Συστήματα Φασικών Στοιχειοκεραιών (Phased Arrays) – Mέρος Α΄

Υποναυάρχου (ε.α.) Γεωργίου Σάγου ΠΝ

Από το βιβλίο «Συστήματα Ραντάρ και Ηλεκτρονικού Πολέμου»

Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 2018

ISBN: 9789604911196

1. Εισαγωγή

Οι φασικές στοιχειοκεραίες ή κεραίες φασικής μετατόπισης (phased array antenna) ή κεραίες ηλεκτρονικής σάρωσης αποτελούν φυσικές διατάξεις πολλών μικρών / στοιχειωδών κεραιών (διπόλων, σχισμών, κτλ), που μέσω ελέγχου της φάσης και του πλάτους σήματος μεταξύ των μεμονωμένων στοιχείων (ή των ομάδων τους) δημιουργούν, με ηλεκτρονικό τρόπο, λοβούς ακτινοβολίας υψηλής κατευθυντικότητας (κέρδους), σταθερούς ή ταχέως στρεφόμενους μέσα σε μεγάλο γωνιακό εύρος του χώρου. Με τον τρόπο αυτό, επιτυγχάνεται ικανότητα άμεσης απόκρισης στροφής (<1 msec), προς οποιαδήποτε επιθυμητή κατεύθυνση, με υψηλή εκπεμπόμενη ισχύ και χωρίς την απαίτηση μηχανικής σάρωσης.[1] Σε αντίθεση με τις κλασσικές (συμβατικές) κεραίες, η απαιτούμενη συντήρηση σε μια φασική στοιχειοκεραία είναι απλούστερη, λόγω της έως και παντελούς έλλειψης μηχανικά κινούμενων τμημάτων (η στοιχειοκεραία μπορεί να παραμένει διαρκώς σταθερή). Αυτό, σε συνδυασμό με το γεγονός ότι ακόμη και με καταστροφική βλάβη μέρους των στοιχείων, αυτή συνεχίζει να είναι επιχειρησιακή και να λειτουργεί με μειωμένες επιδόσεις (graceful degradation) χαρακτηρίζει τη μεγάλη αξιοπιστία της φασικής στοιχειοκεραίας. Αντίθετα, τα παραδοσιακά (συμβατικά) συστήματα μηχανικής σάρωσης (τυπικά μιας δέσμης ραντάρ) παρουσιάζουν αργή απόκριση αντιμετώπισης πολλών και ταχέως μεταβαλλόμενων ιχνών αέρος, λειτουργούν σε πολύ συγκεκριμένες συχνότητες ή σε περιορισμένο φασματικό εύρος, συνήθως διεξάγουν μόνο μια ή πολύ λίγες λειτουργίες (απαιτούνται διαφορετικά ραντάρ για διαφορετικές λειτουργίες), ενώ οδηγούνται πολύ ευκολότερα στον κορεσμό των παρεχόμενων δυνατοτήτων αεράμυνας.[2] Το γεγονός επίσης ότι απαιτούν ηλεκτρομηχανικά συστήματα στροφής / κίνησης της κεραίας σημαίνει ότι είναι λιγότερο ευέλικτα, εμφανίζουν μηχανικούς κραδασμούς και σε περίπτωση βλάβης είναι επιρρεπή να βγαίνουν ολοκληρωτικά εκτός λειτουργίας (single point failure).

Από επιχειρησιακή άποψη, η χρήση συστημάτων φασικών στοιχειοκεραιών ραντάρ επιβάλλεται από τη φύση και την πολυπλοκότητα των μοντέρνων και των αναδυόμενων απειλών. Ενδεικτικά, για τις ναυτικές επιχειρήσεις, οι εκτιμώμενες εναέριες απειλές εναντίον πλοίων επιφανείας μπορεί συνίστανται σε κάποιες από τις ακόλουθες:

  • Μαχητικά αεροσκάφη υψηλής ικανότητας ελιγμών, όπως τα F-15, F-16, F-18, τα αντίστοιχα ρωσικά Su-35, κτλ.
  • Μαχητικά αεροσκάφη με χαρακτηριστικά stealth, όπως το F-35, αλλά επίσης και stealth κατευθυνόμενα βλήματα, όπως τα Νορβηγικά NSM (Naval Strike Missile) και JSM (Joint Strike Missile), τα Τουρκικά βλήματα SOM-C1/C2, κτλ.
  • Πολλά ταυτόχρονα επερχόμενα κατευθυνόμενα βλήματα και βόμβες ανεμοπορίας, που σκοπεύουν στον κορεσμό της αεράμυνας (saturation of air-defense), όπως πχ οι βόμβες AGM-154 JSOW (Joint Standoff Weapon), αλλά και οι μικρότερης εμβέλειας JDAM / Quicksink, κτλ.
  • Βλήματα sea-skimmers, high divers, υποηχητικά (subsonic), υπερηχητικά (supersonic) & υπερ-υπερηχητικά (hypersonic), για τα οποία ο χρόνος αποτελεσματικής αντίδρασης είναι από μικρός έως και εξαιρετικά μικρός, όπως πχ τα AGM-65G MAVERICK, AGM-84H/K SLAM-ER, AGM-88 HARM  / AARGM, το stealth υπoηχητικό AGM-158C LRASM (Long Range ASM), το 3M-54 Kalibr (Club), το P-700 Granit (turbojet / ramjet, Mach 1.5 χαμηλά και Mach 2.5 σε μεγάλο ύψος), το ινδικό BrahMos[3] (υπερηχητικό sea skimming που βασίζεται στο ρωσικό P-800M Oniks / Yakhont), το 3M22 Zircon (SS-N-33) με πρόωση scramjet (υπέρ-υπερηχητικό έως Mach 8-9),[4] κτλ.
  • Βαλλιστικά βλήματα εναντίον ναυτικών δυνάμεων ASBM (Anti-Ship Ballistic Missiles), όπως πχ το ALBM Kh-47M2 Kinzhal (Dagger) με πρόωση πυραυλοκινητήρα (εκτελεί περίπλοκους ελιγμούς καθ’ όλη τη διάρκεια της πτήσης φθάνοντας ταχύτητες έως Mach 10-12), τα αντίστοιχα κινέζικα DF-21D ή οχήματα ανεμοπορίας HGV (DF-ZF, κτλ), ακόμη και οι τελευταίες εκδόσεις των υπερηχητικών βλημάτων MGM-140 ATACMS / PrSM (Precision Strike Missile), εξοπλισμένων με “multimode seekers”.
  • Επιθετικά ελικόπτερα και μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα (drones / UAV / UCAV / loitering munition), σχετικά αργά κινούμενα, η έγκαιρη ανίχνευση των οποίων απαιτεί εξαιρετική καταπίεση των παρασιτικών επιστροφών ραντάρ (clutter), αλλά και ειδικές λειτουργίες ανίχνευσης (micro-Doppler, κτλ).
  • Βεβαρημένο περιβάλλον ηλεκτρονικών παρεμβολών (jamming), από προηγμένα συστήματα ηλεκτρονικού πολέμου

Κάτω από την ιδιαίτερη φύση και την αυξανόμενη πολυπλοκότητα αντιμετώπισης των ανωτέρω απειλών, την αβεβαιότητα και τις δυσκολίες που οφείλονται στα χαρακτηριστικά του παράκτιου επιχειρησιακού περιβάλλοντος (land clutter, μικρός χρόνος αντίδρασης, αυξημένοι ψευδείς συναγερμοί, κτλ), η ναυτική αεράμυνα οδηγείται σε απαιτήσεις διαθεσιμότητας μεγάλου πλήθους καναλιών βολής, συστημάτων ραντάρ εξαιρετικά μεγάλου εύρους μπάντας συχνοτήτων (bandwidth), ταχείας απόκρισης και άμεσης δυνατότητας πολλαπλών λειτουργιών την ίδια στιγμή (όπως πχ τρισδιάστατη έρευνα χώρου VS, χαμηλή έρευνα ορίζοντα HS, παρακολούθηση στόχων, αναγνώριση στόχων, κατεύθυνση πολλών βλημάτων στον αέρα, damage/kill assessment,[5] κτλ), μεγάλο διαθέσιμο φόρτο κατάλληλων αντιαεροπορικών βλημάτων, αλλά και μέγιστο βαθμό διασύνδεσης / συνέργειας / διαλειτουργικότητας μεταξύ συστημάτων διαφορετικών μονάδων εν πλω, ιπταμένων ραντάρ και συστημάτων αεράμυνας ξηράς (δικτυοκεντρικός πόλεμος).

Οι ανωτέρω απαιτήσεις δεν καλύπτονται επαρκώς από τα παλαιότερα συμβατικά / κλασσικά ναυτικά ραντάρ, όπως πχ τα STIR, WM-25/28, LW/MW-08 και τα αντίστοιχα συστήματα μάχης. Οι λύσεις στα προβλήματα της ναυτικής αεράμυνας βρίσκονται σε μοντέρνα συστήματα MFR (MultiFunction Radars), δηλαδή φασικών στοιχειοκεραιών πολλαπλών λειτουργιών, σε συνδυασμό πάντοτε με τα κατάλληλα αντιαεροπορικά βλήματα (interceptors). Τα εν λόγω συστήματα, μεταξύ των άλλων βοηθούν και στην επιτάχυνση του κύκλου παρατήρησης-προσανατολισμού-απόφασης-δράσης OODA (Observe-Orient–Decide-Act).

Ειδικότερα, τα συστήματα ραντάρ πολλαπλών λειτουργιών (MFR) καταφέρνουν να εξισορροπούν αποτελεσματικότερα τις αντικρουόμενες μεταξύ τους απαιτήσεις της υψηλής ακρίβειας (μικρό κελί ανάλυσης), της αποφυγής τεραστίου μεγέθους κεραιών (για στενούς λοβούς υψηλού κέρδους), της μεγάλης εμβέλειας και της υψηλής ταχύτητας σάρωσης (αποφυγή μηχανικής σάρωσης, η οποία απαιτεί πολύπλοκους και ισχυρούς μηχανισμούς για να μετακινήσει την κεραία γρήγορα και με ακρίβεια, μερικές φορές κάτω από υψηλά φορτία g).

Οι τυπικές λειτουργικές απαιτήσεις των ναυτικών συστημάτων MFR, μαζί με τα κυριότερα χαρακτηριστικά τους παρατίθενται στον πίνακα 8.5. Τα ναυτικά ραντάρ πολλαπλών λειτουργιών (MFR) καλύπτουν την έρευνα / επιτήρηση και την παρακολούθηση ιχνών σε σχετικά μικρές έως μέσες αποστάσεις, αλλά κυρίως επιτελούν πολλές ακόμη λειτουργίες, όπως η κατεύθυνση / καθοδήγηση βλημάτων (ενδιάμεση και τερματική), ο έλεγχος των πυρών πυροβολικού, με αυξημένες δυνατότητες εντοπισμού βλημάτων sea skimmer (πλησίον του ραδιορίζοντα), όπως και απειλών που προσεγγίζουν υπό μεγάλες γωνίες καθόδου, η μη συνεργατική αναγνώριση στόχων NCTR (Non Cooperative Target Recognition) που δεν ανταποκρίνονται στο σύστημα IFF, η υποστήριξη επικοινωνιακών ζεύξεων ευρέως φάσματος, λειτουργίες ηλεκτρονικού πολέμου, κτλ. Η υψηλή δυνατότητα ανάλυσης / ακρίβεια, οι στενοί λοβοί και το μεγάλο φασματικό εύρος λειτουργίας παρέχουν δυνατότητα διάκρισης των χαμηλά ιπτάμενων στόχων. Τα ναυτικά συστήματα MFR διαθέτουν μειωμένη συνεισφορά στη ραδιοδιατομή (RCS) του σκάφους, αφού οι διάσπαρτες κεραίες είναι κατάλληλα ολοκληρωμένες σε ενιαία υπερκατασκευή, ενώ οι επιδόσεις των αντίστοιχων RF λειτουργιών είναι βελτιστοποιημένες και ελέγχονται από κάποιο κεντρικό διαχειριστή κατανομής πόρων (συχνότητες, κυματομορφές, κτλ), για τη βέλτιστη απόδοση και την αποφυγή αμοιβαίων παρεμβολών. Επίσης, τα MFR διαθέτουν χαμηλότερο κόστος ολοκλήρωσης των διαφορετικών λειτουργιών και χαμηλότερο κόστος κύκλου ζωής (συντήρησης). Σημαντικό όμως μειονέκτημα αποτελεί ο ενδεχόμενος κίνδυνος τρωτότητας, λόγω της υπερσυγκέντρωσης πολλών λειτουργιών στο ίδιο φυσικό σημείο (single point of failure).

