Che cos'è una matrice in fasi?

Un array a fasi è un tipo di sistema di rilevamento di onde elettromagnetiche solitamente associato al radar che si basa sulla trasmissione di onde radio disperse nell'aria. Può anche essere basato sul concetto di sonar per la scansione subacquea di oggetti con onde sonore, ed è attualmente in fase di ricerca utilizzando il fronte di onde ottiche. Il concetto si basa su versioni precedenti dell'antenna radio e segue lo stesso principio fondamentale in cui la riflessione delle onde radio al largo degli oggetti viene utilizzata per determinare la loro posizione e direzione di movimento. La differenza principale tra un radar a schiera a fasi rispetto a una parabola radar standard è che un sistema a fasi non deve essere spostato o ruotato fisicamente per scansionare un oggetto che viaggia attraverso il cielo.

I segnali radar diminuiscono in termini di efficacia al di fuori di un angolo di proiezione limitato, quindi le prime antenne paraboliche sono state posizionate lungo una linea per estendere la loro visione complessiva del cielo. Una delle prime forme di questo sviluppato durante la Guerra Fredda e precedette la stessa tecnologia a schiera graduale, nota come linea di installazioni radar US Distant Early Warning (DEW) nell'Artico e in Canada. Quando la tecnologia degli array a fasi fu perfezionata nel 1958, la Russia sviluppò una delle prime versioni di sistemi a fasi funzionanti nei primi anni '60, nome in codice dell'Organizzazione del Trattato del Nord Atlantico (NATO) come installazioni di Dog House, Cat House e Hen House. L'attrezzatura consisteva in installazioni radar in grado di scansionare efficacemente almeno un terzo della frontiera russa dove confinava con l'Europa per attacchi missilistici in arrivo, insieme a sistemi automatizzati di intercettori missilistici nucleari per distruggere eventuali obiettivi.

Il più avanzato sistema radar a schiera a fasi dal 2006 è il radar X-Band Sea-Based (SBX) sviluppato dai militari statunitensi per tracciare missili balistici e altri oggetti in rapido movimento in volo attraverso l'atmosfera o lo spazio che circonda la Terra. L'SBX contiene 45.000 elementi radianti che sono singole antenne che trasmettono ciascuna un segnale radio. Il tempismo preciso di ciascun segnale dell'antenna e il modo in cui si sovrappone ai vicini più vicini consente all'SBX di creare un fronte d'onda in grado di scansionare attivamente gli oggetti che si muovono attraverso il suo campo visivo (FOV). Ciò comprende un cono di spazio di 120 °, quindi il sistema SBX incorpora quattro unità radar per coprire contemporaneamente un intero emisfero del globo.

La tecnologia a fasi di array per sistemi radar è molto complessa e richiede controlli computerizzati rapidi e affidabili. Il sistema SBX deve cambiare la direzione del raggio complessivo del radar una volta ogni 0,000020 ^° di secondo o una volta ogni 20 microsecondi per essere efficace. Ciò rende i sistemi di array a fasi avanzati molto costosi rispetto ai radar tradizionalmente collegati, con il completamento del sistema SBX che costa quasi $ 900.000.000 di dollari statunitensi (USD).

I tipi più modesti di tecnologia a matrice graduale comprendono l'ecografia a matrice graduale utilizzata nell'imaging medico e per scansionare l'interno delle strutture metalliche alla ricerca di difetti. Le onde sonore si sovrappongono per migliorare il segnale generale e cambiare la direzione di scansione per cercare le caratteristiche interne. Il trasduttore di array in fasi utilizzato in tali apparecchiature ha da 16 a 256 sonde ad onda sonora che trasmettono individualmente che vengono attivate in gruppi da 4 a 32 per migliorare la qualità dell'immagine.

La Phased Array Optics (PAO), sebbene teorica solo dal 2011, viene studiata per la capacità che avrebbe dovuto produrre paesaggi olografici tridimensionali che sarebbero indistinguibili a occhio nudo da quelli del mondo reale. La tecnologia dovrebbe essere in grado di manipolare le onde luminose per interferenze costruttive e distruttive, come avviene con le onde radio, a un livello inferiore alla lunghezza d'onda naturale della luce stessa. I sistemi che sarebbero necessari per fare ciò includono computer avanzati per l'elaborazione rapida dei segnali e un modulatore di luce spaziale (SLM) per controllare quando e come è stata manipolata ciascuna lunghezza d'onda della luce. Secondo le proiezioni, entro la metà del 21 ° secolo, tali sistemi PAO saranno possibili.