Faseoppsett - Phased array

Animasjon som viser hvordan en faset matrise fungerer. Den består av en rekke antennelementer (A) drevet av en sender (TX) . Matestrømmen for hvert element passerer gjennom en faseskifter (φ) styrt av en datamaskin (C) . De bevegelige røde linjene viser bølgefrontene til radiobølgene som sendes ut av hvert element. De enkelte bølgefrontene er sfæriske, men de kombinerer ( superpose ) foran antennen for å lage en plan bølge , en stråle av radiobølger som beveger seg i en bestemt retning. Faseskiftene forsinker radiobølgene som gradvis går oppover linjen, slik at hver antenne sender ut sin bølgefront senere enn den under den. Dette fører til at den resulterende planbølgen rettes i en vinkel θ mot antennens akse. Ved å endre faseforskyvninger kan datamaskinen umiddelbart endre vinkelen θ på strålen. De fleste fasede matriser har todimensjonale matriser av antenner i stedet for det lineære oppsettet som vises her, og strålen kan styres i to dimensjoner. Hastigheten til de viste radiobølgene har blitt bremset i dette diagrammet.

Animasjon som viser strålingsmønsteret til et faset utvalg av 15 antenneelementer med en fjerdedel bølgelengde fra hverandre når faseforskjellen mellom tilstøtende antenner feies mellom -120 og 120 grader. Det mørke området er strålen eller hovedlappen , mens lyslinjene som vifter ut rundt det er sidelapper .

I antenneteori, en faset-array betyr vanligvis en elektronisk styrt antennerekke , et datamaskin-styrt oppstilling av antenner som danner en stråle av radiobølger som kan være elektronisk styrt til punkt i forskjellige retninger uten å flytte antennene.

I en enkel matriseantenne mates radiofrekvensstrømmen fra senderen til de enkelte antenneelementene som er arrangert i en plan eller lineær konfigurasjon med et differensialfaseforhold , slik at energien fra de separate elementene legger sammen for å øke fjernfeltet strøm i ønsket retning og undertrykke stråling i uønskede retninger. Strømmen i uønsket retning er en funksjon av fasenøyaktigheten og den relative amplituden til elementene over arrayåpningen. For eksempel vil en jevn strømfordeling over et faset array vise et sidelobenivå som er ned 13 dB fra hovedstrålen. I en faset matrise mates strømmen fra senderen til de utstrålende elementene gjennom enheter som kalles faseskift , styrt av et datasystem, som kan endre fasen eller signalforsinkelsen elektronisk, og dermed styre strålen av radiobølger til en annen retning. Siden størrelsen på et antennearray må strekke seg over mange bølgelengder for å oppnå høy forsterkning, er fasede matriser hovedsakelig praktiske ved høyfrekvente ender av radiospekteret, i UHF- og mikrobølgebåndene , der operasjonsbølgelengdene er praktisk små.

Faserte matriser ble opprinnelig konstruert for bruk i militære radarsystemer , for å styre en stråle av radiobølger raskt over himmelen for å oppdage fly og missiler. Disse systemene er nå mye brukt og har spredt seg til sivile applikasjoner som 5G MIMO for mobiltelefoner. Phased array -prinsippet brukes også i akustikk , og fasede arrays av akustiske transdusere brukes i medisinske ultralydavbildningsskannere ( phased array ultrasonics ), olje- og gassprospektering ( refleksjonsseismologi ) og militære sonarsystemer .

Begrepet "faset matrise" brukes også i mindre grad for ustyrte matriseantenner der fasen av matekraften og dermed strålingsmønsteret til antennearrayet er fikset. For eksempel kalles AM -kringkastingsradioantenner som består av flere mastradiatorer som er matet for å lage et spesifikt strålingsmønster, også "fasede matriser".

Typer

Faseformede matriser har flere former. Imidlertid er de fire vanligste passive faset array (PESA), aktiv elektronisk skannet array (AESA), hybrid stråleformende faset array og digital beam beam (array).

