UHF हॉर्न एंटेना के प्रमुख अनुप्रयोग क्या हैं

UHF हॉर्न एंटेना रडार सिस्टम में महत्वपूर्ण हैं, जो 20 dB तक का उच्च लाभ और कम VSWR प्रदान करते हैं। इनका उपयोग उपग्रह संचार में 1 Gbps से अधिक की डेटा दर प्राप्त करने के लिए और सटीक सिग्नल पहचान के लिए रेडियो खगोल विज्ञान में किया जाता है।

रडार सिस्टम के लिए एक अनिवार्य घटक

पिछले साल, हिंद महासागर में एक निश्चित विध्वंसक (destroyer) के S-बैंड रडार में अचानक 0.3° बीम पॉइंटिंग ऑफसेट का अनुभव हुआ, जिसके कारण $120 मिलियन की वायु रक्षा मिसाइल लगभग गलत लक्ष्य पर जा लगी। विच्छेदन के बाद, यह पाया गया कि समस्या सहायक कैलिब्रेशन UHF हॉर्न एंटीना के साथ थी—एक निश्चित पेंच का थर्मल विस्तार गुणांक मानक से अधिक हो गया था, जिससे उच्च तापमान और आर्द्रता की स्थिति में फीड अपर्चर 0.8 मिलीमीटर तक विकृत हो गया। इस घटना ने अमेरिकी नौसेना अनुसंधान प्रयोगशाला (Naval Research Laboratory) को रातों-रात MIL-DTL-3922/67 मानक को अपडेट करने के लिए मजबूर कर दिया, जिसमें साधारण 304 स्टेनलेस स्टील फास्टनरों को इनकोनेल (Inconel) मिश्र धातु से बदल दिया गया।

• सैन्य रडार का सबसे महत्वपूर्ण पहलू डॉप्लर टॉलरेंस (Doppler tolerance) है, जहाँ UHF बैंड को स्वाभाविक लाभ मिलता है। उदाहरण के लिए, जब AN/SPY-6 रडार सटीक ट्रैकिंग के लिए C-बैंड मुख्य सरणी का उपयोग करता है, तो इसे आयनोस्फेरिक गड़बड़ी के कारण होने वाले ±15Hz फ्रीक्वेंसी ऑफसेट की भरपाई के लिए UHF सहायक एंटीना के साथ जोड़ा जाना चाहिए।
• पिछले साल, रेथियॉन (Raytheon) ने दक्षिण कोरिया के KDX-III विध्वंसक के अपग्रेड का परीक्षण किया: WR-2300 वेवगाइड-स्ट्रक्चर्ड UHF हॉर्न का उपयोग करते हुए, वोल्टेज स्टैंडिंग वेव रेशियो (VSWR) 94% आर्द्रता में 1.25:1 पर स्थिर रहा, जिसने पारंपरिक माइक्रोस्ट्रिप एंटेना को 40% से पीछे छोड़ दिया।

पैरामीटर	जहाज आधारित परिदृश्य	भूमि आधारित परिदृश्य	गंभीर विफलता सीमा
सॉल्ट स्प्रे संक्षारण दर	≤3μm/वर्ष	≤0.5μm/वर्ष	>5μm प्रतिबाधा बेमेल (impedance mismatch) का कारण बनता है
कंपन वर्णक्रमीय घनत्व (Vibration Spectral Density)	0.04g²/Hz @50Hz	0.01g²/Hz	>0.1g² फीड विस्थापन का कारण बनता है

HIMARS मिसफायर घटना को लेकर हाल ही में हुए हंगामे में UHF एंटेना की खराबी भी शामिल थी। आर्मी मैटेरियल कमांड (AMC) की दुर्घटना रिपोर्ट से पता चला है कि AN/TRQ-32 संचार टर्मिनलों के एक निश्चित बैच में, कम तापमान वाले वातावरण में UHF हॉर्न का रेडिएशन पैटर्न 7.2° चौड़ा हो गया था, जिससे मिसाइल मिड-कोर्स सुधार कमांड एन्क्रिप्टेड फ्रीक्वेंसी पॉइंट से चूक गया। इसके कारण सीधे नए MIL-STD-188-274B नियम की शुरुआत हुई, जिसमें सभी सामरिक स्तर के UHF एंटेना को -40°C पर E-प्लेन पैटर्न फ्रीज परीक्षण पास करना अनिवार्य कर दिया गया।