Πίνακας 1: Τυπικές λειτουργικές απαιτήσεις ναυτικών συστημάτων MFR

Λειτουργία RFΣυχνότητες λειτουργίας (GHz) Μέγιστο στιγμιαίο φασματικό εύρος λήψης(1) (MHz)Στιγμιαίο δυναμικό εύρος λήψης (dB)EIRP(2) (dBW)One-Way Beamwidth(3) (μοίρες)Duty Cycle(4) (%)Πόλωση σήματος(5)
Radar–volume search (VS)L-band ή  S-band290S-band: 90 L-band: 75220Γραμμική κατακόρυφη
Radar–horizon search (HS)S-band ή X-band59090220Γραμμική κατακόρυφη
Radar–target illuminationX-bandαμελητέο90≤100Γραμμική κατακόρυφη
Electronic Support (ES)0.5–401000601Όλες
Electronic Attack (EA)0.5–40100050≤100Όλες
Comms–X-band SATCOM7.3–7.8 (Rx)
7.9–8.4 (Tx)
12570552≤100Κυκλική (Tx/Rx ορθογώνιες)
Comms–Ku-band SATCOM10.7–12.8 (Rx)
13.8–14.5 (Tx)
5570651≤100Γραμμική (Tx/Rx ορθογώνιες)
Comms–Ka-band SATCOM19.2–21.2 (Rx)
29.0–31.0 (Tx)
12570650.5≤100Κυκλική (Tx/Rx ορθογώνιες
Comms–TCDL14.4–14.8 (Rx)
15.2–15.4 (Tx)
300 (Rx)
90 (Tx)
70452≤100Κυκλική

(1) Το στιγμιαίο φασματικό εύρος, τυπικά ≤10% της φέρουσας, καθορίζει το εύρος λειτουργίας των αναλογικών καναλιών λήψης και την ελάχιστη συχνότητα δειγματοληψίας των αναλογικο-ψηφιακών μετατροπέων (ADC). Για μεγάλο στιγμιαίο φασματικό εύρος αυξάνεται το επίπεδο του εισερχόμενου θορύβου, μειώνοντας τη δυνατότητα ανίχνευσης ασθενών σημάτων (πλην της περίπτωσης της σύμφωνης ανίχνευσης), ενώ η μορφοποίηση λοβών ενδέχεται να μην μπορεί να επιτευχθεί με απλούς ολισθητές φάσης, αλλά μόνο με γραμμές πραγματικής καθυστέρησης TTD (True Time Delay). Τα συστήματα ηλεκτρονικού πολέμου ΕS/EA χρειάζονται πολύ μεγάλο στιγμιαίο φασματικό εύρος, λόγω της απαίτησης ανίχνευσης, χαρακτηρισμού και ηλεκτρονικής παρεμβολής κυματομορφών ευρέως φάσματος (SAR, LPI, κτλ). Οι υποκλεπτόμενες κυματομορφές δεν είναι γνωστές εκ των προτέρων, οπότε δεν είναι δυνατή η εφαρμογή σύμφωνης ανίχνευσης (matched filtering), με επακόλουθο το αυξημένο επίπεδο θορύβου (χαμηλότερη ευαισθησία – SNR λήψης), λόγω του αυξημένου στιγμιαίου φασματικού εύρους. Η διαδικασία ψηφιοποίησης των υποκλοπών μέσω τράπεζας φίλτρων στενού φασματικού εύρους βελτιώνει την ικανότητα ανίχνευσης.

Το στιγμιαίο φασματικό εύρος λήψης Β των ραντάρ καθορίζει την κατ’ απόσταση ανάλυση / διακριβωτική ικανότητα ( ≈ c/2Β). Τυπικά, η λειτουργία έρευνας ορίζοντα (HS) απαιτεί μεγαλύτερο στιγμιαίο φασματικό εύρος από τη λειτουργία έρευνας χώρου (VS), για την επίτευξη υψηλότερης ανάλυσης κατ΄ απόσταση και γενικότερα μικρότερης κυψέλης ανάλυσης (radar resolution cell), γεγονός που βοηθά τη διάκριση και ακριβέστερη παρακολούθηση των χαμηλά ιπτάμενων ιχνών, αλλά και στον εντοπισμό αργά κινούμενων στόχων επιφανείας. Οι τελευταίοι, ανιχνεύονται δυσκολότερα λόγω της χαμηλής ολίσθησης Doppler αλλά και λόγω των αυξημένων παρασιτικών επιστροφών (clutter) υπό χαμηλές γωνίες ύψωσης. Το αυξημένο φασματικό εύρος λήψης αυξάνει το επίπεδο θορύβου του δέκτη, όμως αυτό δεν επηρεάζει την ικανότητα ανίχνευσης καθόσον στα ραντάρ εφαρμόζεται σύμφωνη ανίχνευση (matched filtering / pulse compression), διατηρώντας υψηλή τιμή SNR λήψης.

(2) Ενεργή ισοτροπικά ακτινοβολούμενη ισχύς (Effective Isotropically Radiated Power) EIRP = PGt, όπου P είναι η εκπεμπόμενη ισχύς κορυφής και Gt είναι το κέρδος της κεραίας εκπομπής. Στις διατάξεις AESA, η εκπεμπόμενη ισχύς κορυφής καθορίζεται από το άθροισμα της ισχύος εξόδου όλων των επιμέρους  στοιχείων (HPA). Τυπικά, οι τιμές EIRP είναι υψηλότερες για τις λειτουργίες ραντάρ, ιδιαίτερα στις μπάντες S και X (η μπάντα L παρουσιάζει χαμηλότερες απώλειες διάδοσης). Στην περίπτωση των ηλεκτρονικών παρεμβολών (EA), η απαιτούμενη τιμή EIRP είναι σημαντικά χαμηλότερη, λόγω της μονόδρομης διάδοσης του σήματος παρεμβολής, σε αντίθεση με τη διπλή διαδρομή διάδοσης του σήματος ραντάρ.

(3) Το γωνιακό εύρος (oneway beamwidth) μισής ισχύος (-3 dB) του κύριου λοβού εκπομπής ή λήψης, το οποίο μειώνεται (στενεύει) για μεγαλύτερων διαστάσεων στοιχειοκεραίες. Η απαίτηση είναι περίπου ίδια για τις λειτουργίες έρευνας όγκου (VS) και ορίζοντα (HS), εξαρτώμενη κυρίως από τις απαιτήσεις ακρίβειας παρακολούθησης και χρόνου σάρωσης (scan revisit times). Επιπρόσθετα, για την ανίχνευση στόχων επιφανείας στη λειτουργία HS παίζει ρόλο και το μέγεθος της κυψέλης ανάλυσης (radar resolution cell), όσον αφορά στο λόγο S/C (Signal-to-Clutter). Για τη λειτουργία της κατάδειξης (φωτισμού) στόχων, όπως επίσης και για τη διεξαγωγή ηλεκτρονικών παρεμβολών ΕΑ δεν υπάρχει ιδιαίτερη προτίμηση γωνιακού εύρους λοβών. Στα συστήματα ES, το εύρος του λοβού επιδρά στην ακρίβεια των γωνιακών μετρήσεων των ηλεκτρονικών υποκλοπών. Επίσης, η υποκλοπή ασθενικών σημάτων επωφελείται από το σχηματισμό στενών λοβών λήψης (βελτιώνεται η τιμή SNR).

(4) Ο κύκλος εργασίας (duty cycle) αφορά σε λειτουργίες εκπομπής, πχ VS και HS, επιδρώντας σε παραμέτρους όπως η επιθυμητή ασαφής απόσταση, το μέγεθος της τυφλής ζώνης και η μέση ισχύς εκπομπής. Ο κύκλος εργασίας μπορεί να φθάσει το 100% για τις λειτουργίες του φωτισμού στόχων, των επικοινωνιών[6] και των ηλεκτρονικών παρεμβολών EA. Ένα παράδειγμα αποτελεί η εκτέλεση γωνιακής εξαπάτησης (AGPO) εναντίον ραντάρ CW που φωτίζει το στόχο (πλοίο) για την τερματική καθοδήγηση ημιενεργών βλημάτων.

(5) Για μικρές οριζόντιες γωνίες πρόσπτωσης (μόλις μερικών μοιρών), υπό δυσμενή κατάσταση θαλάσσης, οι παρασιτικές επιστροφές μπορεί να είναι ασθενέστερες για την κατακόρυφη πόλωση. Επίσης, οι κατοπτρικές ανακλάσεις πάνω στη θαλάσσια επιφάνεια είναι ασθενέστερες για την κατακόρυφη πόλωση για μικρές οριζόντιες γωνίες πρόσπτωσης, λόγω της επίδρασης της γωνίας Brewster. Επομένως, με την κατακόρυφη πόλωση σε λειτουργία έρευνας ορίζοντα (HS), εκτός από τις παρασιτικές επιστροφές καταπολεμάται και η δημιουργία μηδενισμών λόγω των πολλαπλών διαδρομών διάδοσης (multipath nulls).

Σήμερα, υπάρχουν πολλά συστήματα MFR σε ευρεία επιχειρησιακή χρήση παγκοσμίως, ενώ αρκετά ακόμη βρίσκονται υπό ανάπτυξη. Η εμφάνιση των συστημάτων αυτών άρχισε από τις αρχές της δεκαετίας του 1990, με ακόμη παλαιότερο το αμερικάνικο ναυτικό σύστημα AN/SPY-1 Aegis, το οποίο συμπλήρωσε πολλές δεκαετίες συνεχούς εξέλιξης.[7]

Γενικά, τα MFR διακρίνονται στα παλαιότερα παθητικά και στα νεότερα ενεργά (passive & active phased arrays). Στα παθητικά συστήματα υπάρχει κάποιος κοινός πομπός, ο οποίος τροφοδοτεί ολόκληρη τη στοιχειοκεραία. Στην περίπτωση αυτή, οι απώλειες σήματος μεταξύ στοιχειοκεραίας και πομπού/δέκτη είναι μεγάλες (high distribution loss). Αντίθετα, στα υψηλότερης απόδοσης μοντέρνα ενεργά συστήματα, το κάθε στοιχείο της κεραίας αποτελεί το ίδιο ένα μικρό πομποδέκτη, η λειτουργία του οποίου ελέγχεται από κάποιον κεντρικό υπολογιστή ή ψηφιακό διεγέρτη (low distribution loss). Σήμερα, η συντριπτική πλειοψηφία των μοντέρνων συστημάτων MFR είναι ενεργά (active phased arrays)και φιλοσοφίας software driven, τα οποία είναι δυνατό να προγραμματίζονται για τη διαχείριση πολλών επιθυμητών λειτουργιών, και μάλιστα για την αντιμετώπιση διαφόρων τύπων απειλής, όπως πχ stealth ή άλλων αναδυόμενων απειλών.

Σε όλες τις περιπτώσεις, οι βασικές σχεδιαστικές παράμετροι των στοιχειοκεραιών που θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη είναι, η διάταξη των επιμέρους στοιχείων, η μέθοδος τροφοδοσίας και το πλήθος τους, όπως επίσης το πλάτος και η φάση των κατανομών σήματος των επιμέρους στοιχείων, που καθορίζουν το μέτρο και τη φάση του κύματος.

2. Στοιχειοκεραίες παθητικής ηλεκτρονικής σάρωσης (PESA)

Τα συστήματα παθητικών φασικών στοιχειοκεραιών ή παθητικής ηλεκτρονικής σάρωσης PESA (Passive Electronically Scanned/Steered Arrays) εμφανίστηκαν μέσα στον ψυχρό πόλεμο κατά τη δεκαετία του 1960, ενώ αναπτύχθηκαν περαιτέρω στις επόμενες δεκαετίες, κατά βάση για την παρακολούθηση τακτικών και στρατηγικών πυραύλων. Μερικά παραδείγματα στις ΗΠΑ απετέλεσαν το AN/FPS-85 (στα UHF 442 MHz) της δεκατίας του 1960 και το AN/FPS-108 COBRA DANE (L band / 1215–1400 MHz) της δεκατίας του 1970, καθώς επίσης η αντίστοιχη σειρά σοβιετικών ραντάρ 5N15 (Dnestr), 5N15M (Dnestr-M) και 5N86 (Dnepr), στα 154-162 MHz.[8] Η πολυπλοκότητα, ο όγκος και το βάρος αποτελούσαν τα κύρια εμπόδια για την ευρύτερη χρήση της τεχνολογίας των φασικών στοιχειοκεραιών παθητικής σάρωσης, όπως πχ η ανάγκη για σύνθετα δίκτυα τροφοδοσίας, μεμονωμένα στοιχεία ελέγχου φάσης ή χρονικής καθυστέρησης και το αντίστοιχο υποστηρικτικό υλικό.

Μεταξύ των κοινών χαρακτηριστικών των συστημάτων PESA είναι ότι διαθέτουν κάποιο μεγάλο κεντρικό ενισχυτή ισχύος / πομπό, όπως πχ TWT ή CFA (που παράγει όλη την απαιτούμενη μικροκυματική ισχύ εκπομπής), έναν ενισχυτή χαμηλού θορύβου (low noise amplifier) στο δέκτη, διπλέκτη και μερικές χιλιάδες στοιχειώδεις κεραίες εκπομπής/λήψης με κοινό δίκτυο τροφοδοσίας, οι οποίες τυπικά περιλαμβάνουν ισάριθμο πλήθος (δυναμικά μεταβαλλόμενων) ολισθητών φάσης (phase shifters), π.χ. τύπου φερρίτη, ελεγχόμενων ηλεκτρονικά για την επιθυμητή κατεύθυνση της δέσμης εκπομπής / λήψης. Παραλλαγές ή παράγωγα αυτών των ραντάρ παραμένουν ακόμη σε επιχειρησιακή χρήση έως και σήμερα, ενώ θεωρείται ότι έχει πλέον εξαντληθεί η περαιτέρω τεχνολογική τους εξέλιξη.

Ως προς τις συμβατικές κεραίες ανακλαστήρες, οι στοιχειοκεραίες παθητικής σάρωσης (PESA) πλεονεκτούν:

  • Στον υψηλό ρυθμό σάρωσης του χώρου, γεγονός που βελτιώνει σημαντικά τη δυνατότητα παρακολούθησης μεγάλου πλήθους ιχνών, ενώ δυσκολεύει τις υποκλοπές από τα εχθρικά συστήματα RWR/ESM.
  • Στο τυχαίο σχέδιο σάρωσης, που δυσκολεύει τις εχθρικές ηλεκτρονικές παρεμβολές.
  • Στο μεγαλύτερο χρόνο επί του στόχου (time on target ή dwell time), που βελτιστοποιείται πάνω στα χαρακτηριστικά του κάθε ίχνους και ανάλογα με την απαίτηση της συγκεκριμένης λειτουργίας.
  • Στο υψηλό κέρδος (κατευθυντικότητα), με χαμηλούς πλευρικούς & οπίσθιους λοβούς, επιτυγχάνοντας μεγαλύτερη απόσταση ανίχνευσης και δυσκολότερη υποκλοπή και παρεμβολή από τα συστήματα ηλεκτρονικού πολέμου του αντιπάλου (ακυρώνεται η λήψη παρεμβολών που προέρχονται από συγκεκριμένες διευθύνσεις).
  • Στις εξειδικευμένες τεχνικές διαμόρφωσης και ανίχνευσης, που βοηθούν στον εντοπισμό ασθενών σημάτων μέσα στο θόρυβο.
  • Στη μεγαλύτερη αξιοπιστία / διαθεσιμότητα λειτουργίας.

Τα κυριότερα μειονεκτήματα των ραντάρ PESA, ως προς τις παραδοσιακές κεραίες ανακλαστήρες, είναι το υψηλότερο κόστος και το συνολικό γωνιακό εύρος κάλυψης 120° ανά συστοιχία.