En passiv faset matrise eller passiv elektronisk skannet matrise (PESA) er en faset matrise der antenneelementene er koblet til en enkelt sender og/eller mottaker , som vist i den første animasjonen øverst. PESA er den vanligste typen faset matrise. Generelt bruker en PESA én mottaker/exciter for hele matrisen.

Et aktivt faset array eller aktivt elektronisk skannet array (AESA) er et faset array der hvert antenneelement har en analog sender/mottaker (T/R) modul som skaper faseforskyvningen som kreves for elektronisk styring av antennestrålen. Aktive matriser er en mer avansert, andre generasjons fasesystemteknologi som brukes i militære applikasjoner; i motsetning til PESA kan de utstråle flere stråler av radiobølger ved flere frekvenser i forskjellige retninger samtidig. Imidlertid er antallet samtidige bjelker begrenset av praktiske årsaker til elektronisk pakking av stråleformeren (e) til omtrent tre samtidige bjelker for en AESA. Hver stråleformer har en mottaker/exciter koblet til den.

Et hybridstråleformende faset array kan betraktes som en kombinasjon av et AESA og et digitalt stråledannende faset array. Den bruker underarrayer som er aktive fasede matriser (for eksempel kan en underarray være 64, 128 eller 256 elementer, og antallet elementer avhenger av systemkrav). Delarrangementene kombineres for å danne hele matrisen. Hver delarray har sin egen digitale mottaker/exciter. Denne tilnærmingen tillater klynger av samtidige bjelker.

En digital stråleformingsfase (DBF) -faset matrise har en digital mottaker/exciter ved hvert element i matrisen. Signalet på hvert element digitaliseres av mottakeren/eksitatoren. Dette betyr at antennestråler kan dannes digitalt i et feltprogrammerbart gate -array (FPGA) eller array -datamaskinen. Denne tilnærmingen gjør det mulig å danne flere samtidige antennebjelker.

En konform antenne . er en faset matrise der de enkelte antennene, i stedet for å være plassert i et flatt plan, er montert på en buet overflate. Faseskiftene kompenserer for bølgenes forskjellige banelengder på grunn av antenneelementenes varierende posisjon på overflaten, slik at matrisen kan utstråle en plan bølge. Konforme antenner brukes i fly og missiler for å integrere antennen i flyets buede overflate for å redusere aerodynamisk motstand.

Historie

Ferdinand Brauns retningsantenne fra 1905 som brukte faset array -prinsippet, bestående av 3 monopolantenner i en likesidet trekant. En kvartbølgeforsinkelse i matelinjen til en antenne fikk matrisen til å stråle ut i en stråle. Forsinkelsen kan byttes manuelt til hvilken som helst av de 3 feedene og rotere antennestrålen med 120 °.

US PAVE PAWS aktiv faset oppstilling av ballistisk missildeteksjonsradar i Alaska. Fullført i 1979, var det en av de første aktive fasede matrisene.

Nærbilde av noen av de 2677 kryssede dipolantennelementene som utgjør planarrayet. Denne antennen produserte en smal "blyant" stråle bare 2,2 ° bred.

BMEWS & PAVE PAWS Radarer

Mammut faset array radar andre verdenskrig

Faset gruppeoverførings ble opprinnelig vist i 1905 av Nobel vinner Karl Ferdinand Braun som vist forbedret overføring av radiobølger i den ene retning. Under andre verdenskrig brukte nobelprisvinneren Luis Alvarez faset array-overføring i et raskt styrbart radarsystem for " bakkestyrt tilnærming ", et system for å hjelpe til med landing av fly. På samme tid bygde GEMA i Tyskland Mammut 1. Den ble senere tilpasset radioastronomi som førte til nobelpriser for fysikk for Antony Hewish og Martin Ryle etter at flere store fasede matriser ble utviklet ved University of Cambridge . Denne designen brukes også til radar , og er generalisert i interferometriske radioantenner.

