Un phased array consiste en una matriz (array) de elementos radiantes. La fase de la señal que alimenta cada uno de estos está controlada de tal manera que la radiación del conjunto sea muy directiva. Es decir, se juega con las fases de las señales para que se cancelen en las direcciones no deseadas y se interfieran constructivamente en las direcciones de interés.
Un phased array ("agrupación de antenas controladas por fase") es un conjunto de antenas array) en el cual las fases relativas de las señales con que se alimenta cada antena se varían intencionadamente con objeto de alterar el diagrama de radiación del conjunto. Lo normal es reforzar la radiación en una dirección concreta y suprimirla en direcciones indeseadas.
Esta tecnología fue desarrollada originalmente por el futuro Premio Nobel Luis Walter Álvarez durante la Segunda Guerra Mundial, para funcionar en radares de respuesta rápida destinados a aplicaciones de Ground-Controlled Approach (GCA), es decir, de ayuda al aterrizaje de aeronaves. Más tarde se adaptó para usos en radioastronomía, valiéndole el Premio Nobel de Física a Anthony Hewish y Martin Ryle, tras desarrollar phased arrays de gran tamaño en la Universidad de Cambridge. El diseño se usa por tanto en radar y es de uso habitual en antenas de radio interferométricas.
Si todos los elementos del array están contenidos en el mismo plano y la señal con que se alimentan es de la misma fase, entonces se estará reforzando la dirección perpendicular a ese plano. Si se altera la fase relativa de las señales se podrá "mover" el haz (en realidad lo que se está haciendo es cambiar la dirección en la cual las interferencias son constructivas). Se consigue de este modo hacer barridos sin necesidad de movimiento físico, con la ventaja añadida de que se pueden escanear ángulos del orden de miles de grados por segundo. Esto permite utilizar la antena para compaginar simultáneamente funciones de detección y de seguimiento muchos blancos individuales. Apagando y encendiendo algunos de los elementos radiantes se puede variar el haz de radiación, ensanchándolo para mejorar las funciones de búsqueda o estrechándolo para hacer un seguimiento preciso de un objetivo. El punto débil de los phased arrays es la imposibilidad de dirigirlo correctamente en ángulos cercanos al plano en el que están los elementos radiantes. Para hacer una cobertura de 360º se suelen disponer 3 arrays en las paredes de una superficie piramidal.
En radioastronomía también se emplean los phased arrays para, por medio de técnicas de apertura sintética, obtener haces de radiación muy estrechos. La apertura sintética se usa tambié en radares de aviones.
El diagrama de radiación del array se obtiene como la interferencia de los campos radiados por cada una de las antenas. En recepción la señal recibida es una combinación lineal de las señales que capta cada antena. El diagrama de radiación total viene dado por el diagrama de radiación conjunto y el diagrama de radiación del elemento aislado.
En el diseño de arrays intervienen muchos parámetros : número de elementos, disposición física de los elementos, amplitud de la corriente de alimentación, fase relativa de la alimentación y tipo de antena elemental utilizada.
Configurando estos parámetros se pueden mejorar las características de radiación del diagrama de radiación individual : mejorar la directividad, mejorar la relación de lóbulo principal a secundario, conformar el diagrama para cubrir la zona de interés y tener la posibilidad de controlar electrónicamente el apuntamiento del haz principal.
El uso de los phased arrays se remonta a la Segunda Guerra Mundial, pero las limitaciones de la electrónica hacían que fueran poco precisos. Su aplicación original era la defensa anti-misiles. En la actualidad son parte imprescindible del sistema AEGIS y el sistema balístico MIM-104 Patriot. Su uso se va extendiendo debido a la fiabilidad derivada del hecho de que no tienen partes móviles. Casi todos los radares militares modernos se basan en phased arrays, relegando los sistemas basados en antenas rotatorias a aplicaciones donde el costo es un factor determinante (tráfico aéreo, meteorología,...) Su uso está también extendido en aeronaves militares debido a su capacidad de seguir múltiples objetivos. El primer avión en usar uno fue el B-1B Lancer. El primer caza, el MiG-31 ruso. El sistema radar de dicho avión está considerado como el más potente de entre todos los cazas.
En radioastronomía también se emplean los phased arrays para, por medio de técnicas de apertura sintética, obtener haces de radiación muy estrechos. La apertura sintética se usa también en radares de aviones.
Jorge Polentino
19769972
CRF