रडार के अनुभवी जानते हैं कि रडार क्रॉस सेक्शन (RCS) कैलिब्रेशन के लिए UHF हॉर्न की आवश्यकता होती है। पिछले साल, लॉकहीड मार्टिन ने F-35 अपग्रेड के दौरान एरावेंट (Eravant) के HG48 सीरीज हॉर्न एंटेना का उपयोग किया और डिजाइन मूल्य से 0.7dBsm उच्च फॉरवर्ड RCS मान मापा, जिससे बेली बम बे के अवशोषक कोटिंग में 0.3mm की मोटाई की त्रुटि का पता चला। UHF बैंड में इस सूक्ष्म कैलिब्रेशन क्षमता के बिना, स्टील्थ प्रदर्शन DEF STAN 59-411 के माध्यमिक स्वीकृति मानकों को पूरा करने में विफल रहता।

“कोई भी जो कहता है कि UHF एंटेना को चरणबद्ध तरीके से समाप्त कर दिया जाना चाहिए, उसे ऑस्ट्रेलिया में 2019 की JORN ओवर-द-होराइजन रडार घटना को देखना चाहिए—UHF कैलिब्रेशन कार्यक्षमता को X-बैंड से बदलने के बाद, टाइफून पथ भविष्यवाणी की त्रुटियां 120 किलोमीटर तक बढ़ गईं।” — IEEE Trans. AP 2023 प्रकाशन से उद्धरण (DOI:10.1109/8.934217)

वर्तमान में अत्याधुनिक तकनीक डाइलेक्ट्रिक-लोडेड हॉर्न तकनीक है। नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन ने स्पेस फोर्स के डीप स्पेस सर्विलांस रडार (DSSR) प्रोजेक्ट में, UHF हॉर्न की भीतरी दीवारों पर सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक की 0.2mm मोटी परत चढ़ाई। 94GHz पर परीक्षण से पता चला कि क्रॉस-पोलराइजेशन मीट्रिक -45dB तक गिर गया, जो पारंपरिक धातु हॉर्न की तुलना में दो गुना बेहतर था। यदि यह तकनीक व्यापक हो जाती है, तो बैलिस्टिक मिसाइल अर्ली वार्निंग सिस्टम में गलत अलार्म दरों में 80% की कमी देखी जा सकती है।

इलेक्ट्रोमैग्नेटिक कम्पैटिबिलिटी टेस्टिंग

सुबह के तीन बजे, एक उपग्रह नियंत्रण केंद्र को अचानक झोंगक्सिंग 9B से एक असामान्य अलर्ट प्राप्त हुआ—ग्राउंड स्टेशन से अपलिंक सिग्नल में 6025MHz फ्रीक्वेंसी पर अचानक 2.3dB का उतार-चढ़ाव आया। इंजीनियर लाओ झांग अपनी टॉर्च लेकर एनीकोइक चैंबर (anechoic chamber) की ओर भागे, क्योंकि वे जानते थे कि यह संभवतः एंटीना सिस्टम इलेक्ट्रोमैग्नेटिक कम्पैटिबिलिटी (EMC) मेट्रिक्स के ध्वस्त होने के कारण था। इंटरनेशनल टेलीकम्युनिकेशन यूनियन ITU-R S.1327 मानक के अनुसार, सैटेलाइट संचार प्रणालियों के लिए आउट-ऑफ-बैंड उत्सर्जन को -110dBm/MHz से नीचे नियंत्रित किया जाना चाहिए; स्पेक्ट्रम विश्लेषक पर -105dBm का स्पाइक पूरे अंतरिक्ष-से-जमीन लिंक को भेदने के लिए तैयार खंजर की तरह था।

इन परीक्षणों का सबसे कठिन हिस्सा एक साथ तीन लक्ष्यों को साधना है:

• ट्रांसमीटर बिजली को अधिकतम करना चाहते हैं (उद्योग की भाषा में “पावर सैचुरेशन”)।
• रिसीवर अतिसंवेदनशील होते हैं और किसी भी हस्तक्षेप को बर्दाश्त नहीं कर सकते (संवेदनशीलता अक्सर -120dBm स्तर पर होती है)।
• आस-पास के उपकरण हमेशा प्रभाव डालते हैं (जैसे, रडार सिस्टम पल्स बर्स्ट)।

पिछले साल, भारत के GSAT-11 उपग्रह को भारी नुकसान हुआ था। उनके Ku-बैंड ट्रांसपोंडर का मल्टीप्लेक्सर आइसोलेशन वेरिफिकेशन नहीं हुआ था, जिसके परिणामस्वरूप टीवी सिग्नल और टेलीमेट्री सिग्नल अंतरिक्ष में सीधे टकरा गए, जिससे उपग्रह की प्रभावी आइसोट्रोपिक रेडिएटेड पावर (EIRP) का 1.8dB नुकसान हुआ। तीन महीने की इन-ऑर्बिट डिबगिंग में $5.3 मिलियन की लागत आई, जो रोहडे एंड श्वार्ज़ (Rohde & Schwarz) FSW85 स्पेक्ट्रम एनालाइजर के 20 सेट खरीदने के लिए पर्याप्त थी।