I 2004 demonstrerte Caltech- forskere den første integrerte silisiumbaserte fasemodulsmottakeren på 24 GHz med 8 elementer. Dette ble fulgt av demonstrasjonen av en CMOS 24 GHz faset array sender i 2005 og en fullt integrert 77 GHz faset array transceiver med integrerte antenner i 2006 av Caltech teamet. I 2007 kunngjorde DARPA -forskere en radarantenne med 16 elementer faset array som også ble integrert med alle nødvendige kretser på en enkelt silisiumbrikke og operert med 30-50 GHz.

De relative amplituden til - og konstruktive og destruktive interferenseffekter blant - signalene som utstråles av de enkelte antennene, bestemmer det effektive strålingsmønsteret til matrisen. Et faset array kan brukes til å peke på et fast strålingsmønster, eller for å skanne raskt i asimut eller høyde. Samtidig elektrisk skanning i både azimut og høyde ble først demonstrert i en faset array -antenne ved Hughes Aircraft Company , California i 1957.

applikasjoner

Kringkasting

I kringkastingsteknikk har begrepet 'faset matrise' en annen betydning enn dens normale betydning, det betyr en vanlig matriseantenne , en rekke med flere mastradiatorer designet for å utstråle et retningsbestemt strålingsmønster, i motsetning til en enkelt mast som utstråler en rundstrålende mønster. Kringkastingsfaserte matriser har faste strålingsmønstre og blir ikke "styrt" under drift, i likhet med andre fasede matriser.

Fasede matriser brukes av mange AM -kringkastingsradiostasjoner for å forbedre signalstyrken og derfor dekning i lisensbyen , samtidig som forstyrrelser til andre områder minimeres . På grunn av forskjellene mellom ionosfærisk forplantning på dagtid og natt ved mellombølgefrekvenser , er det vanlig at AM -kringkastingsstasjoner endrer mellom dag ( grunnbølge ) og natt ( skywave ) strålingsmønstre ved å bytte fase og effektnivåer levert til de enkelte antenneelementene ( mast radiatorer ) daglig ved soloppgang og solnedgang . For kortbølgesendinger bruker mange stasjoner matriser med horisontale dipoler. Et vanlig arrangement bruker 16 dipoler i en 4 × 4 matrise. Vanligvis er dette foran en trådnettreflektor. Fasingen kan ofte byttes for å tillate bjelkestyring i asimut og noen ganger høyde.

Mer beskjedne faseformede langwire -antennesystemer kan brukes av private radioentusiaster for å motta lang-, mellombølge- (AM) og kortbølge radiosendinger fra store avstander.

På VHF brukes fasede matriser i stor utstrekning for FM -kringkasting . Disse øker antenneforsterkningen sterkt , og forstørrer utsendt RF -energi mot horisonten , noe som igjen øker en stasjons kringkastingsområde . I disse situasjonene er avstanden til hvert element fra senderen identisk, eller det er ett (eller annet heltall ) bølgelengde fra hverandre. Fasering av matrisen slik at de nedre elementene blir litt forsinket (ved å gjøre avstanden til dem lengre) forårsaker en nedadgående strålehelling , noe som er veldig nyttig hvis antennen er ganske høy på et radiotårn .

Andre fasereguleringer kan øke strålingen nedover i det fjerne feltet uten å vippe hovedlappen , skape nullfylling for å kompensere for ekstremt høye fjelltopper , eller redusere den i nærområdet , for å forhindre overdreven eksponering for arbeidere eller til og med huseiere i nærheten på bakke. Sistnevnte effekt oppnås også ved avstand mellom halvbølger-å sette inn ytterligere elementer halvveis mellom eksisterende elementer med fullbølgeavstand. Denne fasingen oppnår omtrent den samme horisontale forsterkningen som fullbølgeavstanden; det vil si at en femelements fullbølge-mellomrom er lik en ni- eller ti-elementers halvbølge-mellomrom.

