مصفوفة طورية

رسم متحرك يوضح كيفية عمل النسق الطوري. يتكون من مجموعة من عناصر الهوائي (A) مدعوم من مرسل (TX). يمر تيار التغذية لكل هوائي من خلال مبدل الطول "" (φ) "" يتم التحكم فيه بواسطة جهاز كمبيوتر "(C)". تظهر الخطوط الحمراء المتحركة الخطوط الموجية للموجات اللاسلكية المنبعثة من جميع عنصر. تكون القابلات الموجية الفردية كروية ، ولكنها تجمع ( التراكب) أمام الهوائي لإنشاء موجة مستوية ، وهي حزمة من الموجات الراديوية تسير في اتجاه معين. تعمل مبدلات الطور على تأخير الأمواج الراديوية بالتصاعد تدريجياً إلى أعلى الخط بحيث يصدر جميع هوائي جبهة الموجة في وقت لاحق عن تلك التي تحته. يؤدي ذلك إلى توجيه الموجة المستوية الناتجة بزاوية "θ" إلى محور الهوائي. من خلال تغيير تحولات الطور ، يمكن للكمبيوتر تغيير زاوية الشعاع "θ" على الفور. تحتوي معظم المصفوفات الطورية على أنساق ثنائية الأبعاد للهوائيات بدلاً من النسق الخطي المشروح هنا ، ويمكن توجيه الحزمة في بعدين. سرعة الموجات اللاسلكية تظهر ببطء شديد.

رسم متحرك يُظهر نمط الإشعاع لنسق طوري مكون من 15 عنصر هوائي متباعداً بربع طول الموجة بينماقد يكون فرق الطور بين الهوائيات المتجاورة متراوحاً بين -120 و120 درجة. المنطقة المظلمة هي الشعاع أوالفص الرئيسي ، بينما خطوط الضوء المنتشرة حوله هي الفصوص الجانبية.

في نظرية الهوائيات، المصفوفة الطورية phased array، عادة ما يعني مصفوفة تم مسحها إلكترونيًا ، وهي تعبير عن مصفوفة يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر مصفوفة من الهوائيات والذي ينشئ شعاعًا من أمواج الراديوالتي يمكن توجيهها إلكترونيًا للإشارة في اتجاهات مختلفة دون تحريك الهوائيات. في هوائي المصفوفة ، يتم تغذية تيار التردد الراديوي من المرسل إلى الهوائيات الفردية بعلاقة طور سليمة بحيث تجمع الأمواج الراديوية من الهوائيات المنفصلة معًا لزيادة الإشعاع في الاتجاه المطلوب ، أثناء الإلغاء لمنع الإشعاع في اتجاهات غير مرغوب فيها. في نسق طوري ، يتم تغذية الطاقة من جهاز الإرسال إلى الهوائيات من خلال أجهزة تسمى "مبدلات الطور ، يتم التحكم فيها بواسطة نظام كمبيوتر ، والذي يمكن حتى يغير الطور إلكترونيًا ، وبالتالي توجيه حزمة أمواج الراديولاتجاه مختلف. نظرًا لأن المصفوفة يجب حتى تتكون من الكثير من الهوائيات الصغيرة (أحيانًا الآلاف) لتحقيق مكاسب عالية ، تعد المصفوفات الطورية عملية بشكل رئيسي عند نهاية تردد عالية من الطيف الراديوي ، في UHF ونطاقات الأمواج الميكروية ، حيث تكون عناصر الهوائي صغيرة بشكل ملائم.

تم اختراع المصفوفات الطورية للاستخدام في أنظمة الرادار العسكرية ، لتوجيه شعاع من أمواج الراديوبسرعة عبر السماء لاكتشاف الطائرات والصواريخ. هذه النظم المستخدمة على نطاق واسع الآن تنتشر إلى التطبيقات المدنية. يستخدم أيضًا مبدأ النسق الطوري في الصوتيات ، ويتم استخدام المصفوفات الطورية للمحولات الصوتية في الماسحات الضوئية الطبية التصوير بالأمواج فوق الصوتية (الأمواج فوق الصوتية للمصفوفة الطورية) ، الهيدروكربون التنقيب عن النفط والغاز (فهم الزلازل الانعكاسي) وأنظمة السونار العسكرية.

كما يستخدم مصطلح "النسق الطوري" إلى حد أقل في المصفوفات الهوائية غير الموجهة حيث يتم تثبيت طور قدرة التغذية وبالتالي مخطط إشعاع مصفوفة الهوائي. على سبيل المثال ، تُسمى أيضًا الهوائيات الراديوية للبث AM التي تتكون من مشعات أعمدة الإشارات متعددة لتكوين مخطط إشعاع "مصفوفات مرحلية" معين.

الأنواع

التاريخ

هوائي فرديناند براون 1905 والذي استخدم مبدأ المصفوفة الطورية ، الذي يتكون من ثلاثة هوائيات أحادية القطب في مثلث متساوي الأضلاع. تسبب تأخير ربع الموجة في خط تغذية هوائي واحد في إشعاع المصفوفة في حزمة. يمكن تحويل التأخير يدويًا إلى أي من التغذية الثلاثة ، مع تدوير حزمة الهوائي بمقدار 120 درجة.

الولايات المتحدة PAVE PAWS رادار مصفوفة طورية نشطة لكشف الصواريخ الباليستية في ألاسكا. اكتمل في عام 1979 ، وكان من أول المصفوفات النشطة الطورية.

