Fázované pole - Phased array

Animace ukazující, jak funguje fázované pole. Skládá se z řady anténních prvků (A) poháněn a vysílač (TX). Napájecí proud pro každou anténu prochází a fázový posunovač (φ) řízen počítačem (C). Pohyblivé červené čáry ukazují vlnová čela rádiových vln vyzařovaná každým prvkem. Jednotlivé vlnové fronty jsou sférické, ale kombinují se (překrýt ) před anténou vytvořte a rovinná vlna paprsek rádiových vln cestujících určitým směrem. Fázové měniče zpožďují rádiové vlny postupující nahoru po linii, takže každá anténa vydává své vlnoplochy později než ta pod ní. To způsobí, že výsledná rovinná vlna bude směrována pod úhlem θ k ose antény. Změnou fázových posunů může počítač okamžitě změnit úhel θ paprsku. Většina fázovaných polí má místo zde zobrazeného lineárního pole dvourozměrná pole antén a paprsek lze řídit dvěma rozměry. Rychlost rádiových vln se zobrazuje enormně zpomalená.

Animace zobrazující radiační vzor fázovaného pole 15 anténních prvků rozmístěných o čtvrtinu vlnové délky od sebe jako fázový rozdíl mezi sousedními anténami je zameteno mezi -120 a 120 stupni. Tmavou oblastí je paprsek nebo hlavní lalok, zatímco světelné čáry se kolem ní šíří postranní laloky.

v anténa teorie, a fázované pole obvykle znamená elektronicky naskenované pole, počítačem řízené řada antén který vytváří paprsek rádiových vln, které lze elektronicky řídit tak, aby směřovaly do různých směrů bez pohybu antén.^{[1][2][3][4][5][6][7][8]}

Jednoduše anténa pole, vysokofrekvenční proud z vysílač je napájen do jednotlivých antén se správným fáze vztah, takže rádiové vlny ze samostatných antén se sčítají, aby zvýšily záření v požadovaném směru a zrušily, aby potlačily záření v nežádoucích směrech. Ve fázovaném poli je energie z vysílače přiváděna do antén prostřednictvím volaných zařízení fázové měniče, řízený počítačovým systémem, který může elektronicky měnit fázi, a tak řídit paprsek rádiových vln do jiného směru. Protože pole musí sestávat z mnoha malých antén (někdy i tisíců), aby se dosáhlo vysokého zisku, jsou fázová pole praktická hlavně na vysokých frekvence konec rádiového spektra v UHF a mikrovlnná trouba pásma, ve kterých jsou anténní prvky pohodlně malé.

Fázovaná pole byla vynalezena pro použití v armádě radar systémy, k rychlému směrování paprsku rádiových vln po obloze k detekci letadel a raket. Tyto systémy jsou nyní široce používány a rozšířily se i do civilních aplikací. Princip fázovaného pole se také používá v akustika a fázovaná pole akustické měniče se používají v lékařství ultrazvukové zobrazování skenery (ultrazvuk s fázovaným polem ), průzkum ropy a zemního plynu (reflexní seismologie ) a vojenské sonar systémy.

Termín „fázované pole“ se také v menší míře používá pro nerušené antény pole ve kterém je pevná fáze napájecí energie a tím i vyzařovací diagram anténního pole.^[6][9] Například rozhlasové antény pro vysílání AM skládající se z několika stožárové radiátory napájeny tak, aby se vytvořil specifický radiační vzor, ​​se také nazývají „fázovaná pole“.

Typy

Fázovaná pole mají několik podob. Čtyři nejčastější jsou však pasivní fázované pole (PESA), aktivní elektronicky skenované pole (AESA), hybridní formování paprsků fázované pole a digitální formování paprsku (DBF).^[10]

A pasivní fázované pole nebo pasivní elektronicky skenované pole (PESA) je fázované pole, ve kterém jsou anténní prvky připojeny k jednomu vysílač a / nebo přijímač, jak je znázorněno v animaci nahoře^{[je zapotřebí objasnění ]}. PESA jsou nejběžnějším typem fázovaného pole. Obecně řečeno, PESA používá jeden přijímač / budič pro celé pole.

