מערך מופע

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
התקנת מכ"ם מערך מופע במעבדה הלאומית לסערות חמורות באוקלהומה

מערך מופעאנגלית: Phased Array נקרא גם מערך אלומות, מערכי אנטנות סוקרים), בתורת הגלים ובפרט בתחומי המיקרוגל והטלקומוניקציה, הוא מערך מסודר של אנטנות אשר הבדלי מופע (Phase) ביניהן משמשים כדי לכוון קרינה אלקטרומגנטית על ידי חיזוק הקרינה בכיוון הרצוי ודיכוי הקרינה בכיוונים לא רצויים, ובכך ליצור למעשה אלומה כיוונית. תקשורת על בסיס מערך מופע הוצגה לראשונה בשנת 1905 על ידי זוכה פרס נובל קארל פרדיננד בראון שהדגים הגברה של תקשורת RF בכוון מסוים[1][2]. במהלך מלחמת העולם השנייה השתמש לואיס אלוורז (גם הוא זוכה פרס נובל) במערך מופע למכ"ם הניתן לכוונון מהיר ל"צרכים יבשתיים", וסיוע לנחיתת מטוסים. באותו זמן בגרמניה בנתה GEMA את המכ"ם Mammut 1.[3]. מאוחר יותר טכנולוגיה זו אומצה עבור טלסקופי רדיו, וצוינה כסיבה להענקת פרס נובל לפיזיקה לאנתוני יואיש ומרטין רייל לאחר שמספר טלסקופים גדולים כאלו פותחו באוניברסיטת קיימברידג'. הרעיון אומץ למכ"מים, והוכלל גם באנטנות רדיו אינטרפרומטריות.

מכ"ם מערכת הפטריוט מדגם AN/MPQ-53 הוא מכ"ם מערך מופע

ניתוח מתמטי[עריכת קוד מקור | עריכה]

מערך קורנים
תרשים פעולה של מערך מופע

מערך מופע הוא דוגמה לתופעת העקיפה דרך מערך של N חריצים או N מקורות קוהרנטים. מאחר שניתן לדמות כל מקור או אנטנה לחריץ הקורן גלי רדיו, הביטוי לעקיפה מחושב על ידי הוספת המופע φ לביטוי הכולל של הקרינה ובדומה לביטוי העקיפה הדומה לפונקציה sinc נקבל עבור כל חריץ N:

כעת נוסיף את פרמטר המופע φ לארגומנט ונקבל את הביטוי :

זהו ביטוי לשדה הגל האלקטרומגנטי, לצורך קבלת ביטוי לעוצמת הקרינה נעלה בריבוע:

כעת לשם הפשטה נקבע כי הקורנים נמצאים במרחק בין אחד לשני נקבל :

ערך הסינוס במונה של הביטוי השני מקבל ערך מקסימלי עבור

ומכאן :

ככל שמספר הקורנים N יגדל הביטוי יושפע על ידי term כאשר סינוס נד בין 1- ל 1 נראה כי קביעת יגרום לכך שהאנרגיה המקסימלית תתקבל על ידי

אם נרצה לכוון את הזווית שבה משודרת אנרגיה מקסימלית כל מה שצריך זה לכוון את זווית המופע φ הקיימת בין האלמנטים. כך מתקבל שינוי בכיווניות האלומה המשודרת או הנקלטת כפונקציה של שליטה אלקטרונית למשך במופע.

דוגמה מתחום המכ"ם[עריכת קוד מקור | עריכה]

כהמחשה לאפקטיביות של מכ"מים מבוססי מערך פאזה, ניקח את הדוגמה הבאה. נניח שברשותנו אנטנה שמייצרת אלומה ברוחב של 2 מעלות, ומשדרת פולסים בקצב (PRF) של 1 kHz. מערך הפאזה מאפשר להסיט את האלומה ב-2 מעלות בין כל פולס לפולס, קצב בלתי אפשרי עבור מכ"מים מבוססי סריקה מכנית. החישוב הבא: 8.1 = 1000/(360/2)*(90/2) (ראו גם מכ"ם תלת ממדי) מראה שידרשו 8.1 שניות כדי לכסות חצי ספירה באמצעות 8,100 כיוונים שונים של אלומת המכ"ם. קונפיגורציה זאת מספקת 12 הזדמנויות לגלות טיל במהירות 3 מאך שנע מרחק של 100 ק"מ, קצב מתאים לצרכים צבאיים.

עם ההצגה של מכ"מי מערך המופע, ניתן לעקוב אחרי מטרה מסוימת ובמקביל לחפש אחר מטרות חדשות, וכך נוספה פונקציה חדשה לפעולת מכ"ם - עקיבה במהלך סריקה (TWS - Track while Scan).

יישומים[עריכת קוד מקור | עריכה]

שימושי מערך מופע הם רבים במיוחד בתחום המכ"ם, טכנולוגיה צבאית, רדיו-אסטרונומיה, פוטוניקה, תקשורת אופטית, ועוד.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא מערך מופע בוויקישיתוף

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1909/braun-lecture.pdf Braun's Nobel Prize lecture. The phased array section is on pages 239–240.
  2. ^ "Die Strassburger Versuche über gerichtete drahtlose Telegraphie" (The Strassburg experiments on directed wireless telegraphy), Elektrotechnische und Polytechnische Rundschau (Electrical technology and polytechnic review [a weekly]), (1 November 1905). This article is summarized (in German) in: Adolf Prasch, ed., Die Fortschritte auf dem Gebiete der Drahtlosen Telegraphie [Progress in the field of wireless telegraphy] (Stuttgart, Germany: Ferdinand Enke, 1906), vol. 4, pages 184-185.
  3. ^ http://www.100jahreradar.de/index.html?/gdr_5_deutschefunkmesstechnikim2wk.html Mamut1 first early warning PESA Radar