¿Qué es una matriz en fases?
Una matriz en fases es un tipo de sistema de detección de ondas electromagnéticas generalmente asociado con el radar que se basa en la transmisión de ondas de radio en el aire. También se puede construir sobre el concepto de sonda para el escaneo submarino de objetos con ondas de sonido, y se está investigando a partir de 2011 utilizando también frentes de ondas ópticas. El concepto se basa en versiones anteriores de antena de radio y sigue el mismo principio fundamental en el que la reflexión de las ondas de radio de los objetos se utiliza para determinar su ubicación y dirección de movimiento. La principal diferencia entre un radar de matriz en fase versus un plato de radar estándar es que un sistema en fase no tiene que ser movido o rotado físicamente para escanear un objeto que viaja por el cielo.
Las señales de radar disminuyen su efectividad fuera de un ángulo de proyección limitado, por lo que las antenas de antena se colocaron a lo largo de una línea para extender su visión general del cielo. Una de las primeras formas de esto se desarrolló durante la Guerra Fría y precedió a la tecnología de matriz en fases, conocida como la línea de instalaciones de radar de alerta temprana distante de los Estados Unidos (DEW) en el Ártico y Canadá. Cuando la tecnología de matriz en fase se perfeccionó en 1958, Rusia desarrolló una de las primeras versiones de sistemas en fase de trabajo a principios de la década de 1960, cuyo nombre en código era la Organización del Tratado del Atlántico Norte (OTAN) como las instalaciones de Dog House, Cat House y Hen House. El equipo consistía en instalaciones de radar que podían explorar efectivamente al menos un tercio de la frontera rusa donde limitaba con Europa para los ataques de misiles entrantes, junto con sistemas automáticos de interceptor de misiles nucleares para destruir cualquier posible objetivo.
El sistema de radar de matriz en fase más avanzado a partir de 2006 es el radar de banda X basado en el mar (SBX) desarrollado por el ejército de los EE. UU. Para rastrear misiles balísticos y otros objetos de rápido movimiento en vuelo a través de la atmósfera o el espacio que rodea la Tierra. El SBX contiene 45,000 elementos radiantes que son antenas individuales y cada uno transmite una señal de radio. La sincronización precisa de cada señal de antena y cómo se superpone con sus vecinos más cercanos permite que el SBX cree un frente de onda que pueda escanear activamente objetos que se mueven a través de su campo de visión (FOV). Esto abarca un cono de espacio que abarca 120 °, por lo que el sistema SBX incorpora cuatro unidades de radar para cubrir todo un hemisferio del globo simultáneamente.
La tecnología de matriz gradual para sistemas de radar es muy compleja y requiere controles de computadora que sean rápidos y confiables. El sistema SBX tiene que cambiar la dirección del haz de radar general una vez cada 0.000020 de segundo, o una vez cada 20 microsegundos para que sea efectivo. Esto hace que los sistemas avanzados de matriz en fase sean muy caros en comparación con los radares tradicionalmente vinculados, y el sistema SBX cuesta casi $ 900,000,000 de dólares estadounidenses (USD) en completarse.
Los tipos más modestos de tecnología de matriz en fase incluyen ultrasonido de matriz en fase utilizado en imágenes médicas y para escanear el interior de estructuras metálicas en busca de defectos. Las ondas de sonido se superponen para mejorar la señal general y cambiar su dirección de exploración para buscar características interiores. El transductor de matriz en fase utilizado en dicho equipo tiene de 16 a 256 sondas de ondas de sonido de transmisión individual que se activan en grupos de 4 a 32 para mejorar la calidad de la imagen.
La óptica de matriz en fase (PAO), aunque solo es teórica a partir de 2011, se está investigando por la capacidad que tendría para producir paisajes holográficos tridimensionales que serían indistinguibles a simple vista de los del mundo real. La tecnología debería ser capaz de manipular las ondas de luz para una interferencia constructiva y destructiva, como se hace con las ondas de radio, a un nivel que es más pequeño que la longitud de onda natural de la luz misma. Los sistemas que serían necesarios para hacer esto incluirían computadoras avanzadas para el procesamiento rápido de las señales y un modulador de luz espacial (SLM) para controlar cuándo y cómo se manipuló cada longitud de onda de luz. Las proyecciones son que, a mediados del siglo XXI, tales sistemas PAO serán posibles.