An aktivní fázované pole nebo aktivní elektronicky skenované pole (AESA) je fázované pole, ve kterém má každý anténní prvek modul analogového vysílače / přijímače (T / R)^[11] což vytváří fázový posun potřebný k elektronickému řízení paprsku antény. Aktivní pole jsou pokročilejší technologií druhé generace s fázovaným polem, které se používají ve vojenských aplikacích; na rozdíl od PESA mohou vyzařovat několik paprsků rádiových vln na více frekvencích v různých směrech současně. Počet simultánních paprsků je však omezen praktickými důvody elektronického balení formovačů paprsků na přibližně tři simultánní paprsky pro AESA. Každý formovač paprsku má k sobě připojený přijímač / budič.

A hybridní paprsek tvořící fázované pole lze považovat za kombinaci AESA a digitálního fázového pole tvořícího paprsek. Využívá podoblasti, která jsou aktivními fázovanými poli (podoblast může mít například 64, 128 nebo 256 prvků a počet prvků závisí na systémových požadavcích). Podskupiny jsou kombinovány dohromady a tvoří celé pole. Každá dílčí řada má svůj vlastní digitální přijímač / budič. Tento přístup umožňuje vytváření klastrů simultánních paprsků.

A fázované pole digitálního formování paprsku (DBF) má digitální přijímač / budič na každém prvku v poli. Signál na každém prvku je digitalizován přijímačem / budičem. To znamená, že paprsky antény lze digitálně formovat v poli programovatelného hradlového pole (FPGA) nebo v počítači pole. Tento přístup umožňuje vytvoření více souběžných anténních paprsků.

Jedna možná fyzická implementace fázovaného pole se nazývá a konformní anténa.^[12] Jedná se o fázované pole, ve kterém jsou jednotlivé antény, místo aby byly uspořádány v ploché rovině, namontovány na zakřiveném povrchu. Fázové posunovače kompenzují různé délky dráhy vln v důsledku měnící se polohy anténních prvků na povrchu, což umožňuje, aby pole vyzařovalo rovinnou vlnu. Konformní antény se používají v letadlech a raketách k integraci antény do zakřivené plochy letadla za účelem snížení aerodynamického odporu.

Dějiny

Ferdinand Braun Směrová anténa z roku 1905, která používala princip fázovaného pole, skládající se ze 3 monopolních antén v rovnostranném trojúhelníku. Čtvrtvlnné zpoždění v napájecím vedení jedné antény způsobilo, že pole vyzařovalo v paprsku. Zpoždění bylo možné ručně přepnout na kterýkoli ze 3 kanálů otočením paprsku antény o 120 °.

NÁS DLAŽTE PAWY aktivní fázované pole radar pro detekci balistických raket na Aljašce. Dokončeno v roce 1979, bylo to jedno z prvních aktivních fázovaných polí.

Detailní záběr na některé z 2677 zkřížených dipólových anténních prvků, které tvoří letadlové pole. Tato anténa vytvořila úzký paprsek „tužky“ široký pouze 2,2 °.

BMEWS & DLAŽTE PAWY Radary

Radar s fázovaným polem Mammut druhá světová válka

Přenos fázového pole byl původně zobrazen v roce 1905 autorem Nobelova laureát Karl Ferdinand Braun který prokázal lepší přenos rádio vlny v jednom směru.^[13][14] V době druhá světová válka, Laureát Nobelovy ceny Luis Alvarez rychle použil fázovaný přenos pole řiditelný radar systém pro "pozemně řízený přístup ", systém na pomoc při přistání letadel. Současně GEMA v Německu postavila Mammut 1.^[15] Později byl upraven pro radioastronomie vedoucí k Nobelovy ceny za fyziku pro Antony Hewish a Martin Ryle po vyvinutí několika velkých fázovaných polí na Univerzita v Cambridge. Tento design se také používá pro radar a je zobecněn v interferometrické rádiové antény.

V roce 2004 Caltech vědci předvedli první integrovaný přijímač fázového pole na bázi křemíku na 24 GHz s 8 prvky.^[16] Poté následovala jejich demonstrace vysílače fázového pole CMOS 24 GHz v roce 2005^[17] a plně integrovaný transceiver s fázovým polem 77 GHz s integrovanými anténami v roce 2006^[18][19] týmem Caltech. V roce 2007 DARPA vědci ohlásili 16fázovou fázovou radarovou anténu, která byla také integrována se všemi nezbytnými obvody na jediném křemíkovém čipu a fungovala na 30–50 GHz.^[20]

