Kaj je fazni niz?

Fazni niz je vrsta sistema za odkrivanje elektromagnetnih valov, ki je običajno povezan z radarjem, ki temelji na prenosu radijskih valov v zraku. Lahko se gradi tudi na konceptu sonarja za podvodno skeniranje objektov z zvočnimi valovi, od leta 2011 pa se raziskuje tudi z uporabo optičnih valovnih front. Koncept temelji na prejšnjih različicah radijske antene in sledi istemu temeljnemu principu, kjer se odboj radijskih valov od predmetov uporablja za določitev njihove lokacije in smeri gibanja. Glavna razlika med radarjem s faznim nizom in standardnim radarskim krožnikom je v tem, da faznega sistema ni treba fizično premikati ali vrteti, da bi skeniral predmet, ki potuje po nebu.

Radarski signali se zmanjšajo v učinkovitosti zunaj omejenega kota projekcije, zato so bile zgodnje antene postavljene vzdolž črte, da bi razširili njihov celoten pogled na nebo. Ena najzgodnejših oblik tega se je razvila med hladno vojno in je bila pred samo tehnologijo faznih nizov, znano kot ameriška linija radarskih naprav za oddaljeno zgodnje opozorilo (DEW) na Arktiki in v Kanadi. Ko se je leta 1958 izpopolnjevala tehnologija faznih nizov, je Rusija v zgodnjih šestdesetih letih prejšnjega stoletja razvila eno prvih različic delujočih faznih sistemov, ki jih je Organizacija Severnoatlantske pogodbe (NATO) poimenovala kot instalacije Pasja hiša, Mačja hiša in Kokošnjak. Oprema je bila sestavljena iz radarskih naprav, ki so lahko učinkovito skenirale vsaj eno tretjino ruske meje, kjer meji na Evropo, za prihajajoče raketne napade, skupaj z avtomatiziranimi sistemi prestreznikov jedrskih raket za uničenje morebitnih ciljev.

Najnaprednejši radarski sistem s faznim nizom od leta 2006 je morski radar X-Band Radar (SBX), ki ga je razvila ameriška vojska za sledenje balističnim raketam in drugim hitro premikajočim se objektom med letom skozi ozračje ali vesolje, ki obdaja Zemljo. SBX vsebuje 45,000 sevalnih elementov, ki so posamezne antene, od katerih vsak oddaja radijski signal. Natančen časovni razpored vsakega antenskega signala in njegovo prekrivanje s svojimi najbližjimi sosedi omogoča SBX, da ustvari valovno fronto, ki lahko aktivno skenira predmete, ki se premikajo po njegovem vidnem polju (FOV). To zajema stožec vesolja, ki se razteza za 120°, tako da sistem SBX vključuje štiri radarske enote, ki hkrati pokrivajo celotno poloblo sveta.

Tehnologija faznega niza za radarske sisteme je zelo zapletena in zahteva hitre in zanesljive računalniške kontrole. Sistem SBX mora spremeniti smer celotnega radarskega žarka enkrat na 0.000020 sekunde ali enkrat na 20 mikrosekund, da je učinkovit. Zaradi tega so napredni sistemi s faznimi nizi zelo dragi v primerjavi s tradicionalno povezanimi radarji, pri čemer dokončanje sistema SBX stane skoraj 900,000,000 ameriških dolarjev (USD).

Skromnejše vrste tehnologije faznih nizov vključujejo ultrazvok s faznimi nizi, ki se uporablja v medicinskem slikanju in za skeniranje notranjosti kovinskih konstrukcij glede napak. Zvočni valovi se prekrivajo, da se izboljša celoten signal in spremeni njegova smer skeniranja, da se poiščejo notranje značilnosti. Fazni pretvornik, ki se uporablja v takšni opremi, ima od 16 do 256 individualno oddajnih sond zvočnega valovanja, ki se aktivirajo v skupinah od 4 do 32 za izboljšanje kakovosti slike.

Phased Array Optics (PAO), čeprav je od leta 2011 le teoretična, se raziskuje glede sposobnosti, da bi morala proizvajati tridimenzionalne holografske pokrajine, ki bi se s prostim očesom ne bi mogle razlikovati od resničnega sveta. Tehnologija bi morala biti sposobna manipulirati s svetlobnimi valovi za konstruktivne in destruktivne motnje, kot se to počne z radijskimi valovi, na ravni, ki je manjša od naravne valovne dolžine same svetlobe. Sistemi, ki bi bili potrebni za to, bi vključevali napredne računalnike za hitro obdelavo signalov in prostorski svetlobni modulator (SLM) za nadzor, kdaj in kako se manipulira z vsako valovno dolžino svetlobe. Predvidevajo, da bodo takšni PAO sistemi možni do sredine 21. stoletja.