Κατά τις αρχές της δεκαετίας του 1980, αξιοποιώντας την προηγούμενη εμπειρία εμφανίστηκε μια γενιά PESA, για αεροσκάφη. Ειδικότερα, η Westinghouse Electric Corporation (σήμερα Northrop Grumman) ανέπτυξε το πρώτο I-band (8 – 10 GHz) αμερικανικό PESA ραντάρ ΑΝ/APQ-164 για το στρατηγικό βομβαρδιστικό B-1B Lancer της Rockwell International, αλλά και για το παροπλισμένο πλέον βομβαρδιστικό FB-111. Το συγκεκριμένο σύστημα, το οποίο σήμερα θεωρείται ξεπερασμένο, διέθετε δυνατότητα χαρτογράφησης εδάφους, στόχευσης όπλων και αυτόματης παρακολούθησης εδάφους για νυκτερινό βομβαρδισμό ακριβείας, καθώς επίσης και κάποιες δυνατότητες χαμηλής πιθανότητας υποκλοπών (LPI), ενώ κάποιες μονάδες ήταν κοινές με το παλαιό παλμικό Doppler ραντάρ AN/APG-66 (21.5 kW peak) των πρώτων μαχητικών F-16Α/Β (των δεκαετιών 1970-1980). Η επίπεδη παθητική στοιχειοκεραία (ελλειπτικής ενεργής επιφάνειας), δεν ήταν ιδιαίτερης αξιοπιστίας. Για την επαύξηση της αξιοπιστίας, το συγκεκριμένο ραντάρ χρησιμοποιούσε πλεονάζον ζεύγος TWT και πλεονάζοντα κανάλια λήψης (δεκτών).[9] Η στοιχειοκεραία του ΑΝ/APQ-164 χρησιμοποιούσε 1526 στοιχεία, το καθένα με το δικό του αμφίδρομο ολισθητή φάσης τύπου φερρίτη. Η κεραία αυτή μπορούσε να στρέψει μηχανικά και να κλειδώσει σε τρεις διαφορετικές θέσεις (δεξιά – εμπρός – αριστερά). Σε κάθε μια από τις θέσεις αυτές, μπορούσε να εκτελεί ηλεκτρονική σάρωση μέσα σε γωνιακό τομέα ±60° καθ΄ ύψωση και κατά αζιμούθιο (διόπτευση).

Σύντομα ακολούθησε η ανάπτυξή του Ku-band PESA ραντάρ κρούσης ΑΝ/APQ-181 LPI από τη Hughes (σήμερα Raytheon), για το stealth βομβαρδιστικό B-2A Spirit. Ενώ, το APQ-181 χρησιμοποιούσε παρόμοια τεχνολογία κεραίας με το APQ-164 και παρείχε αντίστοιχες δυνατότητες πλοήγησης, στόχευσης και αυτόματης παρακολούθησης εδάφους, μια πρόσθετη, σημαντική απαίτηση ήταν ότι η ραδιοδιατομή ραντάρ (RCS) της εμπρόσθιας όψης της κεραίας έπρεπε να είναι συμβατή με τη μεγέθους πουλιού υπογραφή του αεροσκάφους. Το APQ-181 κατάφερε αυτό το κρίσιμο πλεονέκτημα, το οποίο αφορούσε στη συμβατότητα με εναέριες πλατφόρμες χαμηλής παρατηρησιμότητας (stealth), ενώ αργότερα αναβαθμίστηκε σε ενεργό σύστημα AESA.

Σχήμα 2(α): Το παλαιό, επίπεδης σχισμοκεραίας (slotted array) X-band ρωσικό ραντάρ Zhuk-MS της Phazotron-NIIR φέρεται από τα μαχητικά αεροσκάφη Su-27KUB. Η εξαγώγιμη έκδοση Zhuk-MSE διαθέτει μέγιστη εμβέλεια μέχρι 190 km για προσεγγίζοντες εναέριους στόχους με RCS = 5 m2. Η εμβέλεια ανίχνευσης για προσεγγίζοντα στόχο 1 m2 είναι 100 km, ενώ για απομακρυνόμενο 40 km. Η ισχύς κορυφής είναι 6 kW και η μέση 1.5 kW. Η οριζόντια γωνιακή κάλυψη είναι ±85° και καθ’ ύψος +56°/-40°. Παρακολουθεί ταυτόχρονα έως και 10 εναέριους στόχους, ενώ εμπλέκεται ταυτόχρονα με 4 από αυτούς Η νεότερη έκδοση Zhuk-PH ή Zhuk-F που σχεδιάστηκε για το μαχητικό Su-27 χρησιμοποιεί ηλεκτρονικά ελεγχόμενη επίπεδη στοιχειοκεραία παθητικής σάρωσης PESA (γωνιακή κάλυψη ±70° στο αζιμούθιο και καθ’ ύψος). Παρακολουθεί ταυτόχρονα έως και 24 εναέριους στόχους, ενώ εμπλέκεται ταυτόχρονα με 8 από αυτούς (εμβέλεια 130-200 km για στόχους με RCS=5 m2).

Ενώ η πρώιμη προσπάθεια των ΗΠΑ στα εναέρια ραντάρ PESA επικεντρώθηκε στα βομβαρδιστικά αεροσκάφη, το πρώτο ιστορικά επιχειρησιακό ραντάρ με επίπεδη παθητική στοιχειοκεραία πλήρους ηλεκτρονικής σάρωσης, το οποίο αναπτύχθηκε και εγκαταστάθηκε σε μαχητικό αεροσκάφος στο διάστημα 1975-1980, ήταν το σοβιετικό αερομεταφερόμενο X-band παλμικό Doppler ραντάρ PESA Tikhomirov-NIIP  BRLS-8B Zaslon (Νατοϊκή ονομασία SBI-16 ή Ν007 ή Flash Dance), 1.700 στοιχείων. Αυτό, αναπτύχθηκε για το μεγάλο μαχητικό αναχαίτισης MiG-31 Foxhound (εξέλιξη του MiG-25 Foxbat). Το συγκεκριμένο αεροσκάφος είχε το ρόλο της αναχαίτισης των χαμηλά ιπτάμενων πυραύλων cruise AGM-86B ALCM (Boeing), των εκτοξευόμενων από το έδαφος πυραύλων BGM-109G Gryphon (General Dynamics) και των αντίστοιχων ναυτικών πυραύλων cruise RGM-109 Tomahawk. Το Zaslon κατασκευάστηκε για να καθοδηγεί ταυτόχρονα τέσσερις πυραύλους μεγάλου βεληνεκούς R-33 Amos, εναντίον των ανωτέρω στόχων χαμηλής υπογραφής σε περιβάλλον παρασιτικών επιστροφών (clutter) εδάφους. Ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό απετέλεσε ότι ένας L-band IFF interrogator ήταν ενσωματωμένος στη συστοιχία X-band. Βελτίωση απετέλεσε το ραντάρ παθητικής σάρωσης N014 Zaslon της Phazotron-NIIR, που εγκαταστάθηκε στο πειραματικό μαχητικό MiG-39 (Project 1.44), εμβέλειας ανίχνευσης 250 km, δυνατότητας παρακολούθησης έως 40 στόχων και εμπλοκής με έως και 20. To Zhuk-ΜΕ που φέρεται από το μαχητικό MiG-29 Fulcrum διαθέτει επίπεδη σχισμοκεραία (slotted array), διαμέτρου 624 mm. Στοιχειοκεραία παθητικής σάρωσης PESA διαθέτει το Zhuk-ΜSF (Sokol) που φέρεται από τα Su-27 και Su-30, καθώς επίσης και το Zhuk-ΜFE των MiG-29SMT.

Σήμερα, τα συστήματα στοιχειοκεραιών είναι ευρέως διαδεδομένα σε εγκαταστάσεις ξηράς ή επί πολεμικών πλοίων, ακόμη και εγκατεστημένα επί αεροσκαφών. Χρησιμοποιούνται για έρευνα, εντοπισμό, παρακολούθηση ιπτάμενων στόχων, όλων των ειδών, ακόμη και για την καθοδήγηση κατευθυνόμενων αντιαεροπορικών βλημάτων. Ειδικότερα, η παλαιότερη τεχνολογία PESA συνεχίζει να χρησιμοποιείται σε πολλά ρωσικά σχέδια παραγωγής, συμπεριλαμβανομένου του υβριδικού ραντάρ Tikhomirov-NIIP N011M Bars στο μαχητικό Su-30MKI/MKM (Flanker H), του ισχυρότερου παράγωγου ραντάρ N035 Irbis-E στο μαχητικό εναέριας κυριαρχίας Su-35S (Flanker E), του Phazotron Zhuk-MFS/MFSE για το ναυτικό μαχητικό Su-33 (Flanker D), κτλ. Επίσης, συναντάται στο ραντάρ επίθεσης πολλαπλών λειτουργιών Leninets B004 για το βομβαρδιστικό Su-34 Fullback (σύμφωνα με το πρότυπο του APQ-164) και στο πακέτο αναβάθμισης NIIP Ryazan GRPZ Pero PESA για το παλαιό ραντάρ N001VE των Su-27 (Flanker). Το Pero αποτελεί X-band σχεδίαση οπτικών στοιχείων τροφοδοσίας ανάκλασης (reflective array), με χοάνη τροφοδοσίας τοποθετημένη μπροστά από τη συστοιχία. Η τεχνολογία χρησιμοποιείται επίσης στο X-band ραντάρ εμπλοκής 9S36 που αναπτύχθηκε για το πυραυλικό σύστημα αεράμυνας πεδίου μάχης 9K317 Buk M2/SA-17 Grizzly..

Σχήμα 2(δ): Καμπύλες εκτιμώμενων αποστάσεων εντοπισμού (από πάνω προς τα κάτω), για διάφορες εκδοχές του ρωσικού ραντάρ Zhuk-ASE (αναβαθμίσεις του Zhuk-AE), αναλόγως της ισχύος ανά κανάλι των T/R modules. Οι επιδόσεις των T/R modules ισχύος 10 και 12 Watt του Zhuk ASE είναι παρόμοιες του υβριδικού ESA Tikhomirov-NIIP Irbis-E (N035) των μαχητικών Su-35BM / Su-35-1, και πολύ ανώτερες του N011M Bars. Οι επιδόσεις του Zhuk ASE με T/R modules ισχύος >15 Watts, είναι ανώτερες του Irbis-E (οι τιμές NF και ενεργής επιφάνειας λήψης θεωρούνται παρόμοιες).
Σχήμα 3: Μια αισιόδοξη πρόβλεψη του 1967, για την εξέλιξη των ραντάρ μαχητικών αεροσκαφών (Thomas 1967, περιοδικό Space/Aeronautics). Τελικά, η πραγματική εξέλιξη καθυστέρησε κυρίως λόγω τεχνολογικών περιορισμών της εποχής, μέχρι την εμφάνιση πρακτικών μονολιθικών μικροκυματικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων MMIC.

Τα πιο μοντέρνα συστήματα στοιχειοκεραίας, ιδιαίτερα οι ενεργές διατάξεις AESA, μπορούν να επιτελούν ταυτόχρονα πολλές λειτουργίες (MFR – multifunction radar), οι οποίες για την υλοποίησή τους παλαιότερα απαιτούσαν περισσότερα του ενός συστήματα ραντάρ. Η συνήθης πρακτική για την υποστήριξη πολλαπλών λειτουργιών σε παθητικές στοιχειοκεραίες, είναι μέσω εφαρμογής χρονικού καταμερισμού (time multiplexing) και μέσω διαχωρισμού της συστοιχίας σε μικρότερες υποσυστοιχίες (πχ στο ναυτικό σύστημα AN/SPY-1 Aegis).

Γενικά, μια φασική στοιχειοκεραία, μπορεί να αποτελεί γεωμετρικά γραμμική (μονοδιάστατη) ή επίπεδη (δισδιάστατη) συστοιχία δίπολων λ/2, στοιχείων τροφοδοσίας (horns feeds), εγκοπών / σχισμών (waveguide slots), μικρολωρίδων (microstrip lines),[10] στοιχείων σπειροειδούς μορφής (spiral), κ.τ.λ.

Εκτός από τις γραμμικές και τις επίπεδες υπάρχουν και άλλες ακόμη σχετικά σπανιότερες, 3D διατάξεις στοιχείων (στοιχειοκεραίες), όπως πχ κυλινδρικές, σφαιρικές και σύμμορφες (conformal).

Οι κεραίες σύμμορφης διάταξης (conformal array) είναι διατεταγμένες σύμφωνα με τη φυσική μορφή (καμπύλη) της επιφάνειας του οχήματος/πλατφόρμας πάνω στο οποίο φέρονται, πχ ατράκτου αεροσκάφους, δορυφόρου, πυραύλου, πλοίου, κτλ. Με τον τρόπο αυτό, δεν επηρεάζεται το σχήμα του φορέα και ιδιαίτερα η αεροδυναμική του στην περίπτωση των αεροσκαφών. Άρχισαν να αναπτύσσονται από τη δεκαετία του 1980, με στόχο τη μείωση της αεροδυναμικής αντίστασης, αντικαθιστώντας τις διάφορες συμβατικές κεραίες που προβάλλουν από την επιφάνεια των αεροσκαφών. Η διαφορά φάσης μεταξύ των στοιχείων (τυπωμένων, διπόλων, χοανών, κ.τ.λ.) διαμορφώνεται ώστε οι εκπεμπόμενες/ λαμβανόμενες  κυματομορφές να φθάνουν συμφασικά σε ένα επίπεδο κάθετο προς την επιθυμητή κατεύθυνση του λοβού εκπομπής / λήψης. Λόγω της πολυπλοκότητας των υπολογισμών απαιτείται μεγάλη υπολογιστική ισχύς και στοιχεία ελέγχου φάσης υψηλής ακρίβειας και ταχύτητας. Καθώς μειώνεται το κόστος της απαιτούμενης επεξεργαστικής ισχύος, εξετάζεται το ενδεχόμενο χρήσης σύμμορφων διατάξεων και σε μη στρατιωτικές εφαρμογές, όπως κεραίες τρένων, αυτοκινήτων και σταθμών βάσης κινητής τηλεφωνίας, για εξοικονόμηση χώρου και επίσης για να γίνει η κεραία λιγότερο οπτικά παρεμβατική, ενσωματώνοντάς την σε υπάρχοντα αντικείμενα.

