Was ist ein Phased Array?
Ein phasengesteuertes Array ist ein Typ eines Erfassungssystems für elektromagnetische Wellen, das normalerweise mit Radar verbunden ist und auf der Übertragung von Funkwellen in der Luft basiert. Es kann auch auf dem Konzept des Sonars für das Scannen von Objekten unter Wasser mit Schallwellen aufgebaut werden und wird ab 2011 auch mit optischen Wellenfronten erforscht. Das Konzept basiert auf früheren Versionen der Funkantenne und folgt demselben Grundprinzip, bei dem die Reflexion von Funkwellen von Objekten verwendet wird, um deren Position und Bewegungsrichtung zu bestimmen. Der Hauptunterschied zwischen einem Phased-Array-Radar und einer Standard-Radarschüssel besteht darin, dass ein Phased-System nicht physisch bewegt oder gedreht werden muss, um ein Objekt abzutasten, das sich über den Himmel bewegt.
Die Wirksamkeit von Radarsignalen nimmt außerhalb eines begrenzten Projektionswinkels ab, daher wurden frühe Antennenschüsseln entlang einer Linie angeordnet, um die Gesamtansicht des Himmels zu erweitern. Eine der frühesten Formen davon entwickelte sich während des Kalten Krieges und ging der Phased-Array-Technologie selbst voraus, die als DEW-Radaranlagen (US Distant Early Warning) in der Arktis und in Kanada bekannt ist. Als die Phased-Array-Technologie 1958 perfektioniert wurde, entwickelte Russland Anfang der 1960er-Jahre eine der ersten Versionen von funktionierenden Phased-Systemen, die von der North Atlantic Treaty Organization (NATO) unter dem Codenamen Dog House, Cat House und Hen House installiert wurden. Die Ausrüstung bestand aus Radaranlagen, die effektiv mindestens ein Drittel der russischen Grenze nach ankommenden Raketenangriffen absuchen konnten, sowie automatisierten Abfangsystemen für Nuklearraketen, um mögliche Ziele zu zerstören.
Das fortschrittlichste Phased-Array-Radarsystem seit 2006 ist das Sea-Based X-Band-Radar (SBX), das vom US-Militär entwickelt wurde, um ballistische Raketen und andere sich schnell bewegende Objekte im Flug durch die Atmosphäre oder den die Erde umgebenden Raum zu verfolgen. Die SBX enthält 45.000 Strahlungselemente, bei denen es sich um einzelne Antennen handelt, die jeweils ein Funksignal senden. Das genaue Timing jedes Antennensignals und die Überlappung mit den nächsten Nachbarn ermöglichen es dem SBX, eine Wellenfront zu erstellen, mit der Objekte, die sich über das Sichtfeld (FOV) bewegen, aktiv abgetastet werden können. Dieser umfasst einen Raumkegel von 120 °, sodass das SBX-System vier Radareinheiten umfasst, die gleichzeitig eine gesamte Erdhalbkugel abdecken.
Die Phased-Array-Technologie für Radarsysteme ist sehr komplex und erfordert eine schnelle und zuverlässige Computersteuerung. Das SBX-System muss die Richtung des gesamten Radarstrahls einmal alle 0,000020 Sekunden oder alle 20 Mikrosekunden ändern, um wirksam zu sein. Aus diesem Grund sind hochentwickelte Phased-Array-Systeme im Vergleich zu herkömmlich verbundenen Radarsystemen sehr teuer. Die Gesamtkosten für das SBX-System betragen fast 900.000.000 US-Dollar (USD).
Bescheidenere Arten der Phased-Array-Technologie umfassen Phased-Array-Ultraschall, der in der medizinischen Bildgebung und zum Scannen des Inneren von Metallstrukturen auf Defekte verwendet wird. Schallwellen werden überlagert, um das Gesamtsignal zu verbessern und die Scanrichtung zu ändern, um nach inneren Merkmalen zu suchen. Der in solchen Geräten verwendete Phased-Array-Wandler hat 16 bis 256 einzeln sendende Schallwellensonden, die in Gruppen von 4 bis 32 aktiviert werden, um die Bildqualität zu verbessern.
Die Phased Array Optics (PAO) ist zwar erst ab 2011 theoretisch, wird jedoch auf die Fähigkeit hin untersucht, dreidimensionale holografische Landschaften zu erzeugen, die mit bloßem Auge nicht von denen der realen Welt zu unterscheiden wären. Die Technologie müsste in der Lage sein, Lichtwellen für konstruktive und destruktive Interferenzen zu manipulieren, wie dies bei Radiowellen der Fall ist, und zwar auf einem Pegel, der kleiner als die natürliche Wellenlänge des Lichts selbst ist. Zu den dafür erforderlichen Systemen gehören fortschrittliche Computer für die schnelle Verarbeitung der Signale und ein räumlicher Lichtmodulator (SLM), mit dem gesteuert werden kann, wann und wie die einzelnen Lichtwellenlängen manipuliert werden. Voraussagen zufolge werden solche PAO-Systeme Mitte des 21. Jahrhunderts möglich sein.