Příbuzný amplitudy - a konstruktivní a destruktivní rušení účinky mezi — signály vyzařované jednotlivými anténami určují efektivní radiační vzor pole. Fázované pole lze použít k nasměrování pevného vzorce záření nebo k skenovat rychle dovnitř azimut nebo nadmořská výška. Simultánní elektrické skenování jak v azimutu, tak v elevaci bylo poprvé předvedeno v anténě s fázovaným polem v Hughes Aircraft Company, Kalifornie v roce 1957.^[21]

Aplikace

Vysílání

v vysílací technika, mnohofázová pole používá mnoho AM vysílání rozhlasové stanice pro zvýšení síla signálu a proto pokrytí v město licence, při minimalizaci rušení do jiných oblastí. Kvůli rozdílům mezi denní a noční dobou ionosférický propagace na střední vlna frekvence, je běžné, že se vysílací stanice AM mění mezi dnem (pozemní vlna ) a noc (nebeská vlna ) radiační vzorce přepnutím fáze a úrovně výkonu dodávané jednotlivým prvkům antény (stožárové radiátory ) denně v východ slunce a západ slunce. Pro krátkovlnný vysílá mnoho stanic používá pole horizontálních dipólů. Běžné uspořádání používá 16 dipólů v poli 4 × 4. Obvykle je to před reflektorem z drátěného roštu. Fázování lze často přepnout, aby bylo možné Řízení paprsku v azimutu a někdy v nadmořské výšce.

Skromnější fázové anténní systémy s dlouhým drátem mohou být použity soukromými rádiovými nadšenci pro příjem dlouhovlnného, ​​středovlnného (AM) a krátkovlnného rozhlasového vysílání z velké vzdálenosti.

Na VHF, fázovaná pole se značně používají pro FM vysílání. Ty výrazně zvyšují zisk antény, zvětšující emitovanou RF energii směrem k horizont, což zase značně zvyšuje stanici rozsah vysílání. V těchto situacích je vzdálenost každého prvku od vysílače stejná nebo je jedna (nebo jiná) celé číslo ) vlnová délka od sebe. Fázování pole tak, že spodní prvky jsou mírně zpožděny (tím, že je vzdálenost k nim delší) způsobí pokles naklonění paprsku, což je velmi užitečné, pokud je anténa na a rozhlasová věž.

Další fázovací úpravy mohou zvýšit záření směrem dolů v vzdálené pole bez naklonění hlavní lalok, vytváření nulová výplň kompenzovat extrémně vysokou vrchol hory nebo jej snížit na blízko pole, aby se zabránilo nadměrnému vystavení těmto pracovníkům nebo dokonce blízkým majitelům domů na zemi. Posledně jmenovaného efektu je také dosaženo mezivlnovým rozestupem - vložením dalších prvků do poloviny mezi stávající prvky s mezivlnovým roztečí. Toto fázování dosahuje zhruba stejného horizontálního zisku jako rozestup plných vln; to znamená, že pětičlenné pole s plnými vlnami se rovná poli s devíti nebo deseti prvky s půlvlnou.

Radar

Radarové systémy s fázovanými poli jsou také používány válečné lodě mnoha námořnictev. Z důvodu rychlosti, s jakou paprsek lze řídit, radary s fázovaným polem umožňují válečné lodi použít jeden radar systém pro detekci a sledování povrchu (vyhledávání lodí), detekci a sledování vzduchu (vyhledávání letadel a raket) a schopnosti uplinků raket. Před použitím těchto systémů každý raketa země-vzduch za letu vyžadováno vyhrazené radar řízení palby, což znamenalo, že radarem naváděné zbraně mohly zasahovat pouze malý počet simultánních cílů. K řízení raket během fáze středního kurzu letu rakety lze použít systémy fázovaných polí. Během terminální části letu spojitá vlna ředitelé řízení palby poskytují konečné vedení k cíli. Protože anténní vzor je elektronicky řízené, systémy fázovaného pole mohou nasměrovat radarové paprsky dostatečně rychle, aby udržovaly a kvalita řízení palby sledovat na mnoha cílech současně a zároveň ovládat několik raket za letu.