Σχήμα 5: Σύμμορφες διατάξεις (conformal arrays). Οι συγκεκριμένες στοιχειοκεραίες ακολουθούν τη γεωμετρία των μη επίπεδων επιφανειών, πάνω στις οποίες είναι διατεταγμένες. Μια τέτοια διάταξη πάνω στην άτρακτο ενός αεροσκάφους (skin antenna), συνήθως χρησιμοποιεί συστοιχίες τυπωμένων μικρολωρίδων (microstrip lines) ή δίπολων. Σε πλήρη ανάπτυξη, ένα τέτοιο σύστημα μπορεί να μετατρέψει ένα ολόκληρο αεροσκάφος σε μια τεράστια κεραία-αισθητήρα. Η αυξημένη ζήτηση για 3D ενεργά ραντάρ AESA είναι πιθανό να οδηγήσει στην ολοκλήρωση νέας γενιάς T/R modules πάνω στο ρύγχος ή στην άτρακτο του αεροσκάφους (smart skins). Ο περιορισμός των διαστάσεων, του βάρους και των ενεργειακών απαιτήσεων των νεότερων συστημάτων AESA επιτρέπει την εγκατάσταση σταθερών στοιχειοκεραιών περιμετρικά πάνω στα μαχητικά (καλύπτοντας 360°), επιτυγχάνοντας έτσι την έγκαιρη προειδοποίηση και στοχοποίηση.

Πίνακας 2: Σύγκριση χαρακτηριστικών μεταξύ επίπεδων και σύμμορφων στοιχειοκεραιών

ΠαράμετροςΕπίπεδη συστοιχίαΣύμμορφη συστοιχία
Ωριμότητα τεχνολογίαςΜεγάληΜεσαία
Εργαλεία ανάλυσηςΔιαθέσιμαΥπό ανάπτυξη
Έλεγχος δέσμηςΣυνήθως αρκεί μόνο η μεταβολή φάσηςΑπαιτείται η μεταβολή πλάτους και φάσης
ΠόλωσηΑπλή ή προτιμότερα διπλήΑπαιτείται έλεγχος πόλωσης, ιδιαίτερα για επιφάνειες διπλής καμπύλωσης
ΚέρδοςΜεγάλο, μειώνεται με την αύξηση της ταχύτητας σάρωσηςΕξαρτάται από το ακριβές σχήμα
Φασματικό εύροςΤυπικά 20%Είναι δυνατές μεγαλύτερες τιμές
Γωνιακή κάλυψηΠεριορίζεται σε ±60°Μεγαλύτερη γωνιακή κάλυψη που καλύπτει τον ημιχώρο
RCSΜεγάλη κατοπτρική τιμήΜικρότερη κατοπτρική τιμή
ΠλατφόρμεςΤο επίπεδο σχήμα αποτελεί περιοριστικό παράγονταΟλοκληρώνεται στο σχήμα της κατασκευής, δεν καταλαμβάνει επιπρόσθετο χώρο, βελτιώνει την αεροδυναμική.
ΡαδιοθόλοςΕισάγει φαινόμενα εκτροπής (aberration)Δεν χρησιμοποιείται συμβατικός ραδιοθόλος και δεν εισάγεται σφάλμα σκόπευσης
Τεχνολογία συσκευασίας ηλεκτρονικώνΠολλαπλών στρωμάτωνΠεριορίζεται σε περιπτώσεις επιφανειών απότομης καμπύλωσης

Επισημαίνεται ότι οι γραμμικές συστοιχίες (linear arrays) δεν παράγουν στενούς κατευθυντικούς κύριους λοβούς (pencil beams) και γι’ αυτό δεν συνηθίζονται σε εφαρμογές ραντάρ. Αντίθετα, οι επίπεδες συστοιχίες (planar arrays), μπορούν να παράγουν ευρείς λοβούς έρευνας (σχετικά μεγαλύτερου γωνιακού εύρους), ταυτόχρονα με πολλούς στενούς λοβούς παρακολούθησης/εγκλωβισμού που να καλύπτουν τον τρισδιάστατο χώρο. Για το λόγο αυτό, οι επίπεδες συστοιχίες πρακτικά συναντώνται στις περισσότερες εφαρμογές συστημάτων ραντάρ με στοιχειοκεραίες. Ωστόσο, η βασική αρχή λειτουργίας των επιπέδων και γραμμικών στοιχειοκεραιών είναι η ίδια. Χρησιμοποιώντας μια ή περισσότερες δύο διαστάσεων στοιχειοκεραίες (πάνελ), δηλαδή κεραίες στις οποίες τα στοιχεία είναι κατανεμημένα πάνω σε επίπεδες επιφάνειες, είναι δυνατό να προκύψουν πολύ στενοί λοβοί (pencil beams), οι οποίοι να εκτελούν τρισδιάστατη σάρωση με υψηλή διακριτικότητα (χωρική ανάλυση). Μια μεγάλη επίπεδη στοιχειοκεραία χιλιάδων στοιχείων, μπορεί να διαθέτει κύριο λοβό γωνιακού εύρους της τάξης 1°-2°, και επομένως είναι δυνατό να επιτυγχάνει εμβέλεια εκατοντάδων έως και μερικών χιλιάδων ναυτικών μιλίων. Η πόλωση του εκπεμπόμενου σήματος, μπορεί να είναι είτε γραμμική είτε κυκλική.

Σε όλες τις περιπτώσεις, η ηλεκτρονική στροφή του κύριου λοβού είναι ταχύτατη (σχεδόν ακαριαία) και μπορεί να εκτελείται στο ψηφιακό πεδίο με τη βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή, για την υποστήριξη λειτουργιών ραντάρ (έρευνας, παρακολούθησης, κτλ), επικοινωνιών και ηλεκτρονικού πολέμου (ηλεκτρονικών παρεμβολών, κ.τ.λ.). Οι επίπεδες κεραίες επιτυγχάνουν ηλεκτρονική κατεύθυνση/στροφή της δέσμης (electronic beam steering ή inertialess scanning) με τους μικρότερους δυνατούς πλευρικούς λοβούς, μέσα σε γωνιακό τομέα εύρους έως ±60°. Σε μεγαλύτερες γωνίες στροφής μειώνεται σημαντικά η ενεργή επιφάνεια της κεραίας (προβολή της επιφάνειας της κεραίας στο κάθετο επίπεδο προς τον άξονα του κύριου λοβού) και κατ’ επέκταση μειώνεται το επιτυγχανόμενο κέρδος. Μια γωνιακή απόκλιση λοβού στις 60° αντιστοιχεί σε υποδιπλασιασμό της ενεργής επιφάνειας της κεραίας, που γενικά θεωρείται ως το ελάχιστο όριο απόδοσης. Αυτό σημαίνει, ότι για μεγαλύτερη γωνιακή κάλυψη είτε απαιτούνται περισσότερες επίπεδες συστοιχίες, είτε εφαρμόζεται μηχανική μετατόπιση του άξονα της μιας και μοναδικής συστοιχίας.

Στις παθητικές στοιχειοκεραίες, η ηλεκτρονική κατεύθυνση της δέσμης (electronic steering) μπορεί να επιτευχθεί με διάφορες τεχνικές. Επιπρόσθετα, για την αποτελεσματικότερη καταπίεση των πλευρικών λοβών, συνήθως εφαρμόζεται κάποιο παράθυρο βαθμιαίας ζύγισης / εξασθένησης  (graduated attenuation window) των επιμέρους σημάτων.

Οι βασικότερες από τις εφαρμοζόμενες τεχνικές ηλεκτρονικής κατεύθυνσης της δέσμης είναι οι ακόλουθες:

  • Μεταβολή χρονικής καθυστέρησης (time delay steering/scanning ή delay & sum)

Στην περίπτωση αυτή, ο κύριος λοβός στρέφει προς την επιθυμητή κατεύθυνση, μεταβάλλοντας κατάλληλα τις χρονικές καθυστερήσεις μεταξύ των σημάτων που τροφοδοτούν (διεγείρουν) τα στοιχεία της κεραίας. Συγκεκριμένα, οι τιμές των χρονικών καθυστερήσεων είναι τέτοιες, ώστε τα σήματα που καταφθάνουν από κάποια κατεύθυνση να προστίθενται όλα μαζί συμφασικά μεταξύ τους (delay & sum). Η ίδια αρχή ισχύει και κατά την εκπομπή. Ο κύριος λοβός έχει πάντοτε κατεύθυνση κάθετη προς τα μέτωπα κύματος. Η χρονική καθυστέρηση τ, στη λήψη ή στην εκπομπή του κύματος μεταξύ δύο γειτονικών στοιχείων της κεραίας, είναι:

όπου,         θο η κατεύθυνση του κύριου λοβού εκπομπής ή λήψης (angular offset)

                  d oι αποστάσεις μεταξύ των γειτονικών στοιχείων της κεραίας

                  c η ταχύτητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο μέσο διάδοσης (ατμόσφαιρα)

Ένα δίκτυο τροφοδοσίας των επιμέρους στοιχείων της κεραίας, γνωστό ως πίνακας Butler, επιτρέπει τον ταυτόχρονο σχηματισμό πολλαπλών λοβών προς διαφορετικές κατευθύνσεις ή το σχηματισμό ενός λοβού που σαρώνει κάποιο γωνιακό τομέα (μορφοποίηση λοβών – beamforming). Αυτό, τυπικά αποτελεί διάταξη πίνακα n x n υβριδικών ζευκτών ισχύος και ολισθητών φάσης, όπου n είναι κάποια δύναμη του 2 και αντιστοιχεί στις εισόδους και εξόδους του δικτύου, στις οποίες είναι συνδεδεμένα n στοιχεία κεραίας. Η ιδέα προτάθηκε από τους J. Butler και R. Lowe, το 1961. Το πλεονέκτημα σε σχέση με άλλες μεθόδους σχηματισμού πολλαπλών λοβών, είναι η απλότητα του εξοπλισμού, που απαιτεί πολύ λιγότερους μετατοπιστές φάσης και μπορεί να εφαρμοσθεί σε microstrip πάνω σε πλακέτες τυπωμένου κυκλώματος, χαμηλού κόστους. Λόγω του σημαντικά αυξανόμενου μεγέθους, δύσκολα υλοποιούνται διατάξεις πινάκων μεγαλύτερες από 16×16.

Οι αντίστοιχες χρονικές καθυστερήσεις των σημάτων για τη στροφή της δέσμης είναι ευρέως φάσματος, ανεξάρτητες της συχνότητας και επιτυγχάνονται με κατάλληλες γραμμές χρονικής καθυστέρησης (time delay lines / units). Ωστόσο, η χρήση ομοαξονικών γραμμών, οφιοειδών κυματοδηγών (serpentine waveguide) ή άλλων μέσων χρονικής καθυστέρησης δεν είναι καθόλου πρακτική σε υψηλά επίπεδα ισχύος, λόγω αυξημένου κόστους, πολυπλοκότητας και βάρους. Επίσης, λόγω του υψηλού κόστους και των απωλειών σήματος, η εφαρμογή της μεθόδου αποφεύγεται στις παθητικές στοιχειοκεραίες ραντάρ PESA. Όμως, ακόμη και οι ενεργές σχεδιάσεις AESA, μπορεί να χρησιμοποιούν μεμονωμένες γραμμές καθυστέρησης που ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται ελεγχόμενα.

Σχήμα 6: Θεωρητική γραμμική στοιχειοκεραία, που χρησιμοποιεί μεταβολή χρονικής καθυστέρησης (time delay scanning ή delay & sum), για τη στροφή του σχηματιζόμενου κύριου λοβού. Κατά την εκπομπή, ο αθροιστής αντικαθίσταται από διαχωριστή του σήματος.
  • Μεταβολή / ολίσθηση φάσης (phase steering/scanning)

Αποτελεί τη συνηθέστερη τεχνική στροφής του κύριου λοβού σε συστήματα ραντάρ PESA. Στην περίπτωση αυτή, ο κύριος λοβός στρέφει προς την επιθυμητή κατεύθυνση, μεταβάλλοντας κατάλληλα τις φάσεις των σημάτων που τροφοδοτούν (διεγείρουν) τα στοιχεία της κεραίας. Συγκεκριμένα, οι τιμές των φασικών ολισθήσεων είναι τέτοιες, ώστε τα σήματα που καταφθάνουν από κάποια κατεύθυνση να προστίθενται όλα συμφασικά μεταξύ τους (η ίδια αρχή ισχύει και κατά την εκπομπή). Ο κύριος λοβός έχει πάντοτε κατεύθυνση κάθετη προς τα μέτωπα κύματος. Η διαφορά φάσης φ (σε radians), μεταξύ δύο γειτονικών στοιχείων της κεραίας, είναι εξαρτώμενη της συχνότητας και δίδεται από τη σχέση:

όπου,    θο η κατεύθυνση του κύριου λοβού εκπομπής ή λήψης (angular offset)

             d oι αποστάσεις μεταξύ των γειτονικών στοιχείων της κεραίας

             τ η χρονική καθυστέρηση στη λήψη ή εκπομπή του κύματος μεταξύ δύο γειτονικών στοιχείων

             c η ταχύτητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο μέσο διάδοσης (ατμόσφαιρα)

 Οι αντίστοιχες ολισθήσεις φάσης των σημάτων για τη στροφή της δέσμης, επιτυγχάνονται από κατάλληλα στοιχεία ολίσθησης ή μετατόπισης φάσης (phase shifters ή phasers), με υψηλό χρόνο απόκρισης. Τα συγκεκριμένα στοιχεία είναι εξαιρετικά σημαντικά για την ορθή λειτουργία των παθητικών στοιχειοκεραιών και μπορεί να είναι σχετικά υψηλού κόστους.

Σχήμα 7: Θεωρητική γραμμική στοιχειοκεραία, που χρησιμοποιεί ελεγχόμενη μεταβολή/ολίσθηση φάσης (phase scanning) για την επιθυμητή στροφή του σχηματιζόμενου κύριου λοβού. Κατά την εκπομπή, στη θέση του αθροιστή υπάρχει ένας διαχωριστής του σήματος.