Radar

Faset radarsystemer brukes også av krigsskip fra mange mariner. På grunn av den hurtigheten hvormed strålen kan styres , lar fasede radarradarer et krigsskip bruke ett radarsystem for overflatedeteksjon og sporing (finne skip), luftdeteksjon og sporing (finne fly og missiler) og missilopplastingskapasitet. Før du bruker disse systemene, krevde hver overflate-til-luft-missil under flukt en egen brannkontrollradar , noe som betydde at radarstyrte våpen bare kunne angripe et lite antall samtidige mål. Faserte matrisesystemer kan brukes til å kontrollere missiler i løpet av midtkursfasen av rakettens flytur. Under den endelige delen av flyturen gir direktørene for kontinuerlig bølgekontroll den endelige veiledningen til målet. Fordi antennemønsteret styres elektronisk , kan fasede array-systemer dirigere radarstråler raskt nok til å opprettholde et brannkontrollkvalitetsspor på mange mål samtidig, samtidig som det kontrolleres flere raketter under flyging.

Active Phased Array Radar montert på toppen av Sachsen -klasse fregatt F220 Hamburgs overbygning av den tyske marinen

Den AN / spy-en faset gruppe radar, en del av den Aegis kampsystem utplassert på moderne amerikanske kryss og destroyere "er i stand til å utføre søk, spore og missilledefunksjoner samtidig med en kapasitet på over 100 mål". På samme måte har Thales Herakles faseformet flerfunksjonsradar som brukes i tjeneste med Frankrike og Singapore, en sporkapasitet på 200 mål og er i stand til å oppnå automatisk måldeteksjon, bekreftelse og sporinitiering i en enkelt skanning, samtidig som den gir midtveisveiledning oppdateringer til MBDA Aster -missiler som ble lansert fra skipet. Den tyske marinen og Royal Dutch Navy har utviklet Active Phased Array Radar System (APAR). Den MIM-104 Patriot og andre bakkebaserte luftvernsystemer bruker faset gruppe radar for lignende fordeler.

Faserte matriser brukes i marine ekkolodd, i aktive (sende og motta) og passive (bare motta) og skrogmonterte og slepne sonars .

Romsonde kommunikasjon

Den MESSENGER sonden var en romsonde oppdrag til planet kvikksølv (2011-2015). Dette var det første deep-space-oppdraget som brukte en faset array-antenne for kommunikasjon . De strålende elementene er sirkulært polariserte , bølgeledere med hull . Antennen, som bruker X -båndet , brukte 26 strålingselementer og kan nedbrytes grasiøst .

Bruk av værforskning

AN/SPY-1A radarinstallasjon ved National Severe Storms Laboratory , Norman, Oklahoma. Den omsluttende radomen gir værbeskyttelse.

The National Severe Storms Laboratory har brukt en SPY-1A faset array antenne, levert av den amerikanske marinen, for været forskning på sitt Norman, Oklahoma anlegget siden 23. april 2003. Det er å håpe at forskningen vil føre til en bedre forståelse av tordenvær og tornadoer, noe som til slutt førte til økte varslingstider og forbedret spådom om tornadoer. Nåværende prosjektdeltakere inkluderer National Severe Storms Laboratory og National Weather Service Radar Operations Center, Lockheed Martin , United States Navy , University of Oklahoma School of Meteorology, School of Electrical and Computer Engineering og Atmospheric Radar Research Center , Oklahoma State Regents for Higher Education , Federal Aviation Administration og Basic Commerce and Industries. Prosjektet inkluderer forskning og utvikling , fremtidig teknologioverføring og potensiell distribusjon av systemet i hele USA. Det forventes å ta 10 til 15 år å fullføre, og den første byggingen var omtrent $ 25 millioner dollar. Et team fra Japans RIKEN Advanced Institute for Computational Science (AICS) har startet eksperimentelt arbeid med bruk av fasematisk radar med en ny algoritme for øyeblikkelige værmeldinger .