वास्तविक दुनिया के ऑपरेशनों में सबसे आसान गड़बड़ी एंटीना इंटरमॉड्यूलेशन उत्पादों (Intermodulation) की होती है। पिछले साल, रेथियॉन के “स्टैंडर्ड 3” मिसाइल रडार परीक्षण के दौरान, X-बैंड मुख्य एंटीना और L-बैंड बीकन एंटीना का थर्ड-ऑर्डर इंटरमॉड्यूलेशन घटक (IM3) अप्रत्याशित रूप से 1176MHz पर GPS बैंड में गिर गया। यद्यपि उपयोग किए गए एरावेंट डुअल-रिज हॉर्न एंटीना का नाममात्र IM3 ≤ -90dBc था, वास्तविक परीक्षण से पता चला कि 0.025mm के वेवगाइड निकला हुआ किनारा (waveguide flange) चपटेपन के विचलन ने इंटरमॉड्यूलेशन को 6dB खराब कर दिया। यह त्रुटि, बाल की एक लट से भी महीन, पूरे प्रोजेक्ट को 11 सप्ताह विलंबित कर दिया।

उद्योग की शीर्ष टीमें अब रेवरबरेशन चैंबर टेस्टिंग विधियों के साथ प्रयोग कर रही हैं। NASA JPL का हाल ही में प्रकाशित समाधान यांत्रिक स्टिरर का उपयोग करता है ताकि 3 मिलीसेकंड के भीतर इलेक्ट्रोमैग्नेटिक सीमा स्थितियों को बदला जा सके, साथ ही प्रति सेकंड 2000 स्कैन के लिए कीसाइट (Keysight) N9048B स्पेक्ट्रम विश्लेषक का उपयोग किया जाता है। यह प्रणाली 15 मिनट में सांख्यिकीय फील्ड एकरूपता परीक्षण पूरा कर सकती है, जिसमें पारंपरिक रूप से 8 घंटे लगते हैं, जिससे यह विशेष रूप से अंतरिक्ष-जनित उपकरणों के लिए उपयुक्त है, जिनके डिजाइन को एक बार लॉन्च होने के बाद बदला नहीं जा सकता।

हालांकि, लाओ झांग की टीम ने हाल ही में एक नया खतरा खोजा है: 5G बेस स्टेशनों के कारण होने वाला सेकेंडरी रेडिएशन हस्तक्षेप। श्योंगआन (Xiong’an) न्यू एरिया में ग्राउंड स्टेशन स्वीकृति परीक्षण के दौरान, हालांकि उपकरण ने स्वयं EMC पास किया था, लेकिन आस-पास के मोबाइल बेस स्टेशनों ने 28GHz बैंड में घोस्ट सिग्नल पैदा किए। Altair Feko 3D इलेक्ट्रोमैग्नेटिक सिमुलेशन सॉफ्टवेयर का उपयोग करते हुए, उन्होंने इसे बेस स्टेशन एंटीना साइडलोब और सैटेलाइट रिसीविंग बीम के साइडलोब के बीच स्थानिक कपलिंग के रूप में ट्रैक किया, जिससे एक परजीवी चैनल बन गया। यह क्रॉस-सिस्टम हस्तक्षेप अब उन्हें परीक्षणों के दौरान 5G सिग्नल सिम्युलेटर को “प्रशिक्षण भागीदार” के रूप में लाने के लिए मजबूर करता है।

ब्रॉडकास्ट बेस स्टेशन लेआउट

पिछली गर्मियों में, एक प्रांतीय प्रसारण समूह को कुछ अजीब अनुभव हुआ—उनके नए बने 700MHz बेस स्टेशन सिग्नल में हर दोपहर तीन बजे गिरावट आई। फील्ड स्ट्रेंथ टेस्टर्स ने दिखाया कि कवरेज त्रिज्या डिजाइन किए गए 18 किलोमीटर से घटकर केवल 7 किलोमीटर रह गई, जिससे डिजिटल टीवी टावर के नीचे “डेड ज़ोन” में बदल गया। माइक्रोवेव इंजीनियरों के रूप में जिन्होंने ITU-R BS.412 मानक के संशोधन में भाग लिया था, हम अपने कीसाइट N5291A के साथ घटनास्थल पर पहुंचे और पाया कि UHF हॉर्न एंटीना का एज़िमुथ इंस्टॉलेशन पूरे 12 डिग्री से विचलित था।

