กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 15 นาที

อาร์เรย์เฟส

ในทฤษฎี เสาอากาศ อาร์เรย์เฟส โดยทั่วไปหมายถึง อาร์เรย์ที่สแกนด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่ง เป็นอาร์เรย์ของเสาอากาศ ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ซึ่งสร้าง ลำแสงคลื่นวิทยุ...

อาร์เรย์เฟส

ภาพเคลื่อนไหวแสดงรูปแบบการแผ่รังสีของอาร์เรย์เฟสที่มีองค์ประกอบเสาอากาศ 15 ตัว ซึ่งเว้นระยะห่างกันหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่น ขณะที่ความแตกต่างของเฟสระหว่างเสาอากาศที่อยู่ติดกันถูกกวาดระหว่าง -120 ถึง 120 องศา บริเวณสีเข้มคือลำแสงหรือกลีบหลักในขณะที่เส้นสีอ่อนที่แผ่ออกไปรอบๆ คือกลีบข้าง

ในทฤษฎีเสาอากาศอาร์เรย์เฟสโดยทั่วไปหมายถึงอาร์เรย์ที่สแกนด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่ง เป็นอาร์เรย์ของเสาอากาศที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ซึ่งสร้างลำแสงคลื่นวิทยุที่สามารถควบคุมทิศทางด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ให้ชี้ไปยังทิศทางต่างๆ ได้โดยไม่ต้องเคลื่อนย้ายเสาอากาศ[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

ในระบบเสาอากาศแบบเฟสอาร์เรย์ พลังงานจากเครื่องส่งสัญญาณจะถูกส่งไปยังองค์ประกอบการแผ่รังสีผ่านอุปกรณ์ที่เรียกว่าตัวเปลี่ยนเฟสซึ่งควบคุมโดยระบบคอมพิวเตอร์ ที่สามารถเปลี่ยนแปลงเฟสหรือความล่าช้าของสัญญาณทางอิเล็กทรอนิกส์ได้ จึงทำให้สามารถควบคุมทิศทางของลำแสงคลื่นวิทยุได้ เนื่องจากขนาดของอาร์เรย์เสาอากาศต้องครอบคลุมความยาวคลื่นหลายช่วงเพื่อให้ได้อัตราขยายสูงที่จำเป็นสำหรับความกว้างของลำแสงที่แคบ ระบบเฟสอาร์เรย์จึงใช้งานได้จริงส่วนใหญ่ใน ย่าน ความถี่ สูง ของสเปกตรัมวิทยุ ใน ย่าน UHFและไมโครเวฟซึ่งความยาวคลื่นในการทำงานมีขนาดเล็กเหมาะสม

อาร์เรย์เฟสถูกคิดค้นขึ้นครั้งแรกเพื่อใช้ใน ระบบ เรดาร์ ทางทหาร เพื่อตรวจจับเครื่องบินและขีปนาวุธที่เคลื่อนที่เร็ว แต่ปัจจุบันมีการใช้งานอย่างแพร่หลายและขยายไปสู่การใช้งานในภาคพลเรือน เช่น5G MIMOสำหรับโทรศัพท์มือถือ หลักการของอาร์เรย์เฟสยังถูกนำไปใช้ในด้านเสียงเช่นอัลตราโซนิกส์แบบอาร์เรย์เฟสและในด้านทัศนศาสตร์ด้วย

คำว่า "อาร์เรย์เฟส" ยังถูกใช้ในระดับที่น้อยกว่าสำหรับเสาอากาศอาร์เรย์ ที่ไม่กำหนดทิศทาง ซึ่งรูปแบบการแผ่รังสีของอาร์เรย์เสาอากาศนั้นคงที่[ 5 ] [ 7 ]ตัวอย่างเช่น เสาอากาศวิทยุกระจายเสียง AM ที่ประกอบด้วยตัวส่งสัญญาณหลายเสาก็เรียกว่า "อาร์เรย์เฟส" เช่นกัน

คำอธิบาย

ภาพเคลื่อนไหวแสดงวิธีการทำงานของอาร์เรย์เฟส ประกอบด้วยอาร์เรย์ขององค์ประกอบเสาอากาศ(A)ที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องส่งสัญญาณ(TX)กระแสไฟฟ้าป้อนสำหรับแต่ละองค์ประกอบจะผ่านตัวเปลี่ยนเฟส(φ)ที่ควบคุมโดยคอมพิวเตอร์(C)เส้นสีแดงที่เคลื่อนที่แสดงถึงหน้าคลื่นของคลื่นวิทยุที่ปล่อยออกมาจากแต่ละองค์ประกอบ หน้าคลื่นแต่ละอันมีรูปร่างทรงกลม แต่จะรวมกัน ( ซ้อนทับ ) อยู่ด้านหน้าเสาอากาศเพื่อสร้างคลื่นระนาบ ตัวเปลี่ยนเฟสจะหน่วงคลื่นวิทยุไปเรื่อยๆ ตามแนวเส้น ทำให้เสาอากาศแต่ละตัวปล่อยหน้าคลื่นออกมาช้ากว่าตัวที่อยู่ด้านล่าง ส่งผลให้คลื่นระนาบที่ได้มีทิศทางทำมุมθกับแกนของเสาอากาศ โดยการเปลี่ยนค่าเฟส คอมพิวเตอร์สามารถเปลี่ยนมุมθของลำแสงได้ทันที อาร์เรย์เฟสส่วนใหญ่มีอาร์เรย์ของเสาอากาศแบบสองมิติแทนที่จะเป็นแบบเส้นตรงดังที่แสดงในภาพ และสามารถควบคุมทิศทางของลำแสงได้ในสองมิติ ความเร็วของคลื่นวิทยุที่แสดงในภาพได้ถูกลดความเร็วลง

อาร์เรย์เฟสคืออาร์เรย์ที่สแกนด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเป็น อาร์เรย์ของเสาอากาศที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ซึ่งสร้างลำแสงคลื่นวิทยุที่สามารถควบคุมทิศทางด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ให้ชี้ไปยังทิศทางต่างๆ ได้โดยไม่ต้องเคลื่อนย้ายเสาอากาศ[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] ทฤษฎีทั่วไปของอาร์เรย์เฟสแม่เหล็กไฟฟ้ายังพบการประยุกต์ใช้ในการใช้งาน ด้านอัลตราโซนิกและการถ่ายภาพทางการแพทย์ ( อัลตราโซนิกส์แบบอาร์เรย์เฟส ) และในด้านทัศนศาสตร์ ( อาร์เรย์เฟสเชิงแสง )

ในเสาอากาศแบบอาร์เรย์ อย่างง่าย กระแสความถี่วิทยุจากเครื่องส่งสัญญาณจะถูกส่งไปยังองค์ประกอบเสาอากาศแต่ละตัวหลายๆ ตัว โดยมีเฟสสัมพันธ์ที่เหมาะสม เพื่อให้คลื่นวิทยุจากองค์ประกอบแต่ละตัวรวมกัน ( ซ้อนทับ ) เพื่อสร้างลำแสง สามารถกำหนดค่านี้เพื่อเพิ่มกำลังส่งในทิศทางที่ต้องการและลดการแผ่รังสีในทิศทางที่ไม่ต้องการได้