Optikk

Innenfor det synlige eller infrarøde spekteret av elektromagnetiske bølger er det mulig å konstruere optiske fasede matriser . De brukes i bølgelengde-multipleksere og filtrerer for telekommunikasjonsformål, laserstrålestyring , og holografi. Syntetisk matrise heterodyndeteksjon er en effektiv metode for å multiplekses for en hel faset oppstilling på et enkelt element fotodetektor . Den dynamiske strålen som dannes i en optisk faset matrisesender kan brukes til å skanne bilder elektronisk eller vektorskanne bilder uten å bruke linser eller mekanisk bevegelige deler i en objektivløs projektor. Optiske fasede matrisemottakere har vist seg å være i stand til å fungere som linseløse kameraer ved selektivt å se på forskjellige retninger.

Satellitt bredbånd Internett -mottakere

Starlink er en satellittkonstellasjon med lav bane rundt jorden som er under bygging fra 2021. Den er designet for å gi bredbåndstilkobling til forbrukere; brukerterminalene i systemet vil bruke fasede matriseantenner.

Radiofrekvensidentifikasjon (RFID)

Ved 2014, faset gruppeantenner ble integrert i RFID- systemer for å øke dekningsområdet til et enkelt system med 100% til 76 200 m ² (820 000 sq ft) og samtidig ved hjelp av tradisjonelle passive UHF- koder.

Grensesnitt mellom mennesker og maskiner (HMI)

Et faset utvalg av akustiske transdusere, denominert luftbåren ultralyd taktil skjerm (AUTD), ble utviklet i 2008 ved University of Tokyos Shinoda Lab for å indusere taktil tilbakemelding. Dette systemet ble demonstrert for å gjøre det mulig for en bruker å interaktivt manipulere virtuelle holografiske objekter.

Radioastronomi

Phased Array Feeds (PAF) har nylig blitt brukt i fokus for radioteleskoper for å gi mange stråler, noe som gir radioteleskopet et veldig bredt synsfelt . To eksempler er ASKAP -teleskopet i Australia og Apertif -oppgraderingen til Westerbork Synthesis Radio Telescope i Nederland .

Matematisk perspektiv og formler

Spill media

Strålingsmønster for faset matrise inneholdende 7 sendere med en fjerdedel bølgelengde fra hverandre, som viser strålens bytteretning. Faseforskyvningen mellom tilstøtende sendere byttes fra 45 grader til -45 grader

Strålingsmønsteret til en faset matrise i polarkoordinatsystemet.

Matematisk er et faset array et eksempel på N -slit diffraksjon , der strålingsfeltet ved mottakspunktet er resultatet av den sammenhengende tilsetningen av N -punktkilder i en linje. Siden hver enkelt antenne fungerer som en spalte og sender ut radiobølger, kan deres diffraksjonsmønster beregnes ved å legge til faseforskyvningen φ i frynsetermet.

Vi vil begynne med N -slit -diffraksjonsmønsteret som er avledet på diffraksjonsformalismesiden , med slisser av samme størrelse og mellomrom . ${\ displaystyle N}$ ${\ displaystyle a}$ ${\ displaystyle d}$

{\ displaystyle \ psi = \ psi _ {0} \, {\ frac {\ sin \ left ({\ 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)}}}

Nå, ved å legge til en φ -term til frynseffekten i den andre termen gir: ${\ textstyle kd \ sin \ theta \,}$

{\ displaystyle \ psi = \ psi _ {0} \, {\ frac {\ sin \ left ({\ 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} }\Ikke sant)}}}

Å ta kvadratet til bølgefunksjonen gir oss intensiteten til bølgen.

{\ displaystyle {\ begin {align} I & = I_ {0} \ left ({\ frac {\ sin \ left ({\ frac {\ pi a} {\ lambda}} \ sin \ theta \ right)} {{ \ frac {\ pi a} {\ lambda}} \ sin \ theta}} \ høyre)^{2} \ venstre ({\ frac {\ sin \ venstre ({\ frac {N} {2}} \ venstre ( {\ frac {2 \ pi d} {\ lambda}} \ sin \ theta +\ phi \ right) \ right)} {\ sin \ left ({\ frac {\ pi d} {\ lambda}} \ sin \ theta +{\ frac {\ phi} {2}} \ right)}} \ right)^{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 {align}}}