Υπάρχουν πολλοί τύποι ολισθητών φάσης, οι οποίοι συναντώνται τόσο σε παθητικές (PESA) όσο και σε ενεργές (AESA) στοιχειοκεραίες, ενώ μπορούν να ομαδοποιηθούν σε διάφορες κατηγορίες, όπως πχ ενεργοί (παρέχουν κέρδος / ενίσχυση) και παθητικοί (εισάγουν απώλειες). Επίσης, διακρίνονται σε τύπου φερρίτη[11] (εξαιρετικά αξιόπιστοι, μικρότερης ταχύτητας μεταγωγής και ογκωδέστεροι), σε τύπου ημιαγωγών διόδων ή FET,[12] κτλ. Οι ημιαγωγοί διακόπτες, μπορούν επίσης να αντικατασταθούν από τα χαμηλότερου κόστους και κατανάλωσης μικροηλεκτρομηχανικά στοιχεία MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), μικρής όμως διακοπτικής ταχύτητας (10-100 μsec).

Οι λεγόμενοι αμφίδρομοι ολισθητές φάσης (reciprocal phase shifters) εισάγουν την ίδια μετατόπιση φάσης και προς τις δύο κατευθύνσεις, εκπομπής και λήψης, χωρίς να χρειάζεται κάποιος χρόνος μετάβασης μεταξύ των δύο λειτουργιών. Στους μη αμφίδρομους ολισθητές φάσης (non-reciprocal phase shifters)χρειάζεται κάποιος χρόνος μετάβασης μεταξύ των δύο λειτουργιών, πχ μερικών μsec για τους τύπου φερρίτη. Μέσα σε αυτό το χρόνο μετάβασης, δεν είναι δυνατή η ανίχνευση στόχων, γεγονός το οποίο δεν αποτελεί πρόβλημα για ραντάρ χαμηλής τιμής PRF ≈ 100-500 Hz (pulses per second), όμως αποτελεί σοβαρό πρόβλημα για ραντάρ υψηλής τιμής PRF, μερικών kHz και άνω.

Πίνακας 3: Συγκριτικά χαρακτηριστικά βασικών τύπων ολισθητών φάσης

ΧαρακτηριστικάΦερρίτεςΔίοδοι PINGaAs FET / MMIC
Απώλειες RF (insertion loss)Χαμηλές (0.5 – 1 dB / 360° @ X-band) Αυξάνονται άνω των 35 GHz (Ka-band)Μέσες (1 – 3 dB)Μεγάλες (5 – 10 dB) ~2 dB/bit @ Ka-band = 8 dB
Κατανάλωση ισχύος (dc)Υψηλή (απαιτούνται μεγάλα ρεύματα ελέγχου) ≈10 W (≈1 W if latching)Χαμηλή – μέση (<10 mW έως μερικές δεκάδες mA ή ~150 mW ανά ολισθητή)Πολύ χαμηλή (μερικά μΑ ή ~0.5 mW ανά ολισθητή)
Διακοπτική ταχύτητα απόκρισης (εκτέλεσης εντολών και ταχύτητα στροφής λοβών)Μικρή (χρόνος μετάβασης 10 μsec – 1 msec)Μέση – μεγάλη (40 nsec – 1 μsec)Μεγάλη, για χαμηλή ισχύ (<1 nsec)
Ισχύς (ανά ολισθητή)Πολύ υψηλή (kW)Μέση-χαμηλή  (δεκάδες W)Μέση-χαμηλή  (δεκάδες W)
Γραμμικότητα IMD intersect +35 έως +40 dBmIMD intersect +35 έως +40 dBm
Αναστρεψιμότητα (reciprocity)Μη αμφίδρομοι (τοροειδείς) Αμφίδρομοι (Faraday rotation)Αμφίδρομοι (reciprocal)Αμφίδρομοι (reciprocal / passive)
Μη αμφίδρομοι (ενεργοί διακόπτες)
ΚόστοςΥψηλόΧαμηλόΥψηλό (με πτωτική τάση)
Φυσικό μέγεθοςΜεγάλοΜικρόΜικρό (≈10 mm2 @ Ka-band)
ΒάροςΜεγάλοΜικρόΜικρό
Ανθεκτικότητα στην ακτινοβολίαΕξαιρετικήΧαμηλή, χωρίς τη λήψη μέτρωνΧαμηλή, χωρίς τη λήψη μέτρων
ΑξιοπιστίαΕξαιρετικήΙκανοποιητικήΙκανοποιητική
Παραδείγματα συστημάτων αναλογικού beamformingAegis SPY-1 (S-band) Patriot MPQ-53 (C-band) AN/APY-1/2 (E/F bands) JSTARS (X-band)AN/TPQ-37AN/APG-77 AN/APG-63(V)2/3 THAAD (X-Band) COBRA (G/H-band)

Από τις δεκαετίες 1960 και 1970, αλλά και για το διάστημα που ακολούθησε, σε εφαρμογές ραντάρ υψηλής ισχύος εκπομπής υπήρχε προτίμηση σε υψηλού κόστους ολισθητές φάσης τύπου φερρίτη, πχ NiFe2O4 ή Y3Fe5O12 (YIG – Yttrium Iron Garnet), μέσω των οποίων μπορούν να διέλθουν πολλές δεκάδες Watts, χωρίς να μεταβάλλονται σημαντικά τα χαρακτηριστικά λειτουργίας τους από θερμοκρασιακές μεταβολές (οι ολισθητές ημιαγωγών διοδων παρουσιάζουν μεγαλύτερη θερμοκρασιακή σταθερότητα λειτουργίας). Τα κεραμικά αυτά υλικά αποτελούν ηλεκτρικούς μονωτές με ισχυρές μαγνητικές ιδιότητες. Ειδικότερα, η διερχόμενη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία επηρεάζεται από την ένταση ενός εξωτερικά εφαρμοζόμενου dc μαγνητικού πεδίου, η οποία μεταβάλλει τη μαγνητική διαπερατότητα του υλικού προκαλώντας ελεγχόμενη ολίσθηση συχνότητας και κατ’ επέκταση μεταβολή της φασικής ταχύτητας (ελεγχόμενη στροφή του επιπέδου πόλωσης του διερχόμενου κύματος, λόγω του φαινομένου Faraday).

Οι αρχικές υλοποιήσεις ολισθητών φάσης φερρίτη ήταν τύπου κυματοδηγού (waveguide ferrite phase shifters), υψηλού κόστους. Νεότερες, χαμηλότερου κόστους και μικρότερου μεγέθους υλοποιήσεις χρησιμοποιούν επίπεδες μικρολωρίδες (planar microstrip ferrite phase shifters).

Στην περίπτωση των ημιαγωγών διόδων, η ιδιότητα που ενδιαφέρει είναι η μεταβολή της ωμικής τους αντίστασης ανάλογα με την εφαρμοζόμενη τάση πόλωσης. Με τον τρόπο αυτό, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ταχέως ελεγχόμενοι διακόπτες (πολύ ταχύτεροι των φερριτών) και σχετικά χαμηλών απωλειών. Οι ολισθητές φάσης τύπου διόδων επιλέγονται όταν οι απαιτήσεις ισχύος είναι μικρότερες (μερικά watts) και γι΄ αυτό χρησιμοποιούνται καθ’ ομάδες, πχ 6 – 8 διόδων ανά φασικό ολισθητή. Επίσης, προτιμώνται για συχνότητες από την L band ή χαμηλότερα, όπου οι ολισθητές φερρίτη παρουσιάζουν υψηλότερες απώλειες. Οι ημιαγωγές δίοδοι είναι κατάλληλες για χρήση σε μικρολωρίδες ή σε μονολιθικές υλοποιήσεις.

Σήμερα, υπάρχουν πολλές τοπολογίες ολισθητών φάσης ημιαγωγών, που χρησιμοποιούνται ως διακόπτες διόδων ή FET (κυρίως GaAs, αλλά επίσης SiGe και InP), μικρού μεγέθους και χαμηλής κατανάλωσης.

Μια ακόμη βασική διάκριση, είναι αυτή μεταξύ των ψηφιακών και των αναλογικών ολισθητών φάσης. Οι συνηθέστεροι είναι ψηφιακοί, επειδή είναι ανθεκτικότεροι στον εισαγόμενο θόρυβο και οι παραγόμενες μονάδες παρουσιάζουν περισσότερο ομοιόμορφες επιδόσεις.

Οι ψηφιακοί μετατοπιστές φάσης παρέχουν ένα διακριτό σύνολο καταστάσεων φάσης, οι οποίες ελέγχονται μέσω λογικών κυκλωμάτων TTL, από «δυαδικά ψηφία» (δύο καταστάσεων), ανάλυσης πχ Ν-bits (τυπικά 4 έως 8-bits), ρυθμίζοντας τη φάση σε 2Ν διακριτές τιμές, με βήματα των 360/2Ν μοιρών. Για παράδειγμα, ένα ψηφιακό σύστημα των 4-bits παρέχει 24=16 διακριτές τιμές ολίσθησης φάσης σε βήματα των 22.5° (πχ η παθητική διάταξη του παλαιότερου αντιαεροπορικού συστήματος Patriot), ενώ ένα ψηφιακό σύστημα των 6-bits παρέχει 26 = 64 τιμές ολίσθησης φάσης σε βήματα των 5.6° (πχ στο ναυτικό σύστημα SAMPSON). Οι ψηφιακοί ολισθητές ελέγχονται από ψηφιακά κυκλώματα και παρουσιάζουν χαμηλότερη τιμή κέρδους και μεγαλύτερους πλευρικούς λοβούς, συγκριτικά με ιδανικούς αναλογικούς ολισθητές. Όμως, οι πλευρικοί λοβοί και τα σφάλματα φάσης καταπιέζονται με τη χρήση ψηφιακών ολισθητών υψηλότερης ανάλυσης bits. Στην περίπτωση των στοιχειοκεραιών παθητικής σάρωσης (PESA), η αύξηση του πλήθους των bits, αυξάνει τις απώλειες σήματος που εισάγουν οι ολισθητές φάσης. Αυτό, δεν ισχύει στην περίπτωση των στοιχειοκεραιών ενεργής σάρωσης (AESA), όπου ο ολισθητής φάσης προηγείται της ενίσχυσης ισχύος κατά την εκπομπή, ενώ έπεται του ενισχυτή LNA κατά τη λήψη.

Σχήμα 8(α): Απλή, πρώιμη κυκλωματική διάταξη ψηφιακού φασικού ολισθητή (3-bit phase shifter), με δυνατότητα 23 = 8 διαφορετικών γωνιών φάσης μεταξύ 0º και 345º (ανά 45º), μέσω γραμμών καθυστέρησης (τυπωμένων μικρολωρίδων) και διακοπτικών διόδων (πχ διόδων PIN). Τα σήματα ελέγχου των διακοπτικών διόδων PIN αποτελούν κατάλληλες τάσεις πόλωσης.Εδώ, απεικονίζονται οι περιπτώσειςς τριών βασικών τιμών ολίσθησης φάσης 45º, 90º και 180º. Ένας κεντρικός υπολογιστής υπολογίζει την απαιτούμενη φασική ολίσθηση για κάθε στοιχείο εκπομπής και ελέγχει τον κατάλληλο συνδυασμό διακοπτών, για την επιλογή της επιθυμητής διαδρομής σήματος.

Οι αναλογικοί ολισθητές έχουν δυνατότητα συνεχόμενης μεταβολής της φάσης από 0° έως 360°. Μπορεί να υλοποιηθούν τόσο με φερρίτες, όσο και με χαμηλότερου κόστους εξαρτήματα, όπως μικρού μεγέθους διόδους μεταβαλλόμενης χωρητικότητας varactor. Αυτές, αποτελούν παραλλαγή των διόδων PIN, για χαμηλή ισχύ (1 W) και υψηλή διακοπτική ταχύτητα (~1 nsec), στις οποίες η ολίσθηση φάσης ρυθμίζεται από την εφαρμοζόμενη ηλεκτρική τάση dc. Παρόμοια χαρακτηριστικά παρουσιάζουν και οι φερροηλεκτρικοί πυκνωτές. Οι αναλογικοί ολισθητές μπορεί επίσης να υλοποιηθούν μέσω μη γραμμικών διηλεκτρικών / φερροηλεκτρικών, όπως το κεραμικό BST ή BaSrTiO3 (Barium-Strontium-Titanate) ή μέσω φερριτών, όπως ο γρανάτης σιδήρου υττρίου (YIG).

Σχήμα 8(β): Ψηφιακός ολισθητής φάσης διακοπτικών διόδων, ανάλυσης 4-bit. Στις υψηλότερες συχνότητες αυξάνονται οι απώλειες και η ικανότητα χειρισμού υψηλής ισχύος μειώνεται. Άνω της S-band μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη λήψη μετά τους ενισχυτές LNA, ενώ στην εκπομπή πριν από τον ενισχυτή ισχύος.
Σχήμα 8(γ): Ψηφιακός ολισθητής φάσης φερρίτη, μη αμφίδρομος, μέσα σε κυματοδηγό (latching ferrite), ανάλυσης 4-bits. Η χρήση τους συνηθίζεται σε διατάξεις που λειτουργούν στην S-band και άνω. Ένας παλμός ρεύματος οδηγεί τον τοροειδή φερρίτη κάθε bit, σε μαγνητικό κορεσμό, η μαγνήτιση του οποίου διατηρείται λόγω υστέρησης και μετά από την απομάκρυνση του παλμού, κλειδώνοντας το φερρίτη σε συγκεκριμένη φάση, πχ 22.5°, 45°, 90° ή 180°. Όταν εφαρμοσθεί παλμός ρεύματος αντίθετης κατεύθυνσης, τότε ο φερρίτης επιστρέφει στην αρχική φάση αναφοράς (0°).