ในระบบเสาอากาศแบบเฟสอาร์เรย์ พลังงานจากตัวส่งสัญญาณจะถูกส่งไปยังองค์ประกอบการแผ่รังสีผ่านอุปกรณ์ที่เรียกว่าตัวเปลี่ยนเฟสซึ่งควบคุมโดยระบบคอมพิวเตอร์ คอมพิวเตอร์สามารถเปลี่ยนแปลงเฟสหรือความล่าช้าของสัญญาณของแต่ละองค์ประกอบเสาอากาศได้ทางอิเล็กทรอนิกส์ ส่งผลให้ลำแสงคลื่นวิทยุสามารถ "ควบคุมทิศทาง" ให้แพร่กระจายไปในทิศทางใดก็ได้ตามต้องการ

เดิมทีอาร์เรย์เฟสถูกคิดค้นขึ้นเพื่อใช้ใน ระบบ เรดาร์ ทางทหาร เพื่อควบคุมลำแสงคลื่นวิทยุให้เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วบนท้องฟ้าเพื่อตรวจจับเครื่องบินและขีปนาวุธ ปัจจุบันระบบเหล่านี้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายและขยายไปสู่การใช้งานในภาคพลเรือน เช่น5G MIMOสำหรับโทรศัพท์มือถือ หลักการของอาร์เรย์เฟสยังถูกนำไปใช้ในด้านเสียงและอาร์เรย์เฟสของตัวแปลงสัญญาณเสียงถูกนำไปใช้ใน เครื่องสแกน ภาพอัลตราซา วนด์ทางการแพทย์ ( อัลตราโซนิกส์แบบอาร์เรย์เฟส ) การสำรวจน้ำมันและก๊าซ ( แผ่นดินไหวสะท้อน ) และระบบ โซนาร์ ทางทหาร

คำว่า "อาร์เรย์เฟส" ยังถูกใช้ในระดับที่น้อยกว่าสำหรับเสาอากาศอาร์เรย์ ที่ไม่สามารถปรับทิศทางได้ ซึ่งเฟสของกำลังป้อนและรูปแบบการแผ่รังสีของอาร์เรย์เสาอากาศนั้นคงที่[ 5 ] [ 8 ]ตัวอย่างเช่น เสาอากาศวิทยุกระจายเสียง AM ที่ประกอบด้วยตัวส่งสัญญาณหลายเสาที่ป้อนเพื่อให้เกิดรูปแบบการแผ่รังสีเฉพาะ ก็เรียกว่า "อาร์เรย์เฟส" เช่นกัน

ประเภท

อาร์เรย์เฟสมีหลายรูปแบบ อย่างไรก็ตาม สี่รูปแบบที่พบได้บ่อยที่สุดคือ อาร์เรย์สแกนอิเล็กทรอนิกส์แบบพาสซีฟ (PESA) อาร์เรย์สแกนอิเล็กทรอนิกส์แบบแอคทีฟ (AESA) อาร์เรย์เฟสการสร้างลำแสงแบบไฮบริด และอาร์เรย์การสร้างลำแสงดิจิทัล (DBF) [ 9 ]

อาร์เรย์เฟสแบบพาสซีฟหรืออาร์เรย์สแกนอิเล็กทรอนิกส์แบบพาสซีฟ (PESA) คืออาร์เรย์เฟสที่องค์ประกอบเสาอากาศเชื่อมต่อกับตัวส่งและ/หรือตัวรับ เพียงตัวเดียว ดังแสดงในภาพเคลื่อนไหวแรกด้านบน PESA เป็นอาร์เรย์เฟสประเภทที่พบได้บ่อยที่สุด โดยทั่วไปแล้ว PESA จะใช้ตัวรับ/ตัวกระตุ้นเพียงตัวเดียวสำหรับอาร์เรย์ทั้งหมด

อาร์เรย์เฟสแอคทีฟหรืออาร์เรย์สแกนอิเล็กทรอนิกส์แอคทีฟ (AESA) คืออาร์เรย์เฟสที่แต่ละองค์ประกอบเสาอากาศมีโมดูลตัวส่ง/ตัวรับแบบอนาล็อก (T/R) [ 10 ]ซึ่งสร้างการเปลี่ยนเฟสที่จำเป็นในการควบคุมลำแสงเสาอากาศทางอิเล็กทรอนิกส์ อาร์เรย์แอคทีฟเป็นเทคโนโลยีอาร์เรย์เฟสรุ่นที่สองที่ทันสมัยกว่าซึ่งใช้ในงานทางทหาร แตกต่างจาก PESA ตรงที่สามารถแผ่คลื่นวิทยุหลายลำแสงที่ความถี่หลายความถี่ในทิศทางต่างๆ พร้อมกันได้ อย่างไรก็ตาม จำนวนลำแสงพร้อมกันนั้นถูกจำกัดด้วยเหตุผลทางปฏิบัติของการบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ของตัวสร้างลำแสงไว้ที่ประมาณสามลำแสงพร้อมกันสำหรับ AESA ตัวสร้างลำแสงแต่ละตัวมีตัวรับ/ตัวกระตุ้นเชื่อมต่ออยู่

อาร์เรย์เฟสแบบสร้างลำแสงดิจิทัล (DBF)มีตัวรับ/ตัวส่งสัญญาณดิจิทัลอยู่ที่แต่ละองค์ประกอบในอาร์เรย์ สัญญาณที่แต่ละองค์ประกอบจะถูกแปลงเป็นดิจิทัลโดยตัวรับ/ตัวส่งสัญญาณ ซึ่งหมายความว่าลำแสงของเสาอากาศสามารถสร้างขึ้นได้แบบดิจิทัลในวงจรเกตโปรแกรมได้ (FPGA) หรือคอมพิวเตอร์ของอาร์เรย์ วิธีการนี้ช่วยให้สามารถสร้างลำแสงเสาอากาศหลายลำพร้อมกันได้

ระบบอาร์เรย์เฟสแบบไฮบริดสำหรับการสร้างลำแสงสามารถมองได้ว่าเป็นการผสมผสานระหว่าง AESA และระบบอาร์เรย์เฟสแบบดิจิทัลสำหรับการสร้างลำแสง โดยใช้ซับอาร์เรย์ที่เป็นอาร์เรย์เฟสแบบแอคทีฟ (ตัวอย่างเช่น ซับอาร์เรย์อาจมี 64, 128 หรือ 256 องค์ประกอบ และจำนวนองค์ประกอบขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของระบบ) ซับอาร์เรย์เหล่านี้จะถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างอาร์เรย์เต็มรูปแบบ แต่ละซับอาร์เรย์มีตัวรับ/ตัวส่งสัญญาณดิจิทัลของตัวเอง วิธีการนี้ช่วยให้สามารถสร้างกลุ่มลำแสงพร้อมกันได้