Plasser nå avsenderne et stykke fra hverandre. Denne avstanden er valgt for enkel beregning, men kan justeres som en hvilken som helst skalær brøkdel av bølgelengden. ${\ textstyle d = {\ frac {\ lambda} {4}}}$

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

Når sinus oppnår sitt maksimum på , setter vi telleren til det andre uttrykket = 1. ${\ textstyle {\ frac {\ pi} {2}}}$

{\ displaystyle {\ begin {align} {\ 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 {align}}}

Etter hvert som N blir stor, vil begrepet bli dominert av begrepet. Siden sinus kan svinge mellom -1 og 1, kan vi se at innstillingen sender maksimal energi på en vinkel gitt av ${\ displaystyle {\ begin {matrise} {\ frac {2 \ phi} {\ pi}} \ end {matrise}}}$ ${\ displaystyle \ phi =-{\ begin {matrise} {\ frac {\ pi} {2}} \ end {matrise}}}$

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

I tillegg kan vi se at hvis vi ønsker å justere vinkelen hvor maksimal energi sendes ut, trenger vi bare å justere faseforskyvningen φ mellom påfølgende antenner. Faktisk tilsvarer faseskiftet den negative vinkelen på maksimalt signal.

En lignende beregning vil vise at nevneren minimeres med samme faktor.

Ulike typer fasede matriser

Det er to hovedtyper av stråleformere. Dette er stråleformere i tidsdomene og stråleformere med frekvensdomene .

Noen ganger brukes et gradert dempningsvindu på tvers av matrisen for å forbedre sidelappsundertrykkelsesytelsen, i tillegg til faseskiftet.

Time domain beamformer fungerer ved å introdusere tidsforsinkelser. Den grunnleggende operasjonen kalles "forsinkelse og sum". Det forsinker det innkommende signalet fra hvert array -element med en viss tid, og legger dem deretter sammen. En Butler -matrise lar flere stråler dannes samtidig, eller en stråle kan skannes gjennom en bue. Den vanligste typen tidsdomene er tidligere serpentinbølgeleder. Aktive fasede array -design bruker individuelle forsinkelseslinjer som slås på og av. Yttrium jern granat fase skiftere varierer faseforsinkelsen ved hjelp av styrken til et magnetfelt.

Det er to forskjellige typer frekvensdomene stråleformere.

Den første typen skiller de forskjellige frekvenskomponentene som er tilstede i det mottatte signalet i flere frekvensbeholdere (ved bruk av enten en Discrete Fourier -transform (DFT) eller en filterbank ). Når forskjellige forsinkelses- og sumstråleformere påføres hver frekvensbinge, er resultatet at hovedlappen samtidig peker i flere forskjellige retninger ved hver av de forskjellige frekvensene. Dette kan være en fordel for kommunikasjonslenker, og brukes med SPS-48- radaren.

Den andre typen frekvensdomene beamformer bruker romlig frekvens. Diskrete prøver tas fra hvert av de individuelle matriseelementene. Prøvene behandles ved hjelp av en DFT. DFT introduserer flere forskjellige diskrete faseskift under behandlingen. Utgangene til DFT er individuelle kanaler som korresponderer med stråler med jevnt mellomrom dannet samtidig. En 1-dimensjonal DFT produserer en vifte av forskjellige bjelker. En todimensjonal DFT produserer bjelker med en ananas konfigurasjon.

Disse teknikkene brukes til å lage to typer faset matrise.

Dynamisk - en rekke skiftende faseforskyvere brukes til å flytte strålen
Fast - stråleposisjonen er stasjonær i forhold til matriseflaten og hele antennen flyttes

Det er to ytterligere underkategorier som endrer typen dynamisk matrise eller fast matrise.

Aktive - forsterkere eller prosessorer er i hvert faseskiftelement
Passiv - stor sentral forsterker med dempende faseskift

Dynamisk faset matrise

Hvert array -element inneholder en justerbar faseskifter som samlet brukes til å flytte strålen i forhold til arrayflaten.