Όσον αφορά στην αρχή λειτουργίας των ολισθητών φάσης διακοπτικών διόδων, υπάρχουν πολλές διαφορετικές κατηγορίες

  • Ολισθητές γραμμών καθυστέρησης (delay-switched lines / time delay units)

Αποτελούν τον απλούστερο τύπο ολισθητή, ευρέως φάσματος λειτουργίας (wideband), ο οποίος βασίζεται στη χρονική καθυστέρηση μετάδοσης του σήματος μέσω κάποιου συγκεκριμένου  / κατάλληλου μήκους γραμμής μεταφοράς (τυπωμένης μικρολωρίδας). Η επιθυμητή φασική ολίσθηση αντιστοιχεί στη χρονική καθυστέρηση που καθορίζεται από το φυσικό μήκος της γραμμής, τη συχνότητα του σήματος και τη φασική ταχύτητα του σήματος στο συγκεκριμένο μέσο μετάδοσης (γραμμή μεταφοράς). Ο έλεγχος της ολίσθησης φάσης διεξάγεται επιλέγοντας διαδρομή σήματος μεταξύ δύο ή περισσότερων διαφορετικών προκαθορισμένου μήκους γραμμών, πχ μέσω διακοπτικών διόδων.

Οι χρησιμοποιούμενοι διακόπτες των ψηφιακών υλοποιήσεων μπορεί να είναι μηχανικοί (ρελέ), δίοδοι PIN, FET (Field Effect Transistors) ή μικροηλεκτρομηχανικά στοιχεία MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). Οι δίοδοι PIN πλεονεκτούν λόγω της υψηλής διακοπτικής ταχύτητας, των χαμηλών απωλειών και των σχετικά απλών κυκλωμάτων πόλωσης, τα οποία μεταβάλλουν την ωμική τους αντίσταση από 1 Ω έως 10 kΩ.

Τα μειονεκτήματα των ολισθητών γραμμών καθυστέρησης είναι οι υψηλές απώλειες και το αυξανόμενο φασικό σφάλμα προς τις υψηλότερες συχνότητες, ενώ το φυσικό τους μέγεθός γίνεται ογκωδέστερο προς τις χαμηλότερες συχνότητες. Έτσι, η χρήση τους είναι προβληματική, τόσο στις πολύ χαμηλές όσο και στις πολύ υψηλές συχνότητες.

Σχήμα 9(β): Ψηφιακός ολισθητής φάσης διόδων, ανάλυσης 4-bit. Στις υψηλότερες συχνότητες αυξάνονται οι απώλειες και μειώνεται η ικανότητα χειρισμού υψηλής ισχύος. Άνω της S-band μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη λήψη μετά τους ενισχυτές LNA, ενώ στην εκπομπή πριν από τον ενισχυτή ισχύος.
Σχήμα 9(γ): Κάρτα κυκλώματος ψηφιακού ολισθητή φάσης, ανάλυσης 4-bits, με γραμμές καθυστέρησης του σήματος και αντίστοιχους διακόπτες διόδους PIN ταχείας απόκρισης. Η διάταξη παράγει 24 = 16 διαφορετικές γωνίες φάσης μεταξύ 0º και 335.5º, ανά 22.5º. Οι λεπτοί αγωγοί σε μορφή μαιάνδρου παρέχουν αυτεπαγωγές που λειτουργούν ως βαθυπερατά φίλτρα για τις 24 συνολικά απεικονιζόμενες διόδους PIN. Η ίδια κάρτα ολισθητή φάσης χρησιμοποιείται κατά την εκπομπή και τη λήψη (αμφίδρομα), οπότε στην είσοδο και στην έξοδο υπάρχουν αντίστοιχοι διακόπτες δίοδοι PIN για τη διακλάδωση των λειτουργιών.

Οι ολισθητές γραμμών καθυστέρησης (time delay lines) ομοιάζουν, αλλά δεν είναι ίδιοι με τους ολισθητές / μετατοπιστές φάσης (phase shifters). Παρέχουν συγκεκριμένη / προγραμματιζόμενη χρονική καθυστέρηση, χρησιμοποιώντας κάποια δομή πολλαπλών διαδρομών. Ένας μετατοπιστής φάσης, συνήθως παρέχει κάποια σταθερή διαφορά φάσης μεταξύ δύο καταστάσεων (επίπεδη απόκριση φάσης ως προς τη συχνότητα). Οι δύο καταστάσεις παρουσιάζουν μια πολύ μικρή διαφορά χρονικής καθυστέρησης, που αντιστοιχεί σε φυσικό μήκος διαδρομής μικρότερο του ενός μήκους κύματος λ. Οι μονάδες χρονικής καθυστέρησης εισάγουν φασική ολίσθηση που αντιστοιχεί σε πολλά μήκη κύματος (μετατοπισμένης φάσης) και η μετατόπιση φάσης είναι ιδανικά ακριβώς ανάλογη της συχνότητας, ώστε η διαφορά καθυστέρησης ομάδας μεταξύ των δύο καταστάσεων να είναι επίπεδη μέσα στο απαιτούμενο φασματικό εύρος. Επειδή οι φασικοί ολισθητές δεν παρέχουν την κατάλληλη χρονική καθυστέρηση σε κάθε στοιχείο, η κατεύθυνση του παραγόμενου λοβού παραμορφώνεται ως προς τη συχνότητα (φαινόμενο εκκεντρότητας δέσμης). Για να αντιμετωπισθεί το πρόβλημα χρησιμοποιούνται οι μονάδες χρονικής καθυστέρησης (πχ για στοιχειοκεραία διαμέτρου 1 m απαιτείται καθυστέρηση αρκετών nsec). Επίσης, για το μετριασμό και όχι την πλήρη εξάλειψη του προβλήματος, οι φασικοί ολισθητές (phase steering) μπορεί να χρησιμοποιούνται σε κάθε στοιχείο σε επίπεδο ομάδας / υποσυστοιχίας, ενώ οι μονάδες χρονικής καθυστέρησης (time delay steering) μεταξύ των διαφορετικών ομάδων της κεραίας.

Σχήμα 10:  Ανακλαστικοί ή ορθογώνιοι ολισθητές φάσης (quadrature couplers / splitters – 1 dB hybrids), σε μονολιθική κατασκευή MMIC.
  • Ανακλαστικοί / Ορθογώνιοι ολισθητές (reflective / quadrature phase shifter)

Περιλαμβάνουν έναν ορθογώνιο μικροκυματικό συζεύκτη (quadrature coupler/splitter), τυπικά 1 dB hybrid, που διαχωρίζει το σήμα εισόδου σε δύο σήματα με διαφορά φάσης 90°. Στη συνέχεια, τα σήματα αυτά ανακλώνται από ένα ζεύγος διακοπτικά ελεγχόμενων φορτίων (πχ πυκνωτών ή διόδων μεταβαλλόμενης χωρητικότητας / varactor), με ακριβώς τον ίδιο συντελεστή ανάκλασης (σε μέγεθος και φάση). Ακολούθως, το σήμα εξέρχεται με συνδυασμένη φάση. Επομένως, οι ολισθητές αυτού του τύπου εκμεταλλεύονται το φαινόμενο της ανάκλασης των σημάτων σε αγώγιμες γραμμές, το οποίο μπορεί να προκαλέσει αλλαγή φάσης του ανακλώμενου σήματος τάσης, από 0° (ανοικτό κύκλωμα – μηδενική χωρητικότητα varactor) έως -180° (κλειστό κύκλωμα – απειριζόμενη χωρητικότητα varactor). Οι εν λόγω ολισθητές θεωρούνται στενού φάσματος λειτουργίας (narrowband). Οι φυσικοί περιορισμοί των varactor επιτρέπουν πρακτικά μέγιστη φασική ολίσθηση έως και 160° (για μεγαλύτερη φασική ολίσθηση μπορούν να συνδυάζονται πολλοί ολισθητές μαζί). Σε υλοποιήσεις ψηφιακών ολισθητών χρησιμοποιούνται επιπρόσθετα ζεύγη διακοπτικά ελεγχόμενων διόδων, σε δυαδικά αυξανόμενα βήματα.

  • Ολισθητές φάσης διαμορφωτή I-Q (I-Q vector modulator)

Είναι παρόμοιοι με τους ανακλαστικούς/ορθογώνιους ολισθητές. Ειδικότερα, το RF σήμα εισόδου διαχωρίζεται από κάποιο 3 dB quadrature hybrid σε δύο ίσα μεταξύ τους σήματα, αλλά με διαφορά φάσης 90°. Το συμφασικό σήμα οδηγείται στο κανάλι Ι (In-phase), ενώ το σήμα με 90° διαφορά φάσης στο κανάλι Q (Quadrature). Στη συνέχεια, κάθε σήμα διέρχεται από ένα διαμορφωτή biphase (συνήθως είναι ένας μικρός ανακλαστικός ολισθητής), ο οποίος παρέχει ολίσθηση φάσης 0° ή 180°. Τέλος, τα δύο σήματα επανασυνδέονται από έναν in-phase combiner. Επειδή, η εξασθένηση και των δύο συνιστωσών I και Q μπορεί να είναι ελεγχόμενη, το παρεχόμενο σήμα εξόδου έχει και αυτό ελεγχόμενη φάση και πλάτος.

  • Ολισθητές διακοπτόμενων φίλτρων (high pass-low pass / switched filter phase shifter)

Διαθέτουν τη δυνατότητα παροχής σταθερής μετατόπισης φάσης σε μεγάλο φασματικό εύρος (wideband), γεγονός που δεν επιτυγχάνουν οι ολισθητές γραμμής καθυστέρησης. Η λειτουργία τους βασίζεται στη μεταβολή της διαδρομής του RF σήματος μεταξύ ενός υψιπερατού και ενός βαθυπερατού φίλτρου. Ομοιάζουν με ολισθητή χρονικής καθυστέρησης, στον οποίο οι γραμμές μεταφοράς έχουν αντικατασταθεί με παθητικά φίλτρα. Ένα βαθυπερατό φίλτρο αποτελείται από αυτεπαγωγές συνδεδεμένες σε σειρά και από πυκνωτές συνδεδεμένους παράλληλα, έτσι ώστε να εισάγεται η επιθυμητή ολίσθηση φάσης (καθυστέρηση) στο διερχόμενο σήμα. Ένα υψιπερατό φίλτρο αποτελείται από πυκνωτές συνδεδεμένους σε σειρά και από αυτεπαγωγές συνδεδεμένες παράλληλα, έτσι ώστε να εισάγεται ολίσθηση φάσης (προπορείας) στο διερχόμενο σήμα. Οι ολισθητές διακοπτόμενων φίλτρων παρέχουν πολύ σταθερή μετατόπιση φάσης εντός του εύρους λειτουργίας τους, ως προς τους ολισθητές γραμμής καθυστέρησης. Επίσης, διαθέτουν σημαντικά μικρότερο μέγεθος από ισοδύναμες διατάξεις γραμμών μεταφοράς, ανακλαστήρων και διαμορφωτών I-Q, και γι’ αυτό αποτελούν πολύ συνηθισμένη επιλογή στις παθητικές στοιχειοκεραίες ραντάρ με μικροκυματικά κυκλώματα MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuits).

Σχήμα 12: Ολισθητής φάσης διακοπτόμενων φίλτρων (βαθυπερατού-υψιπερατού).

Το φασματικό εύρος λειτουργίας μίας φασικής στοιχειοκεραίας εξαρτάται μεταξύ άλλων και από μια βασική σχεδιαστική επιλογή που αφορά στη διάταξη διανομής των σημάτων ελέγχου των ολισθητών φάσης. Αυτή, μπορεί γενικά να είναι είτε σειράς είτε παράλληλη. Στη διάταξη σειράς, οι ολισθητές φάσης είναι συνδεδεμένοι σε σειρά μεταξύ τους, οπότε η συνολική ταχύτητα απόκρισης της στοιχειοκεραίας είναι σχετικά χαμηλή, με περιορισμένο φασματικό εύρος λειτουργίας. Στην παράλληλη διάταξη, ο κάθε ολισθητής (ένας για κάθε στοιχείο ακτινοβολίας) ελέγχεται απευθείας, με αποτέλεσμα η ταχύτητα απόκρισης να είναι μεγαλύτερη, όπως επίσης και το φασματικό εύρος λειτουργίας. Μειονέκτημα στην περίπτωση αυτή, αποτελεί το μεγάλο πλήθος γραμμών ελέγχου. Συνήθως, στην πράξη χρησιμοποιούνται υβριδικές συνδεσμολογίες (συνδυασμοί σειράς και παράλληλης διάταξης).

Επίσης, το φασματικό εύρος λειτουργίας μίας φασικής στοιχειοκεραίας καθορίζεται και από την εξάρτηση της γωνίας φάσης από τη συχνότητα του σήματος. Οι ολισθητές φάσης εμφανίζουν σταθερή φάση μέσα σε σχετικά στενό φασματικό εύρος λειτουργίας, αφού συγκεκριμένη τιμή μετατόπισης φάσης έχει ως αποτέλεσμα διαφορετικές γωνίες κατεύθυνσης του λοβού για διαφορετικές συχνότητες. Το ανεπιθύμητο αυτό φαινόμενο ονομάζεται εκκεντρότητα δέσμης (beam squint),[13] η γωνία Δθ της οποίας, για στιγμιαία συχνότητα σήματος f, φέρουσα συχνότητα fo και γωνία κατεύθυνσης του κύριου λοβού θo μπορεί να υπολογιστεί κατά προσέγγιση από την ακόλουθη σχέση:

Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας την ανωτέρω σχέση, σε γωνία κατεύθυνσης του κύριου λοβού ±30° και για στιγμιαία συχνότητα λειτουργίας 2.9 GHz, με φέρουσα συχνότητα 3 GHz (στιγμιαίο εύρος μπάντας 100 MHz) υπολογίζουμε γωνία εκκεντρότητας Δθ ≈ 1.15°. Σε γωνία κατεύθυνσης του κύριου λοβού ±60° και για στιγμιαία συχνότητα λειτουργίας 2.9 GHz έχουμε Δθ ≈ 3.62°, ενώ για στιγμιαία συχνότητα  2.8 GHz έχουμε Δθ ≈  8.11°.