เสาอากาศแบบคอนฟอร์มอล[ 11 ]เป็นอาร์เรย์เฟสที่เสาอากาศแต่ละตัวแทนที่จะจัดเรียงในระนาบแบน จะถูกติดตั้งบนพื้นผิวโค้ง ตัวเปลี่ยนเฟสจะชดเชยความยาวเส้นทางที่แตกต่างกันของคลื่นเนื่องจากตำแหน่งที่แตกต่างกันขององค์ประกอบเสาอากาศบนพื้นผิว ทำให้อาร์เรย์สามารถแผ่คลื่นระนาบได้ เสาอากาศแบบคอนฟอร์มอลใช้ในเครื่องบินและขีปนาวุธ เพื่อรวมเสาอากาศเข้ากับพื้นผิวโค้งของเครื่องบินเพื่อลดแรงต้านอากาศพลศาสตร์

โดเมนเวลาและโดเมนความถี่

มีบีมฟอร์มเมอร์หลักสองประเภท ได้แก่ บีมฟอร์มเมอร์ โดเมนเวลา[ 12 ]และบีมฟอร์มเมอร์โดเมนความถี่[ 13 ] [ 14 ]จากมุมมองทางทฤษฎี ทั้งสองประเภทเป็นการดำเนินการเดียวกันในหลักการ โดยการแปลงฟูริเยร์ช่วยให้สามารถแปลงจากประเภทหนึ่งไปเป็นอีกประเภทหนึ่งได้

บางครั้งมีการใช้หน้าต่างลดทอนแบบไล่ระดับทั่วหน้าอาร์เรย์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการลดสัญญาณรบกวนด้านข้าง นอกเหนือจากการเปลี่ยนเฟส

ตัวสร้างลำแสงโดเมนเวลา[ 15 ]ทำงานโดยการแนะนำการหน่วงเวลา การดำเนินการพื้นฐานเรียกว่า "การหน่วงเวลาและการรวม" โดยจะหน่วงสัญญาณขาเข้าจากองค์ประกอบอาร์เรย์แต่ละตัวเป็นระยะเวลาหนึ่ง แล้วจึงนำมารวมกันเมทริกซ์ Butlerช่วยให้สามารถสร้างลำแสงได้หลายลำพร้อมกัน หรือสแกนลำแสงหนึ่งผ่านส่วนโค้ง ตัวสร้างลำแสงโดเมนเวลาที่พบได้บ่อยที่สุดคือท่อนำคลื่นแบบงู การออกแบบอาร์เรย์เฟสแบบแอคทีฟใช้สายหน่วงเวลาแต่ละเส้นที่เปิดและปิด ตัวเปลี่ยนเฟส Yttrium iron garnetจะปรับเปลี่ยนการหน่วงเฟสโดยใช้ความแรงของสนามแม่เหล็ก

มีบีมฟอร์มเมอร์ในโดเมนความถี่อยู่สองประเภทที่แตกต่างกัน

แบบแรกจะแยกส่วนประกอบความถี่ต่างๆ ที่มีอยู่ในสัญญาณที่ได้รับออกเป็นช่วงความถี่หลายช่วง (โดยใช้การแปลงฟูริเยร์แบบไม่ต่อเนื่อง (DFT) หรือฟิลเตอร์แบงค์ ) เมื่อใช้ตัวสร้างลำแสงแบบหน่วงเวลาและแบบรวมที่แตกต่างกันกับแต่ละช่วงความถี่ ผลลัพธ์ที่ได้คือลำแสงหลักจะชี้ไปในทิศทางต่างๆ พร้อมกันที่ความถี่แต่ละช่วง ซึ่งอาจเป็นข้อดีสำหรับลิงก์การสื่อสาร และถูกนำไปใช้กับเรดาร์ SPS-48

บีมฟอร์เมอร์ในโดเมนความถี่อีกประเภทหนึ่งใช้ความถี่เชิงพื้นที่ โดยจะสุ่มตัวอย่างแบบไม่ต่อเนื่องจากองค์ประกอบแต่ละตัวในอาร์เรย์ จากนั้นประมวลผลตัวอย่างเหล่านั้นโดยใช้ DFT (Discrete Frequency Transformation) ซึ่ง DFT จะสร้างการเปลี่ยนแปลงเฟสแบบไม่ต่อเนื่องหลายแบบในระหว่างการประมวลผล ผลลัพธ์ของ DFT คือช่องสัญญาณแต่ละช่องที่สอดคล้องกับลำแสงที่เว้นระยะห่างเท่าๆ กันซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกัน DFT แบบ 1 มิติจะสร้างลำแสงที่มีลักษณะเป็นรูปพัด ส่วน DFT แบบ 2 มิติจะสร้างลำแสงที่มีลักษณะ เป็นรูป สับปะรด

เทคนิคเหล่านี้ใช้ในการสร้างอาร์เรย์เฟสสองประเภท

  • ไดนามิก – มีการใช้อาร์เรย์ของตัวเปลี่ยนเฟสแบบแปรผันเพื่อเคลื่อนลำแสง[ 16 ]
  • คงที่ – ตำแหน่งลำแสงจะคงที่เมื่อเทียบกับหน้าอาร์เรย์และเสาอากาศทั้งหมดจะเคลื่อนที่[ 17 ]

นอกจากนี้ยังมีหมวดหมู่ย่อยอีกสองหมวดที่ปรับเปลี่ยนชนิดของอาร์เรย์แบบไดนามิกหรืออาร์เรย์แบบคงที่

  • แอคทีฟ – แอมพลิฟายเออร์หรือโปรเซสเซอร์อยู่ในองค์ประกอบตัวเปลี่ยนเฟสแต่ละตัว[ 18 ]
  • แบบพาสซีฟ – แอมพลิฟายเออร์กลางขนาดใหญ่พร้อมตัวเปลี่ยนเฟสลดทอน[ 19 ]

อาร์เรย์เฟสแบบไดนามิก

แต่ละองค์ประกอบของอาร์เรย์ประกอบด้วยตัวปรับเฟสที่ปรับได้ ซึ่งทั้งหมดนี้ใช้ในการเคลื่อนลำแสงเทียบกับหน้าของอาร์เรย์

ระบบเสาอากาศแบบเฟสอาร์เรย์ไดนามิกไม่จำเป็นต้องมีการเคลื่อนไหวทางกายภาพเพื่อปรับทิศทางลำแสง ลำแสงจะถูกควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งสามารถสร้างการเคลื่อนที่ของเสาอากาศได้เร็วพอที่จะใช้ลำแสงแคบๆ ในการติดตามเป้าหมายหลายเป้าหมายพร้อมกันในขณะที่ค้นหาเป้าหมายใหม่โดยใช้เรดาร์เพียงชุดเดียว ซึ่งเป็นความสามารถที่เรียกว่าการติดตามขณะค้นหา (track while search )

ตัวอย่างเช่น เสาอากาศที่มีมุมลำแสง 2 องศา และอัตราการส่งคลื่น 1 กิโลเฮิร์ตซ์ จะต้องใช้เวลาประมาณ 8 วินาทีในการครอบคลุมพื้นที่ครึ่งทรงกลมทั้งหมด ซึ่งประกอบด้วยตำแหน่งการชี้เป้า 8,000 ตำแหน่ง การกำหนดค่านี้จะให้โอกาสในการตรวจจับยานพาหนะที่ความเร็ว 1,000 เมตร/วินาที (2,200 ไมล์ต่อชั่วโมง; 3,600 กิโลเมตร/ชั่วโมง) ได้ถึง 12 ครั้ง ในระยะ 100 กิโลเมตร (62 ไมล์) ซึ่งเหมาะสมสำหรับการใช้งานทางทหาร