صورة مقربة لبعض عناصر هوائي ثنائي القطب 2677 المتقاطعة التي تشكل مجموعة المستوى. ابتكر هذا الهوائي شعاع "قلم رصاص" ضيق بعرض 2.2 درجة فقط.

هوائي رادار مصفوفة طورية نشطة داخل مقدمة الطائرة المقاتلة F-22 Raptor الأمريكية. تقريباً جميع الطائرات المقاتلة تستخدم الآن رادارات المصفوفة الطورية.

رادارات BMEWS & PAVE PAWS

رادار الماموت الطورية الحرب العالمية الثانية

التطبيقات

البث

الرادار

رادار مصفوفة طورية نشطة مثبت على أعلى "Sachsen" - فرقاطة من فئة F220 "هيكل هامبورگ" العلوي من البحرية الألمانية

اتصالات المسبار الفضائي

الاستخدام في الأبحاث الطقسية

هجريب رادار AN / SPY-1A في المختبر الوطني للعواصف الشديدة ، نورمان ، أوكلاهوما. يوفر رادوم المرفق الحماية من الطقس.

البصريات

أجهزة إستقبال/إرسال الإنترنت الساتلي عريض النطاق

تحديد تردد الراديو(RFID)

تفاعل الآلة والبشر (HMI)

المنظور والمعادلات الرياضية

مخطط الإشعاع لمصفوفة طورية يحتوي علىسبعة بواعث متباعدة ربع طول موجة متباعدة ، يوضح اتجاه تبديل الشعاع. يتحول تحول الطور بين البواعث المجاورة من 45 درجة إلى −45 درجة

مخطط الإشعاع لمصفوفة طورية في نظام الإحداثيات القطبية.

'"`UNIQ--postMath-00000001-QINU`"'

الآن ، إضافة مصطلح φ إلى '"`UNIQ--postMath-00000002-QINU`"' تأثير الهامش في الناتج المدى الثاني:

'"`UNIQ--postMath-00000003-QINU`"'

إن أخذ مربع دالة الموجة يعطينا شدة الموجة.

'"`UNIQ--postMath-00000004-QINU`"'

الآن مساحة الباعثات مسافة '"`UNIQ--postMath-00000005-QINU`"'جانباً. يتم اختيار هذه المسافة لتبسيط الحساب ولكن يمكن تعديلها على أنها أي جزء عددي من الطول الموجي.

'"`UNIQ--postMath-00000006-QINU`"'

كما يحقق الجيب أقصى حد له '"`UNIQ--postMath-00000007-QINU`"', نضع البسط في الجزء الثاني = 1.

'"`UNIQ--postMath-00000008-QINU`"'

إلى غير ذلك مع ازدياد حجم "N" ، سيهيمن على المصطلح '"`UNIQ--postMath-00000009-QINU`"'.بما حتى الجيب يمكن حتى يتذبذب بين −1 و1 ، يمكننا حتى نرى ذلك الإعداد '"`UNIQ--postMath-0000000A-QINU`"' يفترض أن يرسل الحد الأقصى من الطاقة على زاوية من قبل

'"`UNIQ--postMath-0000000B-QINU`"'

الأنواع المتنوعة للمصفوفات الطورية

المصفوفة الطورية المتحركة

المصفوفة الطورية الثابتة

برج هوائي يتكون من مصفوفة هوائي متطور أطوار ثابتة مع أربعة عناصر

المصفوفة الطورية النشطة

المصفوفة الطورية الغير نشطة

انظر أيضاً

Active electronically scanned array
Antenna array
Aperture synthesis
Beamforming
Interferometric synthetic-aperture radar
Inverse synthetic-aperture radar
Multi-user MIMO
Optical heterodyne detection
Phased array ultrasonics
Phased-array optics
Radar MASINT
Side-scan sonar
Single-frequency network
Smart antenna
Synthetic-aperture radar
Synthetic aperture sonar
Synthetically thinned aperture radar
Thinned-array curse
Wave field synthesis
History of smart antennas
Reconfigurable antenna

المصادر

^ Milligan, Thomas A. (2005). . John Wiley & Sons. ISBN .
^ Balanis, Constantine A. (2015). . John Wiley & Sons. pp. 302–303. ISBN .
^ Stutzman, Warren L.; Thiele, Gary A. (2012). . John Wiley & Sons. p. 315. ISBN .
^ Lida, Takashi (2000). . IOS Press. ISBN .
^ Laplante, Phillip A. (1999). . Springer Science and Business Media. ISBN .
^ Visser, Hubregt J. (2006). . John Wiley & Sons. pp. xi. ISBN .
^ Golio, Mike; Golio, Janet (2007). . CRC Press. p. 10.1. ISBN .
^ Mazda, Xerxes; Mazda, F. F. (1999). . Taylor & Francis. p. 476. ISBN .
^ نطقب:FS1037C MS188 Definition of Phased Array Archived 2004-10-21 at the Wayback Machine.. Accessed 27 April 2006.

وصلات خارجية

Radar Research and Development - Phased Array Radar—National Severe Storms Laboratory
Shipboard Phased Array Radars
NASA Report: MMICs For Multiple Scanning Beam Antennas for Space Applications
Principle of Phased Array
'Phased Array' microphone system of Tony Faulkner
Software tool to predict the radiation pattern of an antenna array