Το στιγμιαίο εύρος διέλευσης συχνοτήτων (bandwidth %) μιας στοιχειοκεραίας ολίσθησης / μετατόπισης φάσης υπολογίζεται από τον ακόλουθο κανόνα (κριτήριο):

Για παράδειγμα, σε μια θεωρητική στοιχειοκεραία που απαιτείται εύρος κύριου λοβού 1° στο 1.5 GHz (L-band) επιβάλλεται στιγμιαίο εύρος μπάντας 15 MHz (±7.5 MHz), δηλαδή 1% μεταβολή συχνότητας, χωρίς την εμφάνιση σημαντικών παραμορφώσεων. Χωρίζοντας τα στοιχεία της κεραίας σε ομάδες, μπορεί να επιτευχθεί μεγαλύτερο εύρος (πχ δεκαπλάσιο ή ακόμη μεγαλύτερο). Έτσι, μεταξύ των διαφορετικών ομάδων μπορεί να εφαρμόζεται χρονική καθυστέρηση (time delay steering), ενώ μεταξύ των στοιχείων κάθε ομάδας εφαρμόζεται φασική διαφορά (phase steering).

Παρά το μεγαλύτερο οικονομικό κόστος, βάρος και τις υψηλότερες απώλειες ισχύος, ορισμένες φορές προτιμώνται οι γραμμές καθυστέρησης, αντί των ολισθητών φάσης, λόγω της αναισθησίας που παρουσιάζουν οι πρώτες στις ανεπιθύμητες μεταβολές συχνότητας. Σήμερα, η επιλογή των γραμμών καθυστέρησης αποφεύγεται, αφού αποτελεί περισσότερο πολύπλοκη τεχνική, υψηλότερου κόστους και μεγαλύτερου βάρους, ως προς τη χρήση ολισθητών φάσης.

Τέλος, στις παθητικές στοιχειοκεραίες, οι λοβοί εκπομπής και λήψης βρίσκονται τυπικά σε διαγωνίως αντίθετα τεταρτημόρια. Το πρόσημο της φασικής ολίσθησης θα πρέπει να αναστρέφεται μετά την ολοκλήρωση του παλμού εκπομπής, πριν από την έναρξη της περιόδου λήψης, έτσι ώστε ο λοβός λήψης να σχηματίζεται στην ίδια θέση με το λοβό εκπομπής. Αυτό, απαιτεί ένα κρουστικό σήμα φάσης (phase impulse), που μειώνει τις επιδόσεις ανίχνευσης κινούμενων στόχων μέσα σε περιβάλλον ισχυρών παρασιτικών επιστροφών (sub-clutter visibility) των ραντάρ Doppler (CW) και παλμικών Doppler. Για παράδειγμα, η ολίσθηση φάσης του συνθετικού γρανάτη υττρίου-σιδήρου (YIG), θα πρέπει να μεταβάλλεται μετά από την παύση του παλμού εκπομπής και πριν από την έναρξη επεξεργασίας του δέκτη, ώστε να ευθυγραμμίζονται μεταξύ τους οι λοβοί εκπομπής και λήψης. Ο κρουστικός αυτός παλμός εισάγει θόρυβο φάσης (FM), που υποβαθμίζει τις επιδόσεις ανίχνευσης Doppler σε περιβάλλον clutter.

  • Μεταβολή / σάρωση συχνότητας (frequency steering/scanning)

Αποτελεί από τις απλούστερες και χαμηλότερου κόστους μεθόδους ηλεκτρονικής κατεύθυνσης του κύριου λοβού. Τα στοιχεία της κεραίας συνδέονται μεταξύ τους με σταθερά μήκη γραμμών μεταφοράς (ή κυματοδηγών), καθένα από τα οποία εισάγει συγκεκριμένη χρονική καθυστέρηση (διαφορά φάσης),[14] εξαρτώμενη όμως από τη συχνότητα του διερχόμενου σήματος εκπομπής (φέροντος) που τροφοδοτεί την κεραία, και η οποία μεταβάλλεται κατάλληλα. Με τον τρόπο αυτό, τελικά ο λοβός στρέφεται χωρίς να απαιτούνται ολισθητές φάσης. Η εφαρμογή της συγκεκριμένης τεχνικής είχε επικρατήσει σε παλαιότερες υλοποιήσεις ραντάρ έρευνας αέρος, λόγω του υψηλού κόστους και της χαμηλής αξιοπιστίας των πρωτοεμφανισθέντων στοιχείων ολίσθησης φάσης (phase shifters).

Για τη γραμμική στοιχειοκεραία σάρωσης συχνότητας του σχήματος 17(α), αποδεικνύεται ότι ισχύει:                                          

όπου,    θο είναι η γωνιακή κατεύθυνση του κύριου λοβού

            d είναι η απόσταση μεταξύ δύο γειτονικών στοιχείων της κεραίας

             l είναι το μήκος της γραμμής μεταφοράς που συνδέει μεταξύ τους τα δύο γειτονικά στοιχεία (συνήθως l > d)

             f είναι η συχνότητα του σήματος

             fo είναι η συχνότητα σήματος που αντιστοιχεί στο λοβό γωνιακής κατεύθυνσης θο = 0 (broadside)

Για f = fo έχουμε θο = 0, δηλαδή ο σχηματιζόμενος λοβός βρίσκεται στο εγκάρσιο (broadside). Όταν f < fo τότε έχουμε θο < 0, οπότε ο σχηματιζόμενος λοβός θα έχει κλίση προς την πλευρά τροφοδοσίας της συστοιχίας. Αντίθετα, όταν f > fo έχουμε θο > 0, και ο σχηματιζόμενος λοβός θα έχει κλίση προς την άλλη πλευρά.

Ο λόγος της μέγιστης (οριακής) γωνίας στροφής του κύριου λοβού, προς την αντίστοιχη μέγιστη σχετική/ποσοστιαία μεταβολή συχνότητας (εύρος συχνοτήτων), λέγεται λόγος αναδίπλωσης (wrap-up ratio/factor):

όπου,    Δf = ffo

Οι γραμμικές στοιχειοκεραίες σάρωσης συχνότητας, συνήθως εφαρμόζουν τροφοδοσία σειράς (σχήμα 17(α)) και όχι παράλληλη (σχήμα 17(β)), λόγω μεγαλύτερης απλότητας υλοποίησης.

Σχήμα 13: Γραμμική σχισμοσειρά, που εφαρμόζει σάρωση συχνότητας για την οριζόντια στροφή του σχηματιζόμενου λοβού. Ουσιαστικά, η μεταβολή της συχνότητας ισοδυναμεί με μεταβολή των αποστάσεων μεταξύ των γειτονικών σχισμών από την αρχική τους τιμή λgo/2, διαφοροποιώντας με τον τρόπο αυτό τη φάση του εκπεμπόμενου σήματος από τις σχισμές και εισάγοντας γωνιακή στροφή του παραγόμενου λοβού (squint error).

Η τεχνική της σάρωσης συχνότητας είναι ανθεκτικότερη στην υποκλοπή των παραμέτρων λειτουργίας του συστήματος και στις ηλεκτρονικές παρεμβολές (λόγω δυνατότητας μεταβολής της συχνότητας), συγκριτικά με την τεχνική της χρονικής καθυστέρησης. Επίσης, η μεταβολή της συχνότητας επιλύει το πρόβλημα των τυφλών ταχυτήτων των συστημάτων ΜΤΙ. Η σάρωση συχνότητας καταλαμβάνει μεγάλο εύρος συχνοτήτων εις βάρος της επιτυγχανόμενης ανάλυσης απόστασης (διακριτικότητας στόχων), γεγονός το οποίο απαιτεί για το δέκτη του ραντάρ είτε ακόμη μεγαλύτερο εύρος διέλευσης συχνοτήτων είτε στενότερο εύρος που θα ολισθαίνει μαζί με τη συχνότητα εκπομπής. Επίσης, όταν το χρησιμοποιούμενο εύρος συχνοτήτων είναι πολύ μεγάλο, αυτό μπορεί να απαιτεί πολύ μικρή απόσταση μεταξύ των στοιχείων (<λ/2), προκειμένου να αποφεύγεται το φαινόμενο σχηματισμού grating lobes (για την αποφυγή τους προτιμάται ο περιορισμός της γωνίας σάρωσης). Για πολλούς λόγους η μείωση της απόστασης μεταξύ των στοιχείων δεν μπορεί να είναι απεριόριστη, όπως πχ το φυσικό μέγεθος των στοιχείων, η αύξηση του κόστους κεραίας και η πιθανή εμφάνιση σύζευξης μεταξύ των γειτονικών στοιχείων, σε συχνότητες πλησίον του κάτω άκρου της μπάντας λειτουργίας. Με τη συγκεκριμένη τεχνική ηλεκτρονικής κατεύθυνσης, δεν εφαρμόζεται εύκολα συμπίεση παλμών (pulse compression) ούτε ευελιξία συχνότητας (frequency agility) από παλμό σε παλμό. Τελικά, η τεχνική της σάρωσης συχνότητας εφαρμόζεται σε σχετικά περιορισμένο φασματικό εύρος και σε μόνο μια γωνιακή διάσταση του χώρου (ενδεχόμενη εφαρμογή σε δύο γωνιακές διαστάσεις μειώνει περαιτέρω το φασματικό εύρος του σήματος). Η τεχνική σάρωσης συχνότητας δεν συναντάται σε εφαρμογές συστημάτων ηλεκτρονικού πολέμου.

Μια υλοποίηση που χρησιμοποιεί σχισμοσειρές και πολυπλεξία, για τον ταυτόχρονο σχηματισμό 9 στενών λοβών (pencil beams) σε διαφορετικές καθ’ ύψωση κατευθύνσεις, ανάλογα με την τιμή της συχνότητας εκπομπής, είναι η επίπεδη στοιχειοκεραία του ναυτικού τρισδιάστατου ραντάρ έρευνας αέρος AN/SPS-48F (σχήματα 14(α) και 14(β)). Η απόκτηση της διόπτευσης επιτυγχάνεται με μηχανική περιστροφή της κεραίας.

Στα τρισδιάστατα συστήματα σάρωσης συχνότητας, μείωση της συχνότητας σημαίνει κλίση του λοβού προς τα πάνω, ενώ αύξηση της συχνότητας σημαίνει κλίση του λοβού προς τα κάτω. Επειδή, η κίνηση του πλοίου-φορέα λόγω του κυματισμού επηρεάζει τη γωνιακή κατεύθυνση των λοβών, τα ναυτικά συστήματα δέχονται τις πληροφορίες προνευστασμού (pitch) και διατοιχισμού (roll) από τη γυροπυξίδα του πλοίου, έτσι ώστε να διορθώνουν συνεχώς τη (στιγμιαία) τιμή της εκπεμπόμενης συχνότητας (ηλεκτρονική στάθμιση).

Γενικά, τόσο για τις διατάξεις PESA, όσο και για τις AESA, υπάρχουν δύο διαφορετικοί τύποι μορφοποίησης λοβών στο πεδίο της συχνότητας (frequency domain beamformers):

α) Ταυτόχρονος δυναμικός σχηματισμός πολλαπλών λοβών. Εδώ, οι διαφορετικές συχνότητες του λαμβανόμενου σήματος διαχωρίζονται μέσω της εφαρμογής μετασχηματισμού Fourier (DFT) ή μέσω τράπεζας φίλτρων. Για κάθε συχνότητα εφαρμόζονται διαφορετικές χρονικές καθυστερήσεις (delay & sum beamformers), οπότε παράγονται ταυτόχρονα πολλοί διαφορετικοί λοβοί προς διαφορετικές κατευθύνσεις. Με τον τρόπο αυτό, υλοποιείται μια δυναμική στοιχειοκεραία, μεταβαλλόμενων φασικών ολισθητών για το κάθε στοιχείο, στρέφοντας τον κύριο λοβό ηλεκτρονικά, χωρίς την ανάγκη μηχανικής στροφής της κεραίας. Έτσι, ένας μοναδικός κύριος λοβός είναι δυνατό να παρακολουθεί πολλούς στόχους ταυτόχρονα. Για παράδειγμα, ένας κύριος λοβός γωνιακού εύρους 2⁰, με PRF = 1 kHz, χρειάζεται περίπου 8 sec για να καλύψει ένα ολόκληρο ημισφαίριο, αποτελούμενο από περίπου 8000 σημειακές θέσεις. Η συγκεκριμένη διαμόρφωση παρέχει 12 ευκαιρίες εντοπισμού στόχου κινούμενου με ταχύτητα 1000 m/sec (ή 3600 km/h), σε απόσταση έως 100 km (54 nm). Ταυτόχρονα, η μη προβλεψιμότητα της ηλεκτρονικής σάρωσης δυσκολεύει πολύ την επιτυχή εκτέλεση ηλεκτρονικών παρεμβολών από τον αντίπαλο.  Η τεχνική εφαρμόζεται στην κατακόρυφη σάρωση του ραντάρ AN/SPS-48, καθώς επίσης και σε εφαρμογές επικοινωνιακών ζεύξεων.