ตำแหน่งของเสาอากาศที่ควบคุมด้วยกลไกสามารถคาดการณ์ได้ ซึ่งสามารถนำมาใช้สร้างมาตรการตอบโต้ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่รบกวนการทำงานของเรดาร์ได้ ความยืดหยุ่นที่เกิดจากการทำงานของอาร์เรย์เฟสช่วยให้สามารถเล็งลำแสงไปยังตำแหน่งสุ่มได้ ซึ่งช่วยขจัดจุดอ่อนนี้ นอกจากนี้ยังเป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานทางทหารอีกด้วย

อาร์เรย์เฟสคงที่

หอเสาอากาศประกอบด้วยชุดเสาอากาศแบบเรียงตัวเชิงเส้นคงที่ที่มีองค์ประกอบสี่ตัว

เสาอากาศแบบอาร์เรย์เฟสคงที่มักใช้เพื่อสร้างเสาอากาศที่มีรูปทรงที่เหมาะสมกว่าเสาอากาศแบบสะท้อนแสงพาราโบลาหรือแบบสะท้อนแสงแคสเซเกรน ทั่วไป อาร์เรย์เฟสคงที่ประกอบด้วยตัวเปลี่ยนเฟสแบบคงที่ ตัวอย่างเช่น หอเสาอากาศวิทยุ FM และโทรทัศน์เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ใช้เสาอากาศแบบอาร์เรย์คอลลิเนียร์ซึ่งเป็นอาร์เรย์เฟสคงที่ขององค์ประกอบไดโพล

ในการใช้งานเรดาร์ อาร์เรย์เฟสแบบนี้จะถูกเคลื่อนย้ายทางกายภาพระหว่างกระบวนการติดตามและสแกน โดยมีสองรูปแบบหลักๆ

  • ความถี่หลายระดับพร้อมสายหน่วงเวลา
  • คานที่อยู่ติดกันหลายอัน

เรดาร์ SPS -48ใช้ความถี่ส่งหลายความถี่ร่วมกับสายหน่วงเวลาแบบคดเคี้ยวทางด้านซ้ายของอาร์เรย์เพื่อสร้างลำแสงเรียงซ้อนกันในแนวตั้ง แต่ละความถี่จะมีการเปลี่ยนแปลงเฟสที่แตกต่างกันขณะที่เคลื่อนที่ไปตามสายหน่วงเวลาแบบคดเคี้ยว ซึ่งก่อให้เกิดลำแสงที่แตกต่างกัน มีการใช้ชุดตัวกรองเพื่อแยกแต่ละลำแสงรับสัญญาณออกจากกัน เสาอากาศจะหมุนด้วยกลไก

ระบบนำทางด้วยเรดาร์แบบกึ่งแอคทีฟใช้เรดาร์แบบโมโนพัลส์ซึ่งอาศัยอาร์เรย์เฟสคงที่ในการสร้างลำแสงหลายลำที่อยู่ติดกันเพื่อวัดความคลาดเคลื่อนของมุม รูปทรงนี้เหมาะสำหรับ การติดตั้งบน แกนหมุนในระบบค้นหาเป้าหมายของขีปนาวุธ

อาร์เรย์เฟสแอคทีฟ

องค์ประกอบ อาร์เรย์สแกนอิเล็กทรอนิกส์แบบแอคทีฟ (AESA) ประกอบด้วยการขยายสัญญาณส่งพร้อมการเปลี่ยนเฟสในแต่ละองค์ประกอบเสาอากาศ (หรือกลุ่มขององค์ประกอบ) แต่ละองค์ประกอบยังรวมถึงการขยายสัญญาณรับล่วงหน้าด้วย การตั้งค่าตัวเปลี่ยนเฟสจะเหมือนกันสำหรับการส่งและรับ[ 20 ]

อาร์เรย์เฟสแบบแอคทีฟไม่จำเป็นต้องรีเซ็ตเฟสหลังจากสิ้นสุดพัลส์การส่ง ซึ่งเข้ากันได้กับเรดาร์ดอปเปลอร์และเรดาร์พัลส์ดอปเปลอร์

อาร์เรย์เฟสแบบพาสซีฟ

โดยทั่วไปแล้ว อาร์เรย์เฟสแบบพาสซีฟจะใช้แอมพลิฟายเออร์ขนาดใหญ่ที่สร้างสัญญาณส่งไมโครเวฟทั้งหมดสำหรับเสาอากาศ ตัวเปลี่ยนเฟสโดยทั่วไปประกอบด้วยองค์ประกอบท่อนำคลื่นที่ควบคุมโดยสนามแม่เหล็ก ความชันของแรงดันไฟฟ้า หรือเทคโนโลยีที่เทียบเท่า[ 21 ] [ 22 ]

กระบวนการเปลี่ยนเฟสที่ใช้กับอาร์เรย์เฟสแบบพาสซีฟโดยทั่วไปจะวางลำแสงรับและลำแสงส่งไว้ในควอดแรนต์ตรงข้ามกันในแนวทแยง เครื่องหมายของการเปลี่ยนเฟสจะต้องถูกกลับด้านหลังจากพัลส์ส่งสิ้นสุดลงและก่อนที่ช่วงเวลารับสัญญาณจะเริ่มต้นขึ้น เพื่อวางลำแสงรับไว้ในตำแหน่งเดียวกับลำแสงส่ง ซึ่งต้องใช้แรงกระตุ้นเฟสที่ลดประสิทธิภาพการมองเห็นในสภาวะที่มีสิ่งรบกวนต่ำบนเรดาร์ดอปเปลอร์และเรดาร์พัลส์ดอปเปลอร์ ตัวอย่างเช่น ตัวเปลี่ยนเฟส ที่ทำจากอิตเทรียมไอรอนการ์เนตจะต้องถูกเปลี่ยนหลังจากพัลส์ส่งดับลงและก่อนที่การประมวลผลของตัวรับจะเริ่มต้นขึ้นเพื่อจัดแนวลำแสงส่งและรับ แรงกระตุ้นดังกล่าวทำให้เกิดสัญญาณรบกวน FM ที่ลดประสิทธิภาพการมองเห็นในสภาวะที่มีสิ่งรบกวนต่ำ

การออกแบบอาร์เรย์เฟสแบบพาสซีฟใช้ในระบบการต่อสู้ AEGIS [ 23 ]สำหรับการประมาณ ทิศทางการมาถึง