Aktivní radar s fázovaným polem namontován na Sachsen- třída fregaty F220 Hamburk nástavba Německé námořnictvo

The AN / SPY-1 radar s fázovaným polem, součást Bojový systém Aegis nasazeno na moderních USA křižníky a ničitelé „je schopen provádět funkce vyhledávání, sledování a navádění raket současně s kapacitou více než 100 cílů.“^[22] Stejně tak Thales Herakles sfázovaný multifunkční radar používaný ve službě s Francie a Singapur má kapacitu stopy 200 cílů a je schopen dosáhnout automatické detekce cílů, potvrzení a zahájení sledování v jediném skenování a současně poskytuje aktualizace navádění v polovině kurzu MBDA Aster rakety vystřelené z lodi.^[23] The Německé námořnictvo a Holandské královské námořnictvo vyvinuli Aktivní radar s fázovaným polem Systém (APAR). The MIM-104 Patriot a další pozemní protiletadlové systémy používají pro podobné výhody radar s fázovaným polem.

Fázovaná pole se používají v námořních sonarech, v aktivních (vysílaných a přijímaných) a pasivních (pouze přijímaných) a v trupových tažené pole sonar.

Komunikace vesmírné sondy

The POSEL kosmická loď byla vesmírná sonda mise na planetu Rtuť (2011–2015^[24]). Jednalo se o první misi v hlubokém vesmíru, pro kterou byla použita anténa s fázovaným polem komunikace. Vyzařující prvky jsou kruhově polarizovaný, štěrbinové vlnovody. Anténa, která používá X pásmo, používá 26 radiačních prvků a může elegantně degradovat.^[25]

Využití průzkumu počasí

Instalace radaru AN / SPY-1A v Národní laboratoř silných bouří, Norman, Oklahoma. Přiložení radome poskytuje ochranu proti povětrnostním vlivům.

The Národní laboratoř silných bouří používá k výzkumu počasí na svém území fázovanou anténu SPY-1A poskytovanou americkým námořnictvem Norman, Oklahoma zařízení od 23. dubna 2003. Doufáme, že výzkum povede k lepšímu pochopení bouřek a tornád, což nakonec povede ke zvýšení doby varování a lepší predikci tornád. Mezi současné účastníky projektu patří Národní laboratoř silných bouří a Národní radarové operační středisko meteorologické služby, Lockheed Martin, Námořnictvo Spojených států, University of Oklahoma School of Meteorology, School of Electrical and Computer Engineering, and Výzkumné centrum atmosférického radaru, Oklahoma State Regents for Higher Education, the Federální letecká správa a základní obchod a průmyslová odvětví. Součástí projektu je výzkum a vývoj, budoucnost technologický převod a potenciální rozmístění systému po celých Spojených státech. Očekává se, že dokončení bude trvat 10 až 15 let a počáteční stavba činila přibližně 25 milionů dolarů.^[26] Tým japonského RIKEN Advanced Institute for Computational Science (AICS) zahájil experimentální práci na používání radaru s fázovým polem s novým algoritmem pro okamžité předpovědi počasí.^[27]

Optika

Ve viditelném nebo infračerveném spektru elektromagnetických vln je možné sestrojit optická fázovaná pole. Používají se ve vlnových délkových multiplexerech a filtrech pro telekomunikační účely,^[28] laser řízení paprsků a holografie. Detekce heterodynového syntetického pole je efektivní metoda pro multiplexování celé fázované pole na jeden prvek fotodetektor. Dynamické formování paprsku ve vysílači optického fázovaného pole lze použít k elektronickému rastrování nebo vektorovému skenování obrázků bez použití čoček nebo mechanicky pohyblivých částí v projektoru bez čoček.^[29] Bylo prokázáno, že optické fázované přijímače pole mohou působit jako fotoaparáty bez objektivů selektivním pohledem do různých směrů.^[30][31]

Satelitní širokopásmové internetové vysílače a přijímače

Starlink je nízká oběžná dráha Země satelitní konstelace která je ve výstavbě od roku 2020^{[Aktualizace]}. Je navržen tak, aby poskytoval spotřebitelům širokopásmové připojení k internetu; uživatelské terminály systému budou používat antény s fázovaným polem.^[32]

Radiofrekvenční identifikace (RFID)

Do roku 2014 byly integrovány antény s fázovaným polem RFID systémy pro zvýšení oblasti pokrytí jednoho systému o 100% na 76 200 m² (820 000 čtverečních stop), zatímco stále používá tradiční pasivní UHF značky.^[33]

Rozhraní člověk-stroj (HMI)

Fázovaná řada akustických měničů, pojmenovaná palubní ultrazvukový hmatový displej (AUTD), byla vyvinuta v roce 2008 v laboratoři Shinoda University v Tokiu, aby vyvolala hmatovou zpětnou vazbu.^[34] Ukázalo se, že tento systém umožňuje uživateli interaktivně manipulovat s virtuálními holografickými objekty.^[35]

Radioastronomie

Phased Array Feeds (PAF)^[36] byly nedávno použity v centru pozornosti radioteleskopy poskytnout mnoho paprsků, což dává radioteleskopu velmi široký zorné pole. Dva příklady jsou POŽÁDAT dalekohled dovnitř Austrálie a Apertif upgradovat na Westerbork Synthesis Radio Telescope v Holandsko.