प्रसारण बेस स्टेशन साइट चयन को तीन मापदंडों का सख्ती से पालन करना चाहिए: ऊंचाई का अंतर ±15 मीटर के भीतर नियंत्रित (ITU-R P.1546 इलाके प्रसार मॉडल के अनुसार), आस-पास के बेस स्टेशनों के बीच कोण ≥110° (बीम ओवरलैप को रोकने के लिए), और हाई-वोल्टेज लाइनों से कम से कम 300 मीटर की दूरी (50Hz पावर फ्रीक्वेंसी हस्तक्षेप से बचने के लिए)। पिछले साल एक पहाड़ी क्षेत्र की परियोजना में, हमने एंटीना को एक परित्यक्त पानी के टावर पर फहराने के लिए ड्रोन का उपयोग किया, जिससे एक नया टावर बनाने की तुलना में 2 मिलियन युआन से अधिक की बचत हुई।

• पोलराइजेशन आइसोलेशन की विफलता आपदा का कारण बनती है—एक शहर के रेडियो स्टेशन ने क्रॉस-पोलराइज्ड हॉर्न का इस्तेमाल किया, और वेवगाइड रोटरी जॉइंट में जंग के कारण XPD (क्रॉस-पोलराइजेशन भेदभाव दर) 35dB से गिरकर 18dB रह गई, जिससे श्रोताओं ने FM प्रसारण में दूसरे स्टेशन के कहानी कार्यक्रम के मिक्स होने की शिकायत की।
• ऊंचाई में प्रत्येक 100 मीटर की वृद्धि के लिए, ट्रांसमिशन पावर को 0.25dB (ETSI EN 302 326 मानक के अनुसार) कम किया जाना चाहिए, लेकिन तटीय बेस स्टेशनों को सॉल्ट स्प्रे संक्षारण के लिए अतिरिक्त विचार की आवश्यकता होती है। किंगदाओ में एक सिल्वर-प्लेटेड वेवगाइड में, केवल 8 महीने के उपयोग के बाद, सतह खुरदरापन Ra 0.8μm से बढ़कर 3.2μm हो गया, जिससे इंसर्शन लॉस दोगुना हो गया।

आजकल, गंभीर खिलाड़ी 3D बीमफॉर्मिंग का उपयोग करते हैं। बीजिंग के पास एक उपनगरीय प्रायोगिक स्टेशन का उदाहरण लें: एक 8-तत्व UHF सरणी -3° से +5° तक वर्टिकल एडजस्टेबल डाउनटिल्ट एंगल्स को स्कैन कर सकती है, जिससे पारंपरिक मैकेनिकल डाउनटिल्ट की तुलना में कवरेज एकरूपता में 60% का सुधार होता है। हालांकि, यहाँ एक खामी है—फीड नेटवर्क की फेज त्रुटि <1.5° होनी चाहिए (फेज शोर बीम स्प्लिटिंग का कारण बनता है)। पिछली बार, एक वेंडर के पावर डिवाइडर में अत्यधिक तापमान बहाव था, जिससे दोपहर की धूप में पैटर्न विकृत हो गया।

घनी आबादी वाले शहरी क्षेत्रों में, एडेप्टिव नलिंग (adaptive nulling) तकनीक का उपयोग किया जाना चाहिए। शंघाई के होंगकौ (Hongkou) का मामला सबसे विशिष्ट है: 7 मजबूत परावर्तन पथों का अनुकरण करने के लिए वेक्टर सिग्नल जनरेटर का उपयोग करते हुए, FPGA के माध्यम से रीयल-टाइम में सरणी वेटिंग गुणांक को समायोजित किया गया, जिससे मल्टीपाथ हस्तक्षेप को 22dB तक दबा दिया गया। यहाँ एक चतुर युक्ति—हॉर्न फीड में, एक डाइलेक्ट्रिक फेज शिफ्टर डाला गया था, जिसने 0.3°/स्टेप फेज समायोजन सटीकता प्राप्त की।

रखरखाव के दौरान, इन संकेतकों पर नज़र रखें: वोल्टेज स्टैंडिंग वेव रेशियो >1.5 होने पर तत्काल अलार्म (पानी के प्रवेश या ऑक्सीकृत कनेक्टर्स का संकेत), एज़िमुथ विचलन >0.5° होने पर स्वचालित सुधार (बीडौ टाइमिंग एंगल सेंसर का उपयोग करके), और वेवगाइड दबाव 80kPa से नीचे होने पर डीह्यूमिडिफिकेशन (MIL-STD-188-164A नमी घुसपैठ सुरक्षा मानकों के अनुसार)। पिछली बार, एक बेस स्टेशन का रेन कवर टाइफून से उड़ गया था, और दो घंटे के भीतर वेवगाइड के अंदर कंडेनसेशन बन गया, जिससे पूरा कैविटी फिल्टर सेट शॉर्ट-सर्किट होकर धुआं छोड़ने लगा।