ประวัติศาสตร์

เสาอากาศทิศทางของ เฟอร์ดินานด์ บราวน์ในปี 1905 ซึ่งใช้หลักการอาร์เรย์เฟส ประกอบด้วยเสาอากาศโมโนโพลสามต้นเรียงเป็นรูปสามเหลี่ยมด้านเท่า การหน่วงเวลาหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่นในสายป้อนของเสาอากาศต้นหนึ่งทำให้เสาอากาศแผ่รังสีเป็นลำแสง การหน่วงเวลานี้สามารถสลับได้ด้วยตนเองไปยังสายป้อนใดก็ได้ในสามสาย ทำให้ลำแสงของเสาอากาศหมุนไป 120°
เรดาร์ตรวจจับขีปนาวุธ แบบแอคทีฟเฟสอาร์เรย์PAVE PAWS ของสหรัฐฯในอะแลสกา สร้างเสร็จในปี 1979 นับเป็นหนึ่งในเรดาร์แบบแอคทีฟเฟสอาร์เรย์รุ่นแรกๆ
ภาพระยะใกล้ขององค์ประกอบเสาอากาศไดโพลไขว้จำนวน 2677 ชิ้นที่ประกอบกันเป็นอาร์เรย์ระนาบ เสาอากาศนี้สร้างลำแสงแคบๆ รูปทรง "ดินสอ" ที่มีความกว้างเพียง 2.2° เท่านั้น
เรดาร์BMEWSและPAVE PAWS
เรดาร์แบบอาร์เรย์เฟสแมมมุท สมัยสงครามโลกครั้งที่ 2

การส่งสัญญาณแบบอาร์เรย์เฟสได้รับการสาธิตครั้งแรกในปี พ.ศ. 2448 โดยKarl Ferdinand Braunผู้ได้รับรางวัล โนเบล ซึ่งได้สาธิตการส่ง สัญญาณ คลื่นวิทยุในทิศทางเดียว ที่ได้รับการปรับปรุง [ 24 ] [ 25 ]ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 Luis Alvarezผู้ได้รับรางวัลโนเบลได้ใช้การส่งสัญญาณแบบอาร์เรย์เฟสใน ระบบ เรดาร์ที่สามารถปรับทิศทาง ได้อย่างรวดเร็ว สำหรับ " การเข้าใกล้แบบควบคุมภาคพื้นดิน " ซึ่งเป็นระบบที่ช่วยในการลงจอดของเครื่องบิน ในขณะเดียวกัน บริษัท GEMA ของเยอรมัน ( Gesellschaft für elektroakustische und mechanische Apparate [ 26 ] ) ได้สร้างMammut 1 ขึ้น[ 27 ]ต่อมาได้มีการดัดแปลงเพื่อใช้ในดาราศาสตร์วิทยุซึ่งนำไปสู่รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์สำหรับAntony HewishและMartin Ryleหลังจากที่ได้มีการพัฒนาอาร์เรย์เฟสขนาดใหญ่หลายชุดที่Interplanetary Scintillation Array ของ มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์การออกแบบนี้ยังใช้สำหรับเรดาร์และมีการนำไปใช้ทั่วไปในเสาอากาศวิทยุ แบบอินเตอร์เฟอโรเมตริก

ในปี พ.ศ. 2509 เรดาร์แบบเฟสอาร์เรย์ส่วนใหญ่ใช้ตัวเปลี่ยนเฟสเฟอร์ไรต์หรือท่อคลื่นเดินทางเพื่อปรับเฟสแบบไดนามิก AN/SPS-33 ซึ่งติดตั้งบนเรือพลังงานนิวเคลียร์ Long Beach และ Enterprise ประมาณปี พ.ศ. 2504 ได้รับการกล่าวอ้างว่าเป็นเฟสอาร์เรย์ 3 มิติที่ใช้งานได้เพียงแห่งเดียวในโลกในปี พ.ศ. 2509 AN/SPG-59 ได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างลำแสงติดตามหลายลำจากอาร์เรย์ส่งสัญญาณและตั้งโปรแกรมอาร์เรย์รับสัญญาณอิสระพร้อมกัน เฟสอาร์เรย์ 3 มิติสำหรับพลเรือนเครื่องแรกสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2503 ที่ศูนย์ทดลองสิ่งอำนวยความสะดวกการบินแห่งชาติ แต่ถูกยกเลิกในปี พ.ศ. 2504 [ 28 ]

ในปี 2547 นักวิจัย ของ Caltechได้สาธิตตัวรับสัญญาณแบบอาร์เรย์เฟสแบบบูรณาการบนซิลิคอนตัวแรกที่ความถี่ 24 GHz โดยมีองค์ประกอบ 8 ตัว[ 29 ]ต่อมาในปี 2548 พวกเขาได้สาธิตตัวส่งสัญญาณแบบอาร์เรย์เฟส CMOS ที่ความถี่ 24 GHz [ 30 ] และในปี 2549 ทีมงานของ Caltech ได้สาธิต ตัวรับส่งสัญญาณแบบอาร์เรย์เฟสแบบบูรณาการอย่างสมบูรณ์ที่ความถี่ 77 GHz พร้อมเสาอากาศแบบรวม[ 31 ] [ 32 ] ในปี 2550 นักวิจัย ของ DARPAได้ประกาศเสาอากาศเรดาร์แบบอาร์เรย์เฟส 16 องค์ประกอบ ซึ่งบูรณาการกับวงจรที่จำเป็นทั้งหมดบนชิปซิลิคอนชิ้นเดียวและทำงานที่ความถี่ 30–50 GHz [ 33 ]

แอม พลิจู ดสัมพัทธ์ของ สัญญาณที่แผ่รังสีโดยเสาอากาศแต่ละตัว รวมถึงผลกระทบจากการรบกวนแบบเสริมและหักล้าง จะเป็นตัวกำหนด รูปแบบการแผ่รังสี ที่มีประสิทธิภาพ ของอาร์เรย์ อาร์เรย์เฟสสามารถใช้เพื่อกำหนดรูปแบบการแผ่รังสีคงที่ หรือเพื่อสแกนอย่างรวดเร็วในแนวราบหรือแนวดิ่ง การสแกนทางไฟฟ้าพร้อมกันทั้งในแนวราบและแนวดิ่งได้รับการสาธิตครั้งแรกในเสาอากาศอาร์เรย์เฟสที่บริษัทฮิวจ์ส แอร์คราฟต์รัฐแคลิฟอร์เนีย ในปี พ.ศ. 2490 [ 34 ]

สูตร

กรอบพิกัดของอาร์เรย์เฟสที่ใช้ในการคำนวณแฟกเตอร์อาร์เรย์ ทิศทาง และอัตราขยาย

ตัวประกอบอาร์เรย์

ทิศทาง โดยรวมของอาร์เรย์เฟสจะเป็นผลมาจากการขยายขององค์ประกอบอาร์เรย์แต่ละตัว และทิศทางเนื่องจากตำแหน่งขององค์ประกอบเหล่านั้นในอาร์เรย์ ส่วนประกอบหลังนี้มีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิด (แต่ไม่เท่ากับ[ 15 ] ) กับปัจจัยอาร์เรย์ [ 35 ] [ 15 ] ในอาร์เรย์เฟสแบบระนาบ (สี่เหลี่ยมผืนผ้า) ที่มีมิติโดยมีระยะห่างระหว่างองค์ประกอบและตามลำดับ ปัจจัยอาร์เรย์สามารถคำนวณได้ตาม[ 2 ] [ 35 ] :