Matematická perspektiva a vzorce

Přehrát média

Radiační vzorec fázovaného pole obsahujícího 7 zářičů rozmístěných ve čtvrtinové vlnové délce od sebe, ukazující směr přepínání paprsku. Fázový posuv mezi sousedními zářiči je přepnut ze 45 stupňů na -45 stupňů

Radiační vzorec fázovaného pole v polárním souřadnicovém systému.

Matematicky je příkladem fázované pole N-štěrbina difrakce, ve kterém je radiační pole v přijímacím bodě výsledkem koherentního přidání N bodové zdroje v řadě. Protože každá jednotlivá anténa funguje jako štěrbina vyzařující rádiové vlny, lze jejich difrakční obrazec vypočítat přidáním fázového posunu φ k okrajovému členu.

Začneme od N-slit difrakční vzor odvozený z difrakční formalismus stránka s ${ displaystyle N}$ štěrbiny stejné velikosti ${ displaystyle a}$ a mezery ${ displaystyle d}$.

${ displaystyle psi = psi _ {0} , { frac { sin doleva ({ frac { pi a} { lambda}} sin theta right)} {{ frac { pi a} { lambda}} sin theta}} , { frac { sin left ({ frac {N} {2}} kd sin theta right)} { sin left ( { frac {kd} {2}} sin theta right)}}}$

Nyní přidáním termínu φ k ${ textový styl kd sin theta ,}$ okrajový efekt ve druhém období výnosy:

${ displaystyle psi = psi _ {0} , { frac { sin doleva ({ frac { pi a} { lambda}} sin theta right)} {{ frac { pi a} { lambda}} sin theta}} , { frac { sin left ({ frac {N} {2}} left ({ frac {2 pi d} { lambda }} sin theta + phi right) right)} { sin left ({ frac { pi d} { lambda}} sin theta + { frac { phi} {2} }že jo)}}}$

Vezmeme-li druhou mocninu vlnové funkce, získáme intenzitu vlny.

${ displaystyle { begin {aligned} I & = I_ {0} left ({ frac { sin left ({ frac { pi a} { lambda}} sin theta right)} {{ frac { pi a} { lambda}} sin theta}} doprava) ^ {2} doleva ({ frac { sin doleva ({ frac {N} {2}} vlevo) { frac {2 pi d} { lambda}} sin theta + phi right) right)} { sin left ({ frac { pi d} { lambda}} sin theta + { frac { phi} {2}} doprava)}} doprava) ^ {2} I & = I_ {0} left ({ frac { sin left ({ frac { pi a} { lambda}} sin theta right)} {{ frac { pi a} { lambda}} sin theta}} right) ^ {2} left ({ frac { sin left ({ frac { pi} { lambda}} Nd sin theta + { frac {N} {2}} phi right)} { sin left ({ frac { pi d} { lambda}} sin theta + { frac { phi} {2}} right)}} right) ^ {2} end {zarovnáno}}}$

Nyní rozmístěte vysílače na vzdálenost ${ textstyle d = { frac { lambda} {4}}}$ odděleně. Tato vzdálenost je zvolena pro jednoduchost výpočtu, ale lze ji upravit jako libovolný skalární zlomek vlnové délky.

${ displaystyle I = I_ {0} {{ left ({ frac { sin left ({ frac { pi a} { lambda}} sin theta right)} {{ frac { pi a} { lambda}} sin theta}} doprava)} ^ {2}} {{left ({ frac { sin left ({ frac { pi} {4}} N sin theta + { frac {N} {2}} phi right)} { sin left ({ frac { pi} {4}} sin theta + { frac { phi} { 2}} doprava)}} doprava)} ^ {2}}}$

Jak sine dosahuje svého maxima při ${ textstyle { frac { pi} {2}}}$, nastavíme čitatel druhého členu = 1.