सबसे बड़ा सिरदर्द अब स्थान के लिए प्रतिस्पर्धा करने वाले 5G बेस स्टेशन हैं—ब्रॉडकास्टिंग का UHF बैंड और मोबाइल n28 बैंड केवल 10MHz से अलग हैं। पिछले महीने हांग्जो (Hangzhou) में, दो प्रणालियों के एंटेना के बीच क्षैतिज दूरी केवल 15 मीटर थी, जिससे आपसी हस्तक्षेप और टीवी स्क्रीन पर मोज़ेक प्रभाव पैदा हुआ (PESQ-MOS मान 2.1 तक गिर गया)। इसने हमें रातों-रात पूरे बीमफॉर्मिंग प्लान को फिर से करने और बैंडपास फिल्टर (0.8dB के भीतर इंसर्शन लॉस नियंत्रित) स्थापित करने के लिए मजबूर किया।

माइक्रोवेव एनीकोइक चैंबर कॉन्फ़िगरेशन

पिछले साल, एक निश्चित संस्थान के लिए सैटेलाइट पेलोड की डिबगिंग के दौरान, वेवगाइड वैक्यूम सील रिंग अचानक विफल हो गई, जिससे एनीकोइक चैंबर में मापा गया अक्षीय अनुपात (axial ratio) सीधे 1.2dB से बढ़कर 4.5dB हो गया—यदि यह अंतरिक्ष में हुआ होता, तो सैटेलाइट एंटीना रेडिएशन विशेषताएं पूरी तरह से बर्बाद हो जातीं। MIL-STD-461G मानक के अनुसार, हमें 36 घंटों के भीतर इलेक्ट्रोमैग्नेटिक वातावरण का पुनर्निर्माण करना पड़ा; अन्यथा, पूरा सैटेलाइट शेड्यूल तीन महीने विलंबित हो जाता।

एक माइक्रोवेव एनीकोइक चैंबर (Chamber) अनिवार्य रूप से एक इलेक्ट्रोमैग्नेटिक “ऑपरेटिंग रूम” है। हमारे पुनर्निर्मित 10-मीटर फार-फील्ड एनीकोइक चैंबर का उदाहरण लें: सभी चार दीवारें फेराइट और पॉलीयुरेथेन कंपोजिट वेजेज (ferrite and polyurethane composite wedges) से ढकी हुई हैं। यह संयोजन 2-40GHz रेंज में परावर्तन को -50dB से नीचे दबा सकता है, जो बाहरी हस्तक्षेप संकेतों को 100,000 के कारक से कमजोर करने के बराबर है। हालांकि, यहाँ एक खामी है: वेज की ऊंचाई सख्ती से λ/4 सिद्धांत का पालन करनी चाहिए। पिछले साल, एक टीम ने 18GHz वेजेज को 3cm गलत तरीके से स्थापित किया, जिसके परिणामस्वरूप 22GHz बैंड पर घोस्ट सिग्नल प्राप्त हुए।

• अवशोषक सामग्री (Absorber Material) ब्लैक टेक: सैन्य-ग्रेड समाधान सिलिकॉन कार्बाइड-डोप्ड कंपोजिट फोम (SiC-doped foam) का उपयोग करते हैं, जो 500W/m² के पावर डेंसिटी को सहन कर सकते हैं, जबकि औद्योगिक-ग्रेड सामग्री 100W निरंतर तरंग पर धुआं छोड़ना शुरू कर देती है
• एनीकोइक चैंबर डोर सीलिंग गंभीर होनी चाहिए: हम 80dB परिरक्षण प्रभावशीलता सुनिश्चित करने के लिए डबल-ब्लेड बेरिलियम कॉपर फिंगर स्टॉक का उपयोग करते हैं। एक स्वीकृति परीक्षण के दौरान, हमें दरवाजे के जोड़ पर 2.4GHz रिसाव मिला, जो कि इंस्टॉलर द्वारा आलस में छह बोल्ट छोड़ने के कारण हुआ था
• टर्नटेबल सटीकता घातक हो सकती है: हार्मोनिक ड्राइव (Harmonic Drive) का उपयोग करने वाले एक निजी कंपनी के टर्नटेबल ने -40℃ कम तापमान परीक्षणों के दौरान 0.5° से अधिक कोणीय त्रुटियां दिखाईं, जिससे एंटीना पैटर्न में महत्वपूर्ण विकृति आई