รูปแบบการแผ่รังสีของอาร์เรย์เฟสที่มีตัวปล่อยรังสี 7 ตัวซึ่งเว้นระยะห่างกันหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่น แสดงทิศทางการสลับลำแสง การเปลี่ยนเฟสระหว่างตัวปล่อยรังสีที่อยู่ติดกันจะสลับจาก 45 องศาเป็น -45 องศา

ในที่นี้และคือทิศทางที่เราใช้ในการพิจารณาค่าตัวประกอบอาร์เรย์ในกรอบพิกัดที่แสดงอยู่ทางด้านขวา ตัวประกอบและคือการเลื่อนเฟสแบบก้าวหน้าซึ่งใช้ในการควบคุมลำแสงทางอิเล็กทรอนิกส์ ตัวประกอบและคือสัมประสิทธิ์การกระตุ้นของแต่ละองค์ประกอบ

การควบคุมทิศทางลำแสงจะแสดงอยู่ในกรอบพิกัดเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ทิศทางการควบคุมจะแสดงด้วยและซึ่งใช้ในการคำนวณเฟสแบบก้าวหน้า:

ในสมการทั้งหมดข้างต้น ค่าดังกล่าวอธิบายถึงเลขคลื่นของความถี่ที่ใช้ในการส่งสัญญาณ

สมการเหล่านี้สามารถแก้ไขได้เพื่อทำนายค่าศูนย์ กลีบหลัก และกลีบเกรตติ้งของอาร์เรย์ เมื่ออ้างอิงถึงเลขชี้กำลังในสมการตัวประกอบอาร์เรย์ เราสามารถกล่าวได้ว่ากลีบหลักและกลีบเกรตติ้งจะเกิดขึ้นที่ คำตอบจำนวนเต็มของสมการต่อไปนี้: [ 2 ] [ 35 ]

ตัวอย่างการใช้งาน

ในทางวิศวกรรม มักนิยมระบุค่าอาร์เรย์เฟสใน หน่วย เดซิเบล โดย นึกถึงเลขชี้กำลังเชิงซ้อนในสมการตัวประกอบอาร์เรย์ข้างต้น โดยทั่วไปแล้ว สิ่งที่ หมายถึงตัวประกอบอาร์เรย์ จริงๆคือขนาดของผลรวมของเฟเซอร์ที่ได้จากการคำนวณตัวประกอบอาร์เรย์ ด้วยเหตุนี้ เราจึงสามารถสร้างสมการต่อไปนี้ได้: เพื่อให้ง่ายต่อการมองเห็น เราจะวิเคราะห์ตัวประกอบอาร์เรย์โดยกำหนดค่ามุมราบและมุมเงยเป็น อินพุต ซึ่งเราจะแปลงเป็นเฟรมอาร์เรย์โดยใช้การแปลงต่อไปนี้:

นี่แสดงถึงกรอบพิกัดที่มีแกนอยู่ในแนวเดียวกับแกนของอาร์เรย์และแกนของ กรอบพิกัดนี้ก็อยู่ในแนวเดียวกับ แกน ของอาร์เรย์เช่นกัน

หากเราพิจารณาอาร์เรย์เฟส กระบวนการนี้จะให้ค่าต่อไปนี้สำหรับเมื่อปรับทิศทางไปยังแนวเล็ง ( , ):

ค่าเหล่านี้ถูกจำกัดให้มีค่าต่ำสุดที่ -50 dB อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง จุดศูนย์ในรูปแบบตัวประกอบอาร์เรย์จะมีค่าต่ำกว่านี้มาก

แอปพลิเคชัน

เรดาร์

เรดาร์แบบเฟสอาร์เรย์ถูกคิดค้นขึ้นเพื่อใช้ในการติดตามขีปนาวุธ และเนื่องจากความสามารถในการติดตามที่รวดเร็ว เรดาร์แบบเฟสอาร์เรย์จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการทหาร ตัวอย่างเช่น เนื่องจากความเร็วในการควบคุมลำแสงเรดาร์แบบเฟสอาร์เรย์ช่วยให้เรือรบสามารถใช้ ระบบ เรดาร์ เพียงระบบเดียว สำหรับการตรวจจับและติดตามเป้าหมายบนพื้นผิว (การค้นหาเรือ) การตรวจจับและติดตามเป้าหมายในอากาศ (การค้นหาเครื่องบินและขีปนาวุธ) และความสามารถในการเชื่อมต่อกับขีปนาวุธ ก่อนที่จะใช้ระบบเหล่านี้ขีปนาวุธพื้นสู่อากาศ แต่ละลูกที่กำลังบินอยู่ต้องใช้ เรดาร์ควบคุมการยิงเฉพาะซึ่งหมายความว่าอาวุธนำวิถีด้วยเรดาร์สามารถโจมตีเป้าหมายพร้อมกันได้เพียงจำนวนน้อยเท่านั้น ระบบเฟสอาร์เรย์สามารถใช้ควบคุมขีปนาวุธในช่วงกลางของเส้นทางการบินของขีปนาวุธ ในช่วงสุดท้ายของการบิน ตัวควบคุมการยิง แบบคลื่นต่อเนื่องจะให้การนำทางขั้นสุดท้ายไปยังเป้าหมาย เนื่องจากรูปแบบของเสาอากาศถูกควบคุมด้วย ระบบอิเล็กทรอนิกส์ ระบบเฟสอาร์เรย์จึงสามารถควบคุมลำแสงเรดาร์ได้เร็วพอที่จะรักษาระดับการควบคุมการยิงบนเป้าหมายหลายเป้าหมายพร้อมกัน ในขณะเดียวกันก็ควบคุมขีปนาวุธที่กำลังบินอยู่หลายลูกได้ด้วย

เรดาร์แบบ Active Phased Arrayที่ติดตั้งอยู่บนโครงสร้างส่วน บนของ เรือฟริเกตชั้นSachsen รุ่น F220 Hamburg ของ กองทัพเรือเยอรมัน

เรดาร์แบบอาร์เรย์เฟส AN /SPY-1ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบการรบ Aegisที่ติดตั้งบนเรือลาดตระเวนและเรือพิฆาต สมัยใหม่ของสหรัฐฯ “สามารถดำเนินการค้นหา ติดตาม และนำทางขีปนาวุธได้พร้อมกัน โดยมีความสามารถในการติดตามเป้าหมายได้มากกว่า 100 เป้าหมาย” [ 36 ]ในทำนองเดียวกันเรดาร์มัลติฟังก์ชันแบบอาร์เรย์เฟสThales Herakles ที่ใช้ใน ฝรั่งเศสและสิงคโปร์มีความสามารถในการติดตามเป้าหมายได้ 200 เป้าหมาย และสามารถตรวจจับ ยืนยัน และเริ่มการติดตามเป้าหมายโดยอัตโนมัติในการสแกนครั้งเดียว ในขณะเดียวกันก็ให้ข้อมูลอัปเดตการนำทางระหว่างทางแก่ ขีปนาวุธ MBDA Asterที่ยิงจากเรือ[ 37 ]กองทัพเรือเยอรมันและกองทัพเรือเนเธอร์แลนด์ได้พัฒนา ระบบ เรดาร์แบบอาร์เรย์เฟสแบบแอคที ฟ (APAR) ระบบต่อต้านอากาศยานภาคพื้นดิน MIM-104 Patriot และระบบอื่นๆ ใช้เรดาร์แบบอาร์เรย์เฟสเพื่อประโยชน์ที่คล้ายคลึงกัน