${ displaystyle { begin {aligned} { frac { pi} {4}} N sin theta + { frac {N} {2}} phi & = { frac { pi} {2} } sin theta & = left ({ frac { pi} {2}} - { frac {N} {2}} phi right) { frac {4} {N pi} } sin theta & = { frac {2} {N}} - { frac {2 phi} { pi}} end {zarovnáno}}}$

Tak jako N zvětší, výrazu bude dominovat ${ displaystyle { begin {matrix} { frac {2 phi} { pi}} end {matrix}}}$ období. Protože sinus může oscilovat mezi −1 a 1, vidíme toto nastavení ${ displaystyle phi = - { begin {matrix} { frac { pi} {2}} end {matrix}}}$ pošle maximální energii pod úhlem daným

${ displaystyle theta = sin ^ {- 1} 1 = { frac { pi} {2}} = 90 ^ { circ}}$

Dále vidíme, že pokud chceme upravit úhel, pod kterým je emitována maximální energie, musíme upravit pouze fázový posun φ mezi po sobě následujícími anténami. Fázový posun skutečně odpovídá zápornému úhlu maximálního signálu.

Podobný výpočet ukáže, že jmenovatel je minimalizován stejným faktorem.

Různé typy fázovaných polí

Existují dva hlavní typy tvarovačů paprsků. Tyto jsou časová doména formovače paprsku a frekvenční doména formovače paprsku.

Kromě fázového posuvu se někdy po celé ploše pole používá odstupňované útlumové okno, aby se zlepšil výkon potlačení postranního laloku.

Beamformer časové domény funguje zavedením časových zpoždění. Základní operace se nazývá „zpoždění a součet“. Zpožďuje příchozí signál z každého prvku pole o určitou dobu a poté je sčítá. A Butlerova matice umožňuje současné vytvoření několika paprsků nebo skenování jednoho paprsku obloukem. Nejběžnějším typem utváření paprsku v časové doméně je hadovitý vlnovod. Aktivní fázovaná pole používají individuální zpožďovací linky, které se zapínají a vypínají. Yttrium železný granát fázové posuny mění fázové zpoždění pomocí síly magnetického pole.

Existují dva různé typy tvarovačů paprsků ve frekvenční doméně.

První typ odděluje různé frekvenční složky, které jsou přítomny v přijímaném signálu, do více frekvenčních košů (pomocí buď a Diskrétní Fourierova transformace (DFT) nebo a filtrační banka ). Když jsou na každý kmitočtový zásobník použity různé formátory paprsku zpoždění a součtu, výsledkem je, že hlavní lalok současně ukazuje v různých směrech na každou z různých frekvencí. To může být výhodou pro komunikační spojení a používá se s SPS-48 radar.

Druhý typ formátoru paprsků ve frekvenční doméně využívá prostorovou frekvenci. Diskrétní vzorky jsou odebrány z každého z jednotlivých prvků pole. Vzorky se zpracovávají pomocí DFT. DFT zavádí během zpracování několik různých diskrétních fázových posunů. Výstupy DFT jsou jednotlivé kanály, které odpovídají rovnoměrně rozmístěným paprskům vytvořeným současně. Jednorozměrný DFT vytváří ventilátor různých paprsků. Dvourozměrný DFT vytváří paprsky s a ananas konfigurace.

Tyto techniky se používají k vytvoření dvou druhů fázovaného pole.

• Dynamický - k pohybu paprsku se používá pole proměnných fázových posunovačů
• Pevné - poloha paprsku je stacionární vzhledem k ploše pole a celá anténa je posunuta

Existují dvě další podkategorie, které mění druh dynamického pole nebo pevného pole.

• Aktivní - zesilovače nebo procesory jsou v každém prvku fázového posunu
• Pasivní - velký centrální zesilovač s útlumovými fázovými posuny

Dynamické fázované pole

Každý prvek pole obsahuje nastavitelný fázový posunovač, který se společně používá k pohybu paprsku vzhledem k ploše pole.

Dynamické fázované pole nevyžaduje žádný fyzický pohyb k zaměření paprsku. Paprsek se pohybuje elektronicky. To může produkovat pohyb antény dostatečně rychle, aby bylo možné pomocí malého tužkového paprsku současně sledovat více cílů při hledání nových cílů pomocí jediné sady radarů (sledovat při hledání).