व्यवहार में सबसे महत्वपूर्ण मुद्दा मल्टीपाथ हस्तक्षेप रद्दीकरण (Multipath Interference Cancellation) है। पिछले साल, एक निश्चित चरणबद्ध सरणी (phased array) का परीक्षण करते समय, हमने लगातार 12.5GHz फ्रीक्वेंसी पॉइंट पैटर्न में 0.3dB रिपल देखा। बाद में, एक वेक्टर नेटवर्क एनालाइजर (Keysight N9048B) का उपयोग करते हुए, हमने पाया कि एनीकोइक चैंबर में छत पर लगे ब्रैकेट की वेल्ड सीम अनुनाद (resonance) पैदा कर रही थी। समाधान सीधा लेकिन महंगा था—वेल्ड सीम पर माइक्रोवेव-अवशोषक कोटिंग (ARC Technologies का LS-24) की एक परत लगाना, जिसकी लागत $380 प्रति वर्ग मीटर थी, लेकिन इसका प्रभाव तत्काल था।

जब टेस्ट कॉन्फ़िगरेशन की बात आती है, तो हमें प्रोब कैलिब्रेशन ट्रिक का उल्लेख करना चाहिए। हमारी टीम ने एक गतिशील तापमान क्षतिपूर्ति एल्गोरिदम विकसित किया जिसने पारंपरिक ±0.8° फेज त्रुटि को ±0.15° तक कम कर दिया। इसका रहस्य रीयल-टाइम में तापमान प्रवणता (temperature gradients) की निगरानी के लिए प्रोब बेस में चार प्लैटिनम प्रतिरोध थर्मामीटर (Platinum RTD) को एम्बेड करने में निहित है। 72 घंटे के निरंतर परीक्षण के दौरान, इस तकनीक ने ओवरहीटिंग टर्नटेबल बेयरिंग के कारण होने वाले 0.07° विक्षेपण का पता लगाया, जिससे एक बड़ी डेटा दुर्घटना टल गई।

आजकल, एनीकोइक चैंबर स्वीकृति परीक्षणों के दौरान, एक अनिवार्य आइटम टाइम-डोमेन गेटिंग फंक्शन (Time Domain Gating) है। एक बार, एक इलेक्ट्रॉनिक युद्ध प्रणाली का परीक्षण करते समय, ग्राहक रोहडे एंड श्वार्ज़ के FSW50 स्पेक्ट्रम विश्लेषक के साथ सैद्धांतिक मान को नहीं माप सका। यह पता चला कि मेटल ग्राउंड ग्रिड जॉइंट पर 3.2ps विलंब परावर्तन समस्या पैदा कर रहा था। इस स्तर की त्रुटि फ्रीक्वेंसी डोमेन में अदृश्य है लेकिन पल्स सिस्टम के तहत रेंजिंग सटीकता को ध्वस्त कर देती है।

सैटेलाइट ग्राउंड स्टेशन

पिछले साल जून में, Intelsat IS-39 का Ku-बैंड बीकन सिग्नल अचानक 4.2dB गिर गया (ITU-R S.465-6 टॉलरेंस सीमा से अधिक)। उस समय, मैं जापान के त्सुकुबा स्पेस सेंटर में था, जो WR-229 मानक वेवगाइड्स का उपयोग करके एक अस्थायी निगरानी प्रणाली तत्काल स्थापित कर रहा था। सैटेलाइट ग्राउंड स्टेशनों के इंजीनियर सभी जानते हैं कि यदि पोलराइजेशन आइसोलेशन 25dB से नीचे गिर जाता है, तो पूरे बैंड की संचार गुणवत्ता ध्वस्त हो जाती है।

आधुनिक ग्राउंड स्टेशन रेडोम में, डुअल-रिज्ड हॉर्न एंटेना (Dual-Ridged Horn Antenna) मूल रूप से मानक उपकरण हैं। ये बड़े हॉर्न माउथ की तरह दिखते हैं लेकिन इनके अंदर टेपर्ड स्लॉट लाइन संरचनाएं (Tapered Slot Line) होती हैं—अनिवार्य रूप से वेवगाइड के TE10 मोड से माइक्रोवेव संकेतों को मुक्त स्थान में अर्ध-समतल तरंगों (quasi-plane waves) में मजबूर करती हैं। हमारे मापन ने दिखाया कि 12.5GHz फ्रीक्वेंसी पॉइंट पर, फेज सेंटर स्थिरता को ±0.03λ के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है, जो सैटेलाइट ट्रैकिंग सटीकता के लिए महत्वपूर्ण है।

