधियों की तुलना में 20 गुना तेज था।

टाइम डोमेन परीक्षण मुख्य बिंदु

पिछले हफ्ते, हमने अभी APSTAR-6D उपग्रह के लिए ध्रुवीकरण अलगाव की एक विसंगति घटना को संभाला (डिजाइन मान से 8dB कम मापा गया)। जब ग्राउंड स्टेशन ने टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमेट्री (TDR) परीक्षण के लिए Keysight PNA-X N5247B का उपयोग किया, तो उसे वेवगाइड घटक के पल्स राइज़ टाइम में 11.3ns का असामान्य दोलन मिला। इस तरह की समस्या, यदि कम पृथ्वी कक्षा नक्षत्र प्रणाली (LEO constellation) में आती है, तो सीधे इंटर-सैटेलाइट लिंक बिट एरर दर को आसमान छूने (BER >10^-3) की ओर ले जाएगी।

जो लोग टाइम डोमेन परीक्षण पर काम करते हैं, वे जानते हैं कि ऑसिलोस्कोप जांच (probe) चुनना परीक्षण से अधिक सिरदर्द पैदा करने वाला होता है। उदाहरण के लिए, WR-22 वेवगाइड्स की क्षणिक प्रतिक्रिया को मापने के लिए GGB इंडस्ट्रीज के 40GHz जांच (मॉडल PP005-SS-40) का उपयोग करने की आवश्यकता होती है, जिसमें वैक्यूम वातावरण में संपर्क दबाव 0.35N±0.05N पर नियंत्रित होना चाहिए — मुझसे मत पूछो कि मुझे कैसे पता, पिछले साल ESA के MetOp-SG मौसम उपग्रह को इस विवरण के कारण पूरी उपग्रह स्वीकृति में तीन महीने की देरी हुई थी।

पिछले साल, BeiDou-3 पेलोड के परीक्षण के दौरान, हमने पाया कि 2MHz से अधिक पल्स रिपिटिशन फ़्रीक्वेंसी (PRF) वेवफ़ॉर्म विरूपण का कारण बनेगी। बाद में, Rohde & Schwarz RTP084 ऑसिलोस्कोप के खंडित मेमोरी फ़ंक्शन का उपयोग करते हुए, हमने प्रत्येक पल्स ट्रेलिंग एज (MIL-STD-461G RS105 आइटम के महत्वपूर्ण मूल्य को पूरा करते हुए) के बाद 9.8mV का एक अवशिष्ट दोलन कैप्चर किया। समाधान वेवगाइड फ्लैंज पर एक फेराइट सर्कुलेटर (Ferrite Circulator) स्थापित करना था, जिसमें हिस्टेरेसिस हानि 0.15dB के भीतर नियंत्रित थी।

हाल ही में, एक निश्चित इलेक्ट्रॉनिक युद्ध प्रणाली के परीक्षण में मदद करना और भी बेतुका था — पारंपरिक स्लाइडिंग लोड विधि (Sliding Load Method) का उपयोग करके मापा गया VSWR हमेशा वेक्टर नेटवर्क विश्लेषक के टाइम-डोमेन मोड से 0.3 अधिक था। यह पता चला कि एनीकोइक कक्ष में मल्टीपाथ परावर्तन (Multipath Reflection) समस्या पैदा कर रहा था; CST स्टूडियो सूट के साथ 3D टाइम-डोमेन सिमुलेशन के बाद ही हमने परावर्तन स्रोत के रूप में टेस्ट बेंच पर स्टेनलेस स्टील के स्क्रू का पता लगाया (टाइटेनियम मिश्र धातु स्क्रू पर स्विच करने से तुरंत इसे 0.25dB कम कर दिया गया)।

यहाँ एक महत्वपूर्ण बिंदु है: उपग्रह-जनित उपकरणों का परीक्षण करते समय, तापमान क्षणिक (temperature transients) के प्रभाव को कभी भी अनदेखा न करें। एक निश्चित सिंथेटिक एपर्चर रडार (SAR) मॉडल के थर्मल वैक्यूम परीक्षण के दौरान, NI PXIe-5160 ऑसिलोस्कोप का उपयोग करते हुए, -55℃ से +85℃ तक तापमान परिवर्तन के दौरान पल्स टॉप पर 0.7% आयाम डुबकी (amplitude dip) कैप्चर की गई थी (ECSS-E-ST-20-07C मानक की विफलता दहलीज को छूते हुए)। समाधान वेवगाइड की भीतरी दीवार पर प्लाज्मा डिपोजिशन उपचार करना था, जिससे एल्यूमिना सबस्ट्रेट सतह खुरदरापन Ra1.6μm से Ra0.4μm कम हो गया।

