رادار النطاق Ku أم النطاق Ka لكشف الطائرات المسيّرة؟

من يقارن بين رادارات مكافحة الطائرات المسيّرة يصطدم عاجلا أم آجلا بسؤال نطاق التردد. النطاقان X وKu يهيمنان على السوق اليوم، لكن أنظمة النطاق Ka تظهر أكثر عاما بعد عام، واعدة عادة بدقة أدق من هوائي أصغر. والاختيار الصحيح يرجع إلى الفيزياء والطقس والمهمة، لا إلى أي تردد يوحي بأنه “الأكثر تقدما”.

تقارن هذه المقالة النطاق Ku بالنطاق Ka في كشف الطائرات المسيّرة الصغيرة تحديدا. وللمقارنة بالترددات الأدنى راجع رادار النطاق X مقابل النطاق Ku لكشف الطائرات المسيّرة، ولجولة أوسع عبر النطاقات راجع رادار النطاق C مقابل X مقابل Ku.

أين يقع النطاقان؟

يغطي النطاق Ku تقريبا 12 إلى 18 غيغاهرتز، بطول موجي يقارب 2 سنتيمتر. أما النطاق Ka فيغطي تقريبا 27 إلى 40 غيغاهرتز، بطول موجي دون سنتيمتر واحد — أي الحافة الدنيا مما يسميه المهندسون الموجات المليمترية.

يقع النطاقان معا فوق الترددات الدنيا المزدحمة وتحت مناطق الامتصاص الكثيف في الأعلى. وبينهما، قرب 22 غيغاهرتز، تقع ذروة امتصاص لبخار الماء يتجنبها المصممون. وفي النطاق Ka نفسه نافذة جوية مواتية حول 35 غيغاهرتز يتركز فيها معظم العمل الراداري في هذا النطاق.

ولا نطاق منهما محجوز للرادار وحده. فالنطاق Ku مشترك مع وصلات الأقمار الصناعية الهابطة والصاعدة، والنطاق Ka مشترك مع النطاق العريض الفضائي ومع خدمات 5G للموجات المليمترية عند حافته الدنيا. وتختلف تخصيصات الرادار الدقيقة والترخيص من دولة إلى أخرى، وهذا اعتبار مهم في مشاريع التصدير.

حجم الهوائي وعرض الحزمة والدقة

عند فتحة هوائي معطاة يتناسب الكسب مع مربع التردد. لذلك فالانتقال من Ku إلى Ka يشتري لك واحدا من أمرين:

• حزمة أضيق ودقة زاوية أدق من هوائي بالحجم نفسه، أو
• أداء الحزمة نفسه من هوائي أصغر وأخف بكثير.

وهذه هي ورقة النطاق Ka الرابحة في الأنظمة المدمجة. فرادار قصير المدى يجب أن يُركّب على سقف مركبة أو رأس سارية أو حتى كحمولة على طائرة مسيّرة يستطيع بلوغ أداء حزمة مقبول دون مصفوفة كبيرة.

أما دقة المدى فتحددها سعة نطاق الإشارة لا تردد الحامل، لكن النطاقات الأعلى تيسّر تحقيق عرض نطاق مطلق واسع ضمن عرض نطاق نسبي معقول. ولهذا تقدم مستشعرات النطاق Ka في الغالب دقة المدى والدوبلر الفائقة المستخدمة في التحليل التفصيلي للأهداف.

الطقس والتوهين الجوي

هنا تنعطف المقارنة. فتوهين المطر يتصاعد بحدة مع ازدياد التردد: في المطر المتوسط إلى الشديد يفقد رابط النطاق Ka طاقته أسرع بكثير من رابط النطاق Ku، وتضيف أسطح الهوائي المبللة فقدا إضافيا. والنطاق Ku ليس محصنا — فالمطر الشديد يكلفه من مداه أيضا — لكن الفارق بين النطاقين يتسع بسرعة كلما اشتد الهطول.

والنتيجة الشرائية مباشرة: رادار محدد لكشف طائرة مسيّرة مقطعها الراداري 0.01 متر مربع على مسافة 5 كيلومترات في جو صافٍ قد يقصّر كثيرا عن ذلك أثناء العاصفة، والقصور في Ka أكبر منه في Ku. ففي المواقع التي يكون فيها الكشف في كل الأجواء هو جوهر النظام، يجب كتابة متطلب الطقس في المواصفة مقابل حجم هدف معلن، كما هو موضح في ماذا يعني المقطع الراداري 0.01 متر مربع في كشف الطائرات المسيّرة.

بصمات الطائرات الصغيرة والتصنيف

انزياح دوبلر يتناسب مع تردد الحامل. فمراوح الطائرة المسيّرة الصغيرة الدوارة تولّد حزما جانبية لميكرو دوبلر أعرض بالهرتز بنحو الضعف في النطاق Ka مقارنة بالنطاق Ku لحركة الشفرات نفسها. والبصمات الأعرض والأدق تمييزا تمنح خوارزميات التصنيف مادة أغنى حين تفصل الطائرات المسيّرة عن الطيور.