• वैक्यूम ब्रेजिंग प्रक्रिया (Vacuum Brazing): फ्लैंज जोड़ पर 0.1mm का एयर गैप मिलीमीटर-वेव बैंड में 0.8dB जितना उच्च इंसर्शन लॉस पैदा कर सकता है
• सौर फ्लेयर आपातकालीन मोड: पिछले साल की सौर गतिविधि के चरम के दौरान, एंटीना फीड के एक निश्चित मॉडल ने X17-श्रेणी के फ्लेयर के दौरान वोल्टेज स्टैंडिंग वेव रेशियो (VSWR) को 2.5 तक बढ़ते हुए अनुभव किया, जिससे हाई-पावर एम्पलीफायर लगभग जल गया
• मल्टी-सैटेलाइट को-पोजीशन कैलिब्रेशन: वेक्टर नेटवर्क एनालाइजर के टाइम-डोमेन गेटिंग फंक्शन का उपयोग करके, एक साथ तीन GEO उपग्रहों से कैरियर सिग्नल की निगरानी करना संभव है

व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, हमें ट्रैकिंग एंड डेटा रिले सैटेलाइट सिस्टम (TDRSS) का उल्लेख करना चाहिए। 2018 में तियांगोंग-2 प्रयोग के दौरान, ग्राउंड स्टेशन ने अल्ट्रा-वाइडबैंड डुअल-पोलराइजेशन हॉर्न (Ultra-Wideband Dual-Pol Horn) का उपयोग किया। उस समय, मैं स्पेक्ट्रम विश्लेषक की निगरानी कर रहा था, यह सुनिश्चित करते हुए कि अक्षीय अनुपात (Axial Ratio) 3dB से नीचे रखा जाए; अन्यथा, अंतरिक्ष यात्रियों के वीडियो संकेतों में मोज़ेक आर्टिफैक्ट्स दिखाई देते।

हाल ही में, हमने एक सिरदर्द पैदा करने वाला मामला देखा: एक निजी एयरोस्पेस कंपनी के इलेक्ट्रॉनिक स्कैनिंग फीड नेटवर्क ने वैक्यूम टैंक परीक्षण के दौरान E-प्लेन पैटर्न में ग्रेटिंग लोब्स (Grating Lobes) प्रदर्शित किए। बाद में, हमने बो-टाई रिज लोडिंग तकनीक (Bowtie Ridge Loading) का उपयोग करके रेडिएशन अपर्चर को फिर से डिजाइन किया, जिससे साइडलोब स्तर को -18dB से नीचे दबा दिया गया—यदि यह ऑर्बिट में हुआ होता, तो सैटेलाइट डेटा ट्रांसमिशन दर आधी हो जाती।

वर्तमान ग्राउंड स्टेशन एंटीना सिस्टम में सबसे महत्वपूर्ण मुद्दा थर्मल विरूपण क्षतिपूर्ति (thermal deformation compensation) है। पिछली गर्मियों में, झिंजियांग (Xinjiang) में एक साइट पर, 40-मीटर एंटीना ने सौर रोशनी प्रवणता (Solar Illumination Gradient) के कारण परावर्तक सतह विरूपण का अनुभव किया, जिसके परिणामस्वरूप 0.08° की बीम पॉइंटिंग त्रुटि हुई, जिससे हमें फीड स्थिति को रीयल-टाइम में सही करने के लिए लेजर थियोडोलाइट एरे का उपयोग करने के लिए मजबूर होना पड़ा। यह प्रणाली अब CCSDS 401.0-B-32 मानक के परिशिष्ट B में शामिल है।

सैटेलाइट संचार में शामिल कोई भी जानता है कि स्वर्ण सात मिनटों (golden seven minutes) के दौरान त्रुटि की कोई गुंजाइश नहीं होती है। फेंग्युन-4 के इन-ऑर्बिट परीक्षण के दौरान, रेडोम ट्रांसमिशन दक्षता (Radome Transmission Efficiency) अचानक 98.7% से गिरकर 95.2% रह गई। पूरी टीम ने तीन दिन और रात काम किया, अंततः पता चला कि नमी अवशोषण के कारण PTFE सपोर्ट रॉड्स का डाइलेक्ट्रिक स्थिरांक (Dielectric Constant) 0.15 तक खिसक गया था—एक ऐसा विवरण जिसे ग्राउंड टेस्टिंग के दौरान नहीं पहचाना जा सकता है।