Dynamisk faset matrise krever ingen fysisk bevegelse for å sikte strålen. Strålen flyttes elektronisk. Dette kan produsere antennebevegelse raskt nok til å bruke en liten blyantstråle til å spore flere mål samtidig mens du søker etter nye mål ved å bruke bare ett radarsett (spor mens du søker).

Som et eksempel vil en antenne med en 2 graders stråle med en pulsfrekvens på 1 kHz kreve omtrent 8 sekunder for å dekke en hel halvkule bestående av 8000 pekestillinger. Denne konfigurasjonen gir 12 muligheter til å oppdage et kjøretøy på 1000 m/s (2200 mph; 3600 km/t) over en rekkevidde på 100 km, som er egnet for militære applikasjoner.

Posisjonen til mekanisk styrte antenner kan forutsies, som kan brukes til å lage elektroniske mottiltak som forstyrrer radardriften. Fleksibiliteten som følge av faset array -operasjon gjør at bjelker kan rettes mot tilfeldige steder, noe som eliminerer dette sikkerhetsproblemet. Dette er også ønskelig for militære applikasjoner.

Fast faset matrise

Et antennetårn bestående av en fastfase -kollinær antennearray med fire elementer

Faste fasede matriseantenner brukes vanligvis til å lage en antenne med en mer ønskelig formfaktor enn den konvensjonelle parabolske reflektoren eller kassegranreflektoren . Faste fasede matriser inneholder faste faseskift. For eksempel bruker de fleste kommersielle FM -radio- og TV -antennetårn et kollineart antennearray , som er et fast faset utvalg av dipolelementer.

I radarapplikasjoner flyttes denne typen faset array fysisk under sporings- og skanneprosessen. Det er to konfigurasjoner.

Flere frekvenser med en forsinkelseslinje
Flere tilstøtende bjelker

Den SPS-48 radar benytter flere senderfrekvenser med en serpentin forsinkelseslinje langs den venstre side av rekken for å fremstille vertikale vifte av stablede bjelker. Hver frekvens opplever et annet faseskift når det forplanter seg nedover serpentinforsinkelseslinjen, som danner forskjellige bjelker. En filterbank brukes til å dele opp de enkelte mottaksstrålene. Antennen roteres mekanisk.

Semi-aktiv radar homing bruker monopulsradar som er avhengig av en fast faset matrise for å produsere flere tilstøtende bjelker som måler vinkelfeil. Denne formfaktoren er egnet for gimbal -montering hos missilsøkere.

Aktiv faset matrise

Aktive elektronisk skannede matriser (AESA) -elementer inneholder sendeforsterkning med faseskift i hvert antenneelement (eller gruppe av elementer). Hvert element inkluderer også mottaksforsterkning. Innstillingen for faseskift er den samme for overføring og mottak.

Aktive fasede matriser krever ikke fasetilbakestilling etter slutten av overføringspulsen, som er kompatibel med dopplerradar og puls-doppler-radar .

Passiv faset matrise

Passive fasede matriser bruker vanligvis store forsterkere som produserer alt mikrobølgeoverføringssignalet for antennen. Faseskiftere består vanligvis av bølgelederelementer som styres av magnetfelt, spenningsgradient eller tilsvarende teknologi.

Faseforskyvningsprosessen som brukes med passive fasede matriser setter vanligvis mottaksstrålen og senderstrålen inn i diagonalt motsatte kvadranter. Tegnet på faseskiftet må inverteres etter at overføringspulsen er ferdig og før mottaksperioden begynner å plassere mottaksstrålen på samme sted som sendestrålen. Det krever en faseimpuls som forringer ytelsen til sub-clutter-synlighet på Doppler-radar og Pulse-Doppler-radar. Som et eksempel må Yttrium jerngranatfaseforskyttere endres etter overføringspulsdempning og før mottakerbehandling begynner å justere sende- og mottaksstråler. Den impulsen introduserer FM -støy som svekker rotytelsen.

Passiv faset array -design brukes i AEGIS Combat System. for estimering av ankomst-retning .

Languages

In other projects