والطول الموجي الأقصر يحلّ تفاصيل فيزيائية أصغر أيضا — شفرات المراوح، ومعدات الهبوط، والحمولات — وهو ما يدعم تمييزا أدق بين الأهداف على المدى القصير.

المقايضة أن هذه الميزة تظهر أساسا على المسافات الأقرب، حيث لم تكن عقوبات الطقس والتوهين قد التهمت ميزانية الرابط بعد. فقوة التصنيف في النطاق Ka وضعفه أمام الطقس وجهان لاختيار التردد نفسه.

نضج المكونات والكلفة

يستفيد النطاق Ku من عقود من أحجام إنتاج الاتصالات الفضائية، فالمكبرات والخلاطات والهوائيات ناضجة وكفؤة ورخيصة نسبيا. أما مكونات النطاق Ka فتحسنت بسرعة — بدفع من النطاق العريض الفضائي عبر أقمار LEO وموجات 5G المليمترية — لكن مكبرات القدرة تظل أقل كفاءة وأعلى كلفة، وسلاسل الإرسال عالية القدرة في Ka أصعب بناءً عند سعر معين.

وبالنسبة للمشتري يظهر ذلك في كلفة النظام لكل واط من القدرة المشعة. فبلوغ مدى كشف طويل في النطاق Ka ممكن؛ أما بلوغه بكلفة معقولة وفي كل الأجواء فهو الجزء الصعب.

النطاق Ku مقابل النطاق Ka في لمحة

أي النطاقين يناسب أي مهمة؟

اختر النطاق Ku عندما تكون المهمة مراقبة مستمرة لمحيط أو حدود أو بنية تحتية حيوية، ويكون الموقع معرضا لمطر حقيقي، والمطلوب كشف وتتبع موثوق للطائرات المسيّرة الصغيرة على مسافات عدة كيلومترات. فالنطاق Ku هو نقطة التوازن المثبتة لكشف الطائرات المسيّرة الصغيرة في كل الأجواء، ولهذا تُبنى عليه خطوط منتجات مثل سلسلة Cyrentis CR-PK — من CR-PK13C بمدى 3 كيلومترات إلى CR-PK14C بمدى 8 كيلومترات، وكلها محددة مقابل هدف طائرة مسيّرة مقطعها الراداري 0.01 متر مربع.

فكر في النطاق Ka عندما يكون الدور قصير المدى ومركزا على التفاصيل: تتبع دقيق قرب نقطة محمية، أو دعم تصنيف تهتم فيه تفاصيل ميكرو دوبلر، أو أنظمة مدمجة متنقلة يكون فيها حجم الهوائي هو القيد الحاسم وتسمح ميزانية الطقس بذلك.

فكر في تقسيم العمل. فبعض البنى تكشف وتتتبع في النطاق Ku أو X، ثم تسلّم المسار إلى مستشعر عالي الدقة — رادار نطاق Ka أو كاميرا EO/IR — للتأكيد والتصنيف. وهكذا يُستخدم كل نطاق حيث يكون أقوى، بدلا من مطالبة تردد واحد بفعل كل شيء.

أين يقع النطاق X؟

على المشترين الذين يوازنون بين Ku وKa أن يوازنوا عادة أيضا النطاق X (8-12 غيغاهرتز) على الجهة الأخرى. فالنطاق X يستبدل شيئا من الدقة باختراق أفضل للطقس ومدى عملي أطول عند ميزانية قدرة معينة، ويرسي الطرف بعيد المدى في كثير من محافظ مكافحة الطائرات المسيّرة. وتغطي مقارنة النطاق X والنطاق Ku هذه المقايضة بالتفصيل.

الخلاصة

النطاق Ku والنطاق Ka ليسا متنافسين بقدر ما هما أداتان لميزانيات مختلفة من الطقس والدقة. فالنطاق Ka يركز الدقة وتفاصيل التصنيف في فتحات صغيرة وعلى المدى القصير، بينما يقدم النطاق Ku كشفا يُعتمد عليه في كل الأجواء على المسافات التي تتطلبها فعلا معظم مهام المحيط والبنية التحتية.

والعادة الشرائية المفيدة هي تحويل سؤال النطاق إلى أرقام: المقطع الراداري للهدف، والمدى المطلوب في طقس محدد، وحدود فتحة الهوائي، واحتياجات التصنيف. والمورّد الذي يجيب عن هذه الأرقام بصدق — في أي من النطاقين — أسهل مقارنة ممن يجادل في التردد بصورة مجردة.

قراءات إضافية

• المعرفة: القتال بالمسيرات
• الجزيرة: هجومان بالمسيّرات في السودان.. 80 قتيلا بغرب كردفان و4 آخرون قرب مطار الخرطوم