Například anténa s paprskem 2 stupně s pulzní frekvencí 1 kHz bude vyžadovat přibližně 8 sekund, aby pokryla celou polokouli skládající se z 8 000 polohových poloh. Tato konfigurace poskytuje 12 příležitostí k detekci vozidla s rychlostí 1 600 m / s (2 200 mph; 3 600 km / h) na vzdálenost 100 km (62 mi), která je vhodná pro vojenské aplikace.^{[Citace je zapotřebí ]}

Lze předvídat polohu mechanicky řízených antén, které lze použít k vytvoření elektronická protiopatření které zasahují do provozu radaru. Flexibilita vyplývající z provozu fázovaného pole umožňuje paprskům zaměřit se na náhodná místa, což tuto chybu zabezpečení eliminuje. To je také žádoucí pro vojenské aplikace.

Opravené fázované pole

Anténní věž sestávající z pevné fázové kolineární anténní soustavy se čtyřmi prvky

Antény s pevným fázovaným polem se obvykle používají k vytvoření antény s více žádoucím tvarovým faktorem než konvenční parabolický reflektor nebo odrazka cassegrain. Pevná fázovaná pole obsahují pevné fázové posunovače. Například většina komerčních anténních věží FM rádia a TV používá a kolineární anténní pole, což je pevné fázované pole dipólových prvků.

V radarových aplikacích se tento druh fázovaného pole fyzicky pohybuje během procesu sledování a skenování. Existují dvě konfigurace.

• Více frekvencí se zpožďovací linkou
• Několik sousedních paprsků

The SPS-48 radar používá několik vysílacích frekvencí s hadovitou zpožďovací linií podél levé strany pole k vytváření vertikálního ventilátoru skládaných paprsků. Každá frekvence zažívá jiný fázový posun, jak se šíří serpentinovou zpožďovací linkou, která vytváří různé paprsky. K rozdělení jednotlivých přijímacích paprsků se používá banka filtrů. Anténa se mechanicky otáčí.

Poloaktivní radarové navádění používá monopulzní radar který se spoléhá na pevné fázované pole, aby vytvořil více sousedních paprsků, které měří úhlové chyby. Tento tvarový faktor je vhodný pro kardanový montáž do hledačů raket.

Aktivní fázované pole

Aktivní elektronicky skenovaná pole (AESA) prvky zahrnují zesílení přenosu s fázový posun v každém anténní prvek (nebo skupina prvků). Každý prvek také obsahuje předzesílení příjmu. Nastavení fázového posunu je stejné pro vysílání i příjem.^[37]

Aktivní fázovaná pole nevyžadují fázový reset po skončení vysílacího impulzu, což je kompatibilní s Dopplerův radar a pulzní Dopplerův radar.

Pasivní fázované pole

Pasivní fázovaná pole obvykle používají velké zesilovače, které produkují veškerý mikrovlnný vysílací signál pro anténu. Fázové měniče se obvykle skládají z prvků vlnovodu řízených magnetickým polem, napěťovým gradientem nebo ekvivalentní technologií.^[38][39]

Proces fázového posunu používaný u pasivních fázovaných polí obvykle staví přijímací paprsek a vysílací paprsek do úhlopříčně protilehlých kvadrantů. Znaménko fázového posunu musí být invertováno po ukončení vysílacího impulzu a před začátkem doby příjmu umístit přijímací paprsek na stejné místo jako vysílací paprsek. To vyžaduje fázový impuls, který zhoršuje výkonnost viditelnosti sub-rušení na Dopplerově radaru a Pulse-Dopplerově radaru. Jako příklad, Yttrium železný granát fázové posunovače musí být změněny po ukončení vysílacího pulzu a před zahájením zpracování přijímače pro vyrovnání vysílacích a přijímacích paprsků. Tento impuls zavádí šum FM, který snižuje výkon nepořádku.

V bojovém systému AEGIS se používá design pasivního fázovaného pole.^[40] pro směr příjezdu odhad.

Viz také

Reference

externí odkazy

• Radarový výzkum a vývoj - radar s fázovaným polem —Národní laboratoř silných bouří
• Palubní radary s fázovaným polem
• Zpráva NASA: MMIC pro vícenásobné antény pro skenování paprsků pro vesmírné aplikace
• Princip fázovaného pole
• Mikrofonní systém 'Phased Array' Tonyho Faulknera
• Softwarový nástroj pro predikci radiačního vzoru anténního pole