โซนาร์

ระบบอาร์เรย์เฟสถูกนำมาใช้ในระบบโซนาร์ของกองทัพเรือ ทั้งแบบแอคทีฟ (ส่งและรับสัญญาณ) และแบบพาสซีฟ (รับสัญญาณอย่างเดียว) รวมถึงโซนาร์แบบติดตั้งบนตัวเรือและแบบลากจูง

หนึ่งในอุปกรณ์อาร์เรย์เฟสเสียงรุ่นแรกๆ คืออุปกรณ์ Gruppenhorchgerät จากประเทศเยอรมนี

ในด้านเสียงอะคูสติก ยังมีการใช้ ชุดไมโครโฟนและชุดลำโพงแบบเรียงแถวอีกด้วย

การสื่อสารของยานสำรวจอวกาศ

ยาน อวกาศ MESSENGERเป็น ภารกิจ สำรวจอวกาศไปยังดาวเคราะห์เมอร์คิวรี (2011–2015 [ 38 ] ) นี่เป็นภารกิจสำรวจอวกาศลึกครั้งแรกที่ใช้เสาอากาศแบบเฟสอาร์เรย์สำหรับการสื่อสารองค์ประกอบการแผ่รังสีเป็น ตัวนำคลื่นแบบ มีช่อง ที่มีการ โพลาไรซ์แบบวงกลมเสาอากาศซึ่งใช้ย่านความถี่ Xใช้องค์ประกอบการแผ่รังสี 26 ตัวและสามารถลดประสิทธิภาพลงได้[ 39 ]

การใช้งานวิจัยด้านสภาพอากาศ

การติดตั้งเรดาร์ AN/SPY-1A ที่ห้องปฏิบัติการพายุรุนแรงแห่งชาติ เมืองนอร์แมน รัฐโอคลาโฮมา โดมครอบเรดาร์ช่วยป้องกันสภาพอากาศ

ห้องปฏิบัติการพายุรุนแรงแห่งชาติ ( National Severe Storms Laboratory)ได้ใช้เสาอากาศแบบเฟสอาร์เรย์ SPY-1A ซึ่งจัดหาโดยกองทัพเรือสหรัฐฯ สำหรับการวิจัยสภาพอากาศที่ ศูนย์ในเมือง นอร์แมน รัฐโอคลาโฮมาตั้งแต่วันที่ 23 เมษายน 2546 คาดหวังว่าการวิจัยนี้จะนำไปสู่ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับพายุฝนฟ้าคะนองและพายุทอร์นาโด ซึ่งจะนำไปสู่การเพิ่มเวลาในการเตือนภัยและการพยากรณ์พายุทอร์นาโดที่ดียิ่งขึ้น ผู้เข้าร่วมโครงการในปัจจุบัน ได้แก่ ห้องปฏิบัติการพายุรุนแรงแห่งชาติและศูนย์ปฏิบัติการเรดาร์ของกรมอุตุนิยมวิทยาแห่ง ชาติ บริษัทล็อกฮีดมาร์ตินกองทัพเรือสหรัฐฯคณะอุตุนิยมวิทยามหาวิทยาลัยโอคลาโฮมา คณะวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ และ ศูนย์วิจัยเรดาร์บรรยากาศ คณะกรรมการผู้บริหารการศึกษาระดับสูงของรัฐโอคลาโฮมาสำนักงานบริหารการบินแห่งสหรัฐฯและกระทรวงพาณิชย์และอุตสาหกรรมพื้นฐาน โครงการนี้รวมถึงการวิจัยและพัฒนาการถ่ายทอดเทคโนโลยีในอนาคตและการใช้งานระบบทั่วสหรัฐอเมริกา คาดว่าจะใช้เวลา 10 ถึง 15 ปีในการดำเนินการให้แล้วเสร็จ และค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างเริ่มต้นประมาณ 25 ล้านดอลลาร์สหรัฐ[ 40 ]ทีมงานจากสถาบันวิทยาศาสตร์การคำนวณขั้นสูง RIKEN (AICS) ของญี่ปุ่นได้เริ่มงานทดลองเกี่ยวกับการใช้เรดาร์แบบเฟสอาร์เรย์ร่วมกับอัลกอริทึมใหม่สำหรับการพยากรณ์อากาศแบบทันที[ 41 ]

ทัศนศาสตร์

ภายในสเปกตรัมที่มองเห็นได้และอินฟราเรดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สามารถสร้างอาร์เรย์เฟสแสง (OPA) ซึ่งช่วยให้สามารถสร้างลำแสงและกำหนดทิศทางลำแสง แบบไดนามิกได้ โดยไม่ต้องใช้ชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ทางกล[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]มีการใช้ในมัลติเพล็กเซอร์ความยาวคลื่นและตัวกรองเพื่อวัตถุประสงค์ด้านโทรคมนาคม[ 42 ] เช่นเดียวกับในLidar [ 43 ] การสื่อสาร ด้วยแสงในพื้นที่ว่าง[ 45 ] [ 46 ]และโฮโลแกรม นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่า OPA ช่วยให้สามารถสร้างโปรเจ็กเตอร์แบบไร้เลนส์[ 47 ] กล้อง แบบไร้เลนส์[ 48 ] [ 49 ] และ แหนบแสงขนาดชิปได้[ 50 ]

เนื่องจากความยาวคลื่นสั้น OPA จึงมักถูกสร้างขึ้นใน แพลตฟอร์ม วงจรรวมโฟตอนิก ที่ผลิต ด้วย นาโนเทคโนโลยี โดยใช้วัสดุต่างๆ เช่นซิลิคอนบนฉนวน[ 42 ]เจอร์มาเนียมบนซิลิคอน [ 51 ]ซิลิคอนไนไตรด์[ 52 ]หรือโพลิเมอร์[ 53 ]

การตรวจจับแบบเฮเทอโรไดน์ด้วยอาร์เรย์สังเคราะห์เป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการรวมสัญญาณจากอาร์เรย์เฟสทั้งหมดไปยังโฟโตดีเทคเตอร์แบบ องค์ประกอบเดียว

เครื่องรับส่งสัญญาณอินเทอร์เน็ตบรอดแบนด์ผ่านดาวเทียม

Starlinkเป็นกลุ่มดาวเทียมวงโคจรต่ำของโลก ที่มีให้บริการในกว่าร้อยประเทศ โดยให้บริการการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตบรอดแบนด์แก่ผู้บริโภค เทอร์มินัลผู้ใช้ของระบบใช้เสาอากาศแบบอาร์เรย์เฟส[ 54 ]

ระบบระบุตัวตนด้วยคลื่นวิทยุ (RFID)