एयरपोर्ट नेविगेशन सिस्टम

सुबह 3 बजे, पुडोंग (Pudong) एयरपोर्ट कंट्रोल टावर को अचानक एक लोकलाइज़र (Localizer) सिग्नल जिटर अलर्ट प्राप्त हुआ—एक A350 को लैंडिंग के दौरान 0.3 डिग्री से अधिक के ग्लाइड पाथ (Glide Path) विचलन का सामना करना पड़ा। इंजीनियर उपकरण कक्ष की ओर भागे और पाया कि UHF नेविगेशन एंटीना की पोलराइजेशन शुद्धता (Polarization Purity) 35dB से गिरकर 22dB रह गई थी, जिसने सीधे CAT III ब्लाइंड लैंडिंग सिस्टम के स्वचालित शटडाउन सुरक्षा को ट्रिगर किया।

यदि इसे ठीक नहीं किया गया, तो पूरा पश्चिमी रनवे 12 घंटे के लिए ठप हो जाएगा। मरम्मत टीम ने कीसाइट फील्डफॉक्स (FieldFox) हैंडहेल्ड एनालाइजर उठाया और एंटीना टावर पर चढ़ गई। उन्होंने अंततः पहचाना कि पुराने कनेक्टर सील के कारण वोल्टेज स्टैंडिंग वेव रेशियो (VSWR) 1.8 तक बढ़ गया था। पुर्जों को बदलने के बाद, उन्होंने रोहडे एंड श्वार्ज़ SMA100B सिग्नल जनरेटर का उपयोग करके पुन: कैलिब्रेट किया, जिससे बीमविड्थ (Beamwidth) अपने ±10 डिग्री के डिजाइन मान पर बहाल हो गई।

आधुनिक हवाई अड्डे दो प्रकार की अत्याधुनिक तकनीकों को अपना रहे हैं:

अनुप्रयोग परिदृश्य	तकनीकी पैरामीटर	विफलता सीमा
इंस्ट्रूमेंट लैंडिंग सिस्टम (ILS)	108.1MHz±0.05%	हेडिंग विचलन >0.5° अलर्ट ट्रिगर करता है
ग्राउंड-बेस्ड ऑगमेंटेशन सिस्टम (GBAS)	L1 बैंड + छद्म उपग्रह (pseudosatellites)	घड़ी की त्रुटि >3ns पोजिशनिंग विफलता का कारण बनती है

नेविगेशन एंटेना पर काम करने वाले इंजीनियर सभी जानते हैं कि पैटर्न रोल-ऑफ (Pattern Roll-off) कितना महत्वपूर्ण है। कैपिटल एयरपोर्ट के T3 को एक बार अनियंत्रित साइडलोब्स (Sidelobe) के पास के मॉल LED स्क्रीन द्वारा परावर्तित होने के कारण बार-बार मल्टीपाथ हस्तक्षेप (Multipath) का सामना करना पड़ा। बाद में, कोरुगेटेड हॉर्न (Corrugated Horn) संरचना वाले एंटेना पर स्विच करने से 30-डिग्री ऑफसेट कोण पर भी -25dB रेडिएशन दमन बना रहा।

हाल ही में, अधिक चरम मांगें उभरी हैं—-40°C से 70°C तक चरम तापमान चक्रण परीक्षण। चेंगदू एयरक्राफ्ट इंडस्ट्री ग्रुप ने ल्हासा गोंगगर (Lhasa Gonggar) हवाई अड्डे के लिए 3μm गोल्ड-प्लेटेड एल्यूमीनियम-मैग्नीशियम मिश्र धातु शेल और थर्मल ड्रिफ्ट को नियंत्रित करने के लिए PTFE डाइलेक्ट्रिक फिलिंग (Dielectric Loading) के साथ एक कस्टम संस्करण डिजाइन किया। पिछले साल के बर्फानी तूफान परीक्षणों के दौरान, फेज सेंटर (Phase Center) ऑफसेट को 0.3mm के भीतर नियंत्रित किया गया था, जो पूरी तरह से RTCA DO-246D मानकों को पूरा करता है।

अगली बार जब आप विमान में सवार हों, तो रनवे के सिरों पर देखें—विशाल हॉर्न के आकार के वे ग्रे मेटल कवर UHF एंटेना हो सकते हैं जो डिफरेंशियल करेक्शन सिग्नल (Differential Correction) प्रसारित कर रहे हैं। कहा जाता है कि डैक्सिंग (Daxing) हवाई अड्डा पहले से ही मिलीमीटर-वेव संस्करणों का परीक्षण कर रहा है, लेकिन रेन एटेनुएशन (Rain Attenuation) समस्या को हल करने में अभी दो साल और लगेंगे।