सबसे चुनौतीपूर्ण मामला जिसका हमने हाल ही में सामना किया है, उसमें एक क्वांटम संचार पेलोड शामिल है जिसका सुपरकंडक्टिंग सर्किट केवल 23ps की चौड़ाई वाले सिंगल फोटॉन पल्स उत्पन्न करता है। इस स्थिति में, पारंपरिक ऑसिलोस्कोप उन्हें कैप्चर ही नहीं कर सकते; अंत में, हमने प्रभावी वेवफ़ॉर्म को मापने के लिए Keysight UXR1104A अल्ट्रा-वाइडबैंड ऑसिलोस्कोप (110GHz बैंडविड्थ) + क्रायोजेनिक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक कन्वर्टर (ऑपरेटिंग तापमान 4K) का उपयोग किया, जिसमें पूरे सिस्टम का समय संदर्भ नासा का डीप स्पेस नेटवर्क (DSN) हाइड्रोजन मेसर क्लॉक था।

दीवार के आर-पार रडार अनुप्रयोग

पिछले साल एक SWAT ऑपरेशन के दौरान, $250,000 मूल्य का ‘थ्रू-वॉल रडार’ पकड़े हुए अधिकारी बंधकों की स्थिति का पता नहीं लगा सके — समस्या इमारत के रीबार मेश (लोहे की जाली) में थी, जिससे साधारण L-बैंड रडार गूँज एक अराजक “माइक्रोवेव पॉपकॉर्न” में बदल गई। इस बिंदु पर, एक शोध संस्थान द्वारा विकसित अल्ट्रा-वाइडबैंड साइनुअस एंटीना का एक प्रोटोटाइप तत्काल लाया गया, जिसने प्रबलित कंक्रीट (reinforced concrete) से तीन महत्वपूर्ण संकेत (vital signs) निकालने में सफलता प्राप्त की।

यह चीज इतनी प्रभावशाली क्यों है? यहाँ एक हार्डकोर पैरामीटर है: 2-18GHz बैंडविड्थ को एक हथेली के आकार के क्षेत्र में समाहित किया गया है। पारंपरिक हॉर्न एंटेना को इसे प्राप्त करने के लिए पांच गुना अधिक आयतन की आवश्यकता होगी, जिससे उन्हें सामरिक जैकेट (tactical vests) में फिट करना असंभव हो जाता है। तब, DARPA इंजीनियरों ने MIL-STD-188-164A परीक्षण मदों में चुपके से एक “शूबॉक्स चैलेंज” (जूते के डिब्बे की चुनौती) जोड़ी थी — सभी घटक एक बूट बॉक्स में फिट होने चाहिए।

[Image showing a through-wall radar device using a sinuous antenna for detecting human presence]

हाल ही में, MIT लिंकन लेबोरेटरी ने कुछ जबरदस्त किया — साइनुअस एंटीना में मेटामटेरियल लेंस को एम्बेड करना। परीक्षण डेटा दिखाता है कि 32 सेमी मोटी कंक्रीट की दीवारों के पीछे मानव सूक्ष्म हलचल का पता लगाने में सटीकता 78% से बढ़कर 93% हो गई। यह प्रयोगशाला डेटा नहीं है; इसे Keysight N5227B नेटवर्क विश्लेषक का उपयोग करके वास्तविक मलबे के क्षेत्रों में मापा गया था।

“मिलीमीटर-वेव थ्रू-वॉल डिटेक्शन बारिश के तूफान में मच्छरों को खोजने जैसा है; पारंपरिक एंटेना या तो बारिश की बूंदों (धातु प्रतिबिंबों) से हस्तक्षेप करते हैं या कम आवृत्ति वाले कंपन संकेतों को छोड़ देते हैं। हमारे फेज-एनकोडेड पल्स प्रत्येक मच्छर को एक विशिष्ट रंग के फ्लोरोसेंट मार्कर के साथ टैग करने के बराबर हैं।” — रेथियॉन में एक अनाम मुख्य अभियंता

माइक्रोवेव विशेषज्ञ जानते हैं कि ब्रूस्टर एंगल इंसीडेंस परावर्तन हानि को कम कर सकता है, लेकिन यह बहु-स्तरीय मीडिया के खिलाफ विफल रहता है। नवीनतम समाधान एंटीना को गेको (छिपकली) के पैर की तरह व्यवहार करना है, वास्तविक समय में सतह सामग्री को महसूस करना और स्वचालित रूप से TE/TM तरंग मिश्रण अनुपात को स्विच करना है। इस तकनीक ने सीधे एक सूचीबद्ध कंपनी के शेयर की कीमत को दो दिनों में 37% बढ़ा दिया क्योंकि उन्होंने स्मार्ट बीमफॉर्मिंग चिप्स में विशेषज्ञता रखने वाले एक स्टार्टअप का अधिग्रहण किया।

दमकल विभागों के तीसरी पीढ़ी के उपकरणों ने अब थर्मोक्रोमिक टैगिंग कार्यों को एकीकृत करना शुरू कर दिया है, जो AR चश्मे में शरीर के तापमान को लाल रंग में चिह्नित करते हैं। लेकिन एक निराशाजनक मुद्दा है: पुराने रेडिएटर झूठे अलार्म ट्रिगर करते हैं। इस साल के नए प्रकाशित पेटेंट US2024189521A1 ने इस दर्द बिंदु को हल किया — डॉप्लर माइक्रो-ट्रेमर विश्लेषण के माध्यम से, लक्ष्य के दिल की धड़कन के हार्मोनिक्स को भी अलग किया जा सकता है।