ภายในปี 2014 เสาอากาศแบบเฟสอาร์เรย์ถูกรวมเข้ากับ ระบบ RFIDเพื่อเพิ่มพื้นที่ครอบคลุมของระบบเดียวขึ้น 100% เป็น 76,200 ตารางเมตร( 820,000 ตารางฟุต) ในขณะที่ยังคงใช้แท็กUHF แบบพาสซีฟแบบดั้งเดิม [ 55 ]

ส่วนต่อประสานระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร (HMI)

อาร์เรย์เฟสของทรานสดิวเซอร์อะคูสติกที่เรียกว่าจอแสดงผลสัมผัสอัลตราซาวนด์ทางอากาศ (AUTD) ได้รับการพัฒนาขึ้นในปี 2551 ที่ห้องปฏิบัติการชิโนดะ มหาวิทยาลัยโตเกียว เพื่อสร้างการตอบสนองทางสัมผัส[ 56 ]ระบบนี้ได้รับการสาธิตให้ผู้ใช้สามารถจัดการวัตถุโฮโลแกรมเสมือนจริงแบบโต้ตอบได้[ 57 ]

ดาราศาสตร์วิทยุ

ฟีดอาร์เรย์เฟส (PAF) [ 58 ]เพิ่งถูกนำมาใช้ที่จุดโฟกัสของกล้องโทรทัศน์วิทยุเพื่อให้ลำแสงจำนวนมาก ทำให้กล้องโทรทัศน์วิทยุมีมุมมอง ที่กว้างมาก ตัวอย่างสามประการ ได้แก่ กล้องโทรทัศน์ ASKAPในออสเตรเลียการอัปเกรด Apertif ของกล้องโทรทัศน์วิทยุสังเคราะห์ Westerborkในเนเธอร์แลนด์และสถาบันอวกาศฟลอริดาในสหรัฐอเมริกา

การออกอากาศ

ในด้านวิศวกรรมการออกอากาศคำว่า 'phased array' มีความหมายแตกต่างจากความหมายปกติ หมายถึงเสาอากาศแบบอาร์เรย์ ทั่วไป ซึ่งเป็นอาร์เรย์ของเสาส่งสัญญาณ หลายต้น ที่ออกแบบมาเพื่อส่งสัญญาณ แบบ กำหนดทิศทาง ตรงข้ามกับเสาส่งสัญญาณเดี่ยวที่ส่งสัญญาณแบบรอบทิศทาง เสา อากาศแบบ phased array ที่ใช้ในการออกอากาศมีรูปแบบการส่งสัญญาณคงที่และไม่สามารถ 'ปรับทิศทาง' ได้ระหว่างการใช้งานเหมือนกับเสาอากาศแบบ phased array ประเภทอื่นๆ

เสาอากาศแบบเฟสอาร์เรย์ถูกใช้โดยสถานีวิทยุAM หลายแห่ง เพื่อเพิ่มความแรงของสัญญาณและครอบคลุมพื้นที่ในเมืองที่ได้รับอนุญาตในขณะเดียวกันก็ลดการรบกวนไปยังพื้นที่อื่น ๆ เนื่องจากความแตกต่างระหว่างการแพร่กระจาย ของคลื่นในชั้นบรรยากาศ ไอโอโนสเฟียร์ ในเวลากลางวันและกลางคืน ที่ ความถี่ คลื่นกลางสถานีวิทยุ AM จึงมักเปลี่ยนรูปแบบการแผ่รังสี ระหว่างกลางวัน ( คลื่นพื้นดิน ) และกลางคืน ( คลื่นท้องฟ้า ) โดยการสลับ เฟสและระดับกำลังที่จ่ายให้กับองค์ประกอบเสาอากาศแต่ละตัว ( ตัวส่งสัญญาณบนเสา ) ทุกวันในเวลาพระอาทิตย์ขึ้นและตกสำหรับ การออกอากาศ คลื่นสั้นสถานีหลายแห่งใช้เสาอากาศแบบไดโพลแนวนอน การจัดเรียงทั่วไปใช้ไดโพล 16 ตัวในรูปแบบ 4×4 โดยปกติจะอยู่ด้านหน้าของตัวสะท้อนแบบตะแกรงลวด เฟสสามารถสลับได้เพื่อให้สามารถควบคุมทิศทางลำแสงในแนวราบและบางครั้งก็ในแนวดิ่งได้

ดูเพิ่มเติม

  • งานวิจัยและพัฒนาระบบเรดาร์ - เรดาร์แบบเฟสอาร์เรย์ — ห้องปฏิบัติการพายุรุนแรงแห่งชาติ
  • เรดาร์แบบอาร์เรย์เฟสบนเรือ (Shipboard Phased Array Radars) เก็บถาวรเมื่อวันที่ 18 พฤศจิกายน 2017 ที่Wayback Machine
  • รายงานของ NASA: MMIC สำหรับเสาอากาศแบบลำแสงสแกนหลายลำสำหรับการใช้งานในอวกาศ
  • หลักการของอาร์เรย์เฟส
  • ระบบไมโครโฟนแบบ 'Phased Array' ของโทนี่ ฟอล์คเนอร์
  • หลักการของระบบอาร์เรย์เฟส - บทเรียนที่ 1
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Phased_array&oldid=1354121254 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ อาร์เรย์เฟส

ในทฤษฎี เสาอากาศ อาร์เรย์เฟส โดยทั่วไปหมายถึง อาร์เรย์ที่สแกนด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่ง เป็นอาร์เรย์ของเสาอากาศ ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ซึ่งสร้าง ลำแสงคลื่นวิทยุ...

คำอธิบาย

อาร์เรย์เฟสคือ อาร์เรย์ที่สแกนด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเป็น อาร์เรย์ของเสาอากาศ ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ซึ่งสร้าง ลำแสงคลื่นวิทยุ ที่สามารถควบคุมทิศทางด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ให้ชี้ไปยังทิศทางต่างๆ ได้โดยไม่ต้องเคลื่อนย้ายเสาอากาศ [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5...

ประเภท

อาร์เรย์เฟสมีหลายรูปแบบ อย่างไรก็ตาม สี่รูปแบบที่พบได้บ่อยที่สุดคือ อาร์เรย์สแกนอิเล็กทรอนิกส์แบบพาสซีฟ (PESA) อาร์เรย์สแกนอิเล็กทรอนิกส์แบบแอคทีฟ (AESA) อาร์เรย์เฟสการสร้างลำแสงแบบไฮบริด และอาร์เรย์การสร้างลำแสงดิจิทัล (DBF) [ 9 ]

โดเมนเวลาและโดเมนความถี่

มีบีมฟอร์มเมอร์หลักสองประเภท ได้แก่ บีมฟอร์มเมอร์ โดเมนเวลา [ 12 ] และบีมฟอร์มเมอร์ โดเมนความถี่ [ 13 ] [ 14 ] จากมุมมองทางทฤษฎี ทั้งสองประเภทเป็นการดำเนินการเดียวกันในหลักการ โดย การแปลงฟูริเยร์ ช่วยให้สามารถแปลงจากประเภทหนึ่งไปเป็นอีกประเภทหนึ่งได้