β) Ταυτόχρονος στατικός σχηματισμός πολλαπλών λοβών. Εδώ, για τη μορφοποίηση λοβών στο πεδίο της συχνότητας λαμβάνονται διακριτά δείγματα από τα στοιχεία της κεραίας, στα οποία εφαρμόζεται μετασχηματισμός DFT (στο πεδίο της χωρικής συχνότηταςspatial frequency). Ανάλογα με τις πολλαπλές, διαφορετικές εφαρμοζόμενες σταθερές φασικές ολισθήσεις, η έξοδος του DFT αντιστοιχεί σε πολλούς σταθερούς κύριους λοβούς που σχηματίζονται ταυτόχρονα προς διαφορετικές κατευθύνσεις, με χρήση σταθερών ολισθητών φάσης, υλοποιώντας έτσι μια στατική στοιχειοκεραία. Η γραμμική (μονοδιάστατη) κεραία αυτού του τύπου παράγει πολλούς διαφορετικούς, σταθερούς λοβούς μορφής βεντάλιας (fan beams), ενώ η δισδιάστατη (επίπεδη) κεραία παράγει διάγραμμα λοβών μορφής ανανά (pineapple). Σε τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές (ραδιοφωνικοί και τηλεοπτικοί πομποί), οι κεραίες αυτές συνήθως αποτελούν γραμμικές διατάξεις δίπολων στοιχείων (collinear antenna arrays), ενώ σε εφαρμογές ραντάρ είναι συνήθως επίπεδες, μηχανικά περιστρεφόμενες. Ο τύπος αυτός, διακρίνεται περαιτέρω σε δύο κατηγορίες:

  1. Πολλαπλών συχνοτήτων με γραμμή καθυστέρησης (Multiple frequencies with a delay-line). Το μηχανικά περιστρεφόμενης κεραίας ραντάρ AN/SPS-48 χρησιμοποιεί πολλαπλές συχνότητες εκπομπής, με οφιοειδή γραμμή καθυστέρησης κατά μήκος της αριστερής πλευράς της συστοιχίας, ώστε να παράγει μια κατακόρυφη στοίβα λοβών. Κάθε συχνότητα, καθώς διαδίδεται μέσα στην οφιοειδή γραμμή καθυστέρησης υφίσταται διαφορετική φασική ολίσθηση, σχηματίζοντας έτσι διαφορετικό λοβό. Μια τράπεζα φίλτρων διαχωρίζει το σήμα των λαμβανόμενων λοβών από διαφορετικές κατευθύνσεις.
  2. Πολλαπλών γειτονικών κύριων λοβών (Multiple adjacent beams). Συναντάται σε μονοπαλμικά ραντάρ  ημιενεργής κατεύθυνσης, με στατικές στοιχειοκεραίες που παράγουν πολλαπλούς γειτονικούς λοβούς, για τη μέτρηση γωνιακών σφαλμάτων. Παράδειγμα αποτελούν οι υλοποιήσεις RF ερευνητών (RF seekers) κατευθυνόμενων βλημάτων.

Για την οδήγηση (σύζευξη) του σήματος σε μια παθητική στοιχειοκεραία υπάρχουν διάφορα συστήματα τροφοδοσίας (feed networks), τα κυριότερα από τα οποία είναι τα ακόλουθα:

  • Με τη χρήση οπτικών στοιχείων τροφοδοσίας (space ή optical feeds), όπου το σήμα εκπέμπεται από κάποιο κύριο/πρωτεύον στοιχείο τροφοδοσίας και στη συνέχεια διαδίδεται μέχρι τα επί μέρους στοιχεία της κεραίας, ως κύμα μέσω του αέρα ή κάποιου διηλεκτρικού, διερχόμενο από τους ολισθητές φάσης. Εδώ, υπάρχουν δύο δυνατότητες υλοποίησης, η μια της ανακλαστικής και η άλλη της φακοειδούς στοιχειοκεραίας.[15] Στην πρώτη περίπτωση (της ανακλαστικής στοιχειοκεραίας), το εκπεμπόμενο κύμα διέρχεται δύο φορές από τους ολισθητές φάσης, ενώ στη δεύτερη περίπτωση (της φακοειδούς στοιχειοκεραίας) διέρχεται μόνο μια φορά. Στην ανακλαστική στοιχειοκεραία, το κύριο στοιχείο τροφοδοσίας βρίσκεται τοποθετημένο υπό γωνία (offset) ως προς τον άξονα της κεραίας, έτσι ώστε να αποφεύγονται οι απευθείας αντανακλάσεις από την οπίσθια ανακλαστική της πλευρά. Οι υλοποιήσεις αυτές αποτελούν τη χαμηλότερου κόστους επιλογή και δεν είναι κατάλληλες για συστήματα υψηλής ισχύος. Η χρήση οπτικών στοιχείων τροφοδοσίας έχει προτιμηθεί σε εφαρμογές ευαίσθητες στο βάρος, σε ανώτερες μπάντες λειτουργίας, όπως πχ σε ραντάρ μετακινούμενων συστοιχιών πυραύλων ξηράς, σε αντίθεση με το ναυτικό σύστημα Aegis και τα ραντάρ άμυνας εναντίον βαλλιστικών πυραύλων (BMD), χαμηλότερης φασματικής μπάντας, που χρησιμοποιούν δίκτυα τροφοδοσίας.
Σχήμα 16(α): Διάταξη ανακλαστικής παθητικής στοιχειοκεραίας (reflective array), που οδηγείται με ελεγχόμενα οπτικά στοιχεία τροφοδοσίας (space, radiation ή optical feeds), για το σχηματισμό λοβών προς την επιθυμητή κατεύθυνση. Μια παρόμοια διάταξη οπτικών στοιχείων τροφοδοσίας εφαρμόσθηκε στο σοβιετικό S-band διπλής όψης (Janus) ραντάρ επιτήρησης 64N6 Big Bird (S-300V / SA-12), καθώς και στο αντίστοιχο ραντάρ που αναπτύχθηκε για το μεταγενέστερο S-300PMU-1/2 (SA-20A /B Gargoyle), αλλά και για το ακόμη νεότερο S-400 Triumf / SA-21 Growler.
Σχήμα 16(γ): Διάταξη φακοειδούς παθητικής στοιχειοκεραίας (refractive array), που οδηγείται με ελεγχόμενα οπτικά στοιχεία τροφοδοσίας (space, radiation ή optical feeds), για το σχηματισμό λοβών προς την επιθυμητή κατεύθυνση. Παράδειγμα αποτελεί το παλαιότερο ραντάρ MPQ-53 του αντιαεροπορικού συστήματος Patriot. Τα σοβιετικής εποχής Χ-band ραντάρ 5N63 / 30N6 Flap Lid (S-300PT / SA-10 Grumble) και 9S32 Grill Pan (S-300V / SA-12 Giant / Gladiator) χρησιμοποιούν παρόμοιες διατάξεις παθητικών οπτικών στοιχείων τροφοδοσίας. Tα σοβιετικά σχέδια χαρακτηρίζονται από μια περίτεχνη διάταξη κόρνας μονοπαλμικής τροφοδοσίας, τοποθετημένη πίσω από ένα συγκρότημα φακών. Παρόμοια διάταξη οπτικών στοιχείων τροφοδοσίας εφαρμόσθηκε στο σοβιετικό X-band ραντάρ απόκτησης 9S19 Imbir/High Screen ABM, που αναπτύχθηκε για το σύστημα S-300V / SA-12 Giant / Gladiator.
  • Με τη χρήση δικτύου τροφοδοσίας (constrained feeds), όπου το απαιτούμενο σήμα διοχετεύεται (διανέμεται) κατάλληλα στα στοιχεία της κεραίας, από διαφορετικά κανάλια, μέσω κυματοδηγών ή άλλου τύπου γραμμών μεταφοράς. Υπάρχουν δύο μέθοδοι υλοποίησης, μέσω τροφοδοσίας σειράς (series feed) και μέσω παράλληλης τροφοδοσίας (parallel ή corporate feed). Στην πρώτη περίπτωση, η στροφή του κύριου λοβού βασίζεται στη μεταβολή συχνότητας, μέσω ενός και μοναδικού σήματος ελέγχου. Στη δεύτερη περίπτωση, απαιτείται η παράλληλη χρήση διακλαδωτήρων ισχύος, ενώ κάθε ολισθητής φάσης ελέγχεται από ανεξάρτητο σήμα ελέγχου, παρέχοντας μεγαλύτερο φασματικό εύρος και ευελιξία στη λειτουργία της διάταξης.
Σχήμα 17(α): Σύστημα οδήγησης (τροφοδοσίας) γραμμικής στοιχειοκεραίας παθητικής σάρωσης συχνότητας, μέσω ομοαξονικών γραμμών ή κυματοδηγών (πχ AN/SPS-48), για το σχηματισμό λοβών με δίκτυο στοιχείων σειριακής τροφοδοσίας (constrained series feed). Η απλότητα της υλοποίησης παρέχει τη δυνατότητα στροφής του κύριου λοβού μόνο σε ένα επίπεδο (τυπικά στο κατακόρυφο). Η απεικονιζόμενη τοπολογία τροφοδοσίας άκρου (end feed) παρουσιάζει περιορισμένο φασματικό εύρος λειτουργίας, σε σχέση με την τοπολογία κεντρικής τροφοδοσίας (center feed).
Σχήμα 17(β): Σύστημα οδήγησης (τροφοδοσίας) παθητικής στοιχειοκεραίας, επίπεδης (πάνω) και γραμμικής (κάτω), μέσω ομοαξονικών γραμμών ή κυματοδηγών, για το σχηματισμό λοβών με δίκτυο στοιχείων παράλληλης τροφοδοσίας (constrained parallel/corporate feed). Ο μεγάλος αριθμός ολισθητών φάσης, ένας για κάθε στοιχείο ακτινοβολίας, παρέχει τη δυνατότητα στροφής του κύριου λοβού προς οποιαδήποτε κατεύθυνση (σε δύο ή σε ένα επίπεδα, αντίστοιχα). Επίσης, η συγκεκριμένη τοπολογία επιτρέπει τη δυνατότητα τροφοδοσίας είτε μεμονωμένων στοιχείων είτε υποσυστοιχιών (subarrays).

Στο σχήμα 18 απεικονίζονται κάποιες γενικευμένες μορφές αρχιτεκτονικών παθητικών στοιχειοκεραιών (PESA), αναλογικού σχηματισμού λοβών.

Σχήμα 18(α): H αρχιτεκτονική αναλογικών γραμμών πραγματικής χρονικής καθυστέρησης (true time delay) κατά τη λήψη (RF beamforming), είναι ευρείας φασματικής μπάντας λειτουργίας. Η χρονική καθυστέρηση του κάθε σήματος υλοποιείται στο στάδιο RF. Ακολουθεί η αναλογική άθροιση των επιμέρους RF σημάτων και ο υποβιβασμός της συνισταμένης στη συχνότητα IF ή στη βασική μπάντα (baseband). Η διάταξη δεν χρησιμοποιεί πολλαπλούς τοπικούς ταλαντωτές, οι οποίοι χρειάζονται συγχρονισμό. Είναι περιορισμένης φασικής ανάλυσης και ακρίβειας, αφού παρουσιάζει φαινόμενο μετατροπής των μεταβολών πλάτους σε μη επιθυμητή φασική απόκλιση (AM-to-PM conversion).

Σχήμα 18(β): Η αρχιτεκτονική αναλογικών ολισθητών φάσης LO (LO phase shifting) κατά τη λήψη, είναι στενού φασματικού εύρους λειτουργίας και υψηλότερου κόστους. Χρησιμοποιεί πολλούς τοπικούς ταλαντωτές σταθερού πλάτους, υψηλότερης φασικής ανάλυσης, με περιορισμένο φαινόμενο μετατροπής των μεταβολών πλάτους σε μη επιθυμητή φασική απόκλιση (AM-to-PM conversion). Το βασικό πλεονέκτημα, ως προς την προηγούμενη αρχιτεκτονική, είναι ότι απώλειες, μη γραμμικότητα και επίπεδο θορύβου των ολισθητών φάσης, δεν επηρεάζουν απευθείας τις επιδόσεις του συστήματος λήψης. Επίσης, επειδή η άθροιση των σημάτων διεξάγεται μετά τους μίκτες, η εντός μπάντας ενδοδιαμόρφωση είναι ισχυρότερη. Το άνω όριο του δυναμικού εύρους του κάθε μίκτη, θα πρέπει να είναι αρκετά υψηλό ώστε να αντέχει τυχόν ισχυρές παρεμβολές.
Σχήμα 18(γ): Η αρχιτεκτονική αναλογικών ολισθητών φάσης IF (IF phase shifting) κατά τη λήψη (IF beamforming), είναι στενού φασματικού εύρους λειτουργίας. Η ολίσθηση φάσης υλοποιείται στο στάδιο ενδιάμεσης συχνότητας IF (υψηλότερης πολυπλοκότητας και κόστους, αλλά ανώτερης ακρίβειας από τους ολισθητές RF). Ακολουθεί η αναλογική άθροιση των επιμέρους σημάτων IF και ο υποβιβασμός της συνισταμένης στη βασική μπάντα (baseband).

     

Πίνακας 4: Σύγκριση στοιχείων ακτινοβολίας επίπεδων ενεργών & παθητικών στοιχειοκεραιών

* TSA: Vivaldi ήTapered Slot Antenna

Σχήμα 20(α): Στοιχεία εκπομπής/λήψης παθητικών στοιχειοκεραιών, διαφόρων τύπων.

Πίνακας 5: Σύγκριση στοιχείων ακτινοβολίας ενεργών στοιχειοκεραιών

Τύπος στοιχείουΚέρδος Εύρος δέσμης
στο επίπεδο Ε
Εύρος δέσμης
στο επίπεδο Η
Επιδόσεις σάρωσης
Microstrip Patchχαμηλό90°75°χαμηλές
Microstrip Dipoleυψηλό90°54°ικανοποιητικές
Printed Dipoleυψηλό60°-70°110°-130°ικανοποιητικές
Notch Radiatorυψηλό90°69.5°ικανοποιητικές
Σχήμα 21(α): Εγκατάσταση της παθητικής στοιχειοκεραίας C–band ή NATO G-band (5.25 – 5.75 GHz) του παλμικού Doppler ραντάρ AN/MPQ-53 (PAC-2) του συστήματος ΜΙΜ-104 Patriot των Lockheed Martin και Raytheon. Η κεραία τροφοδοτείται από λυχνία TWT, διαθέτει κυκλική ενεργή επιφάνεια διαμέτρου 2.44 m, με στοιχεία ακτινοβολίας τύπου κυματοδηγών, ενώ χρησιμοποιεί άνω των 5000 μη αμφίδρομους ψηφιακούς ολισθητές φάσης τύπου φερρίτη, των 4-bits. Οι βελτιωμένες εκδόσεις PAC-3 (Patriot Advanced Capability) χρησιμοποιούν το αυξημένης εμβέλειας ραντάρ AN/MPQ-65 (NATO G/H-band), με δύο λυχνίες TWT (για περισσότερες δυνατότητες έρευνας, εντοπισμού και παρακολούθησης), σε αποστάσεις άνω των 100 km (μπορεί να επεξεργάζεται ταυτόχρονα 100 στόχους και να παρακολουθεί εννέα).
Σχήμα 21(β): Νεότερη αναβάθμιση του ΜΙΜ-104 Patriot αποτελούν το PAC-3 MSE (Missile Segment Enhancement) όσον αφορά στα βλήματα και το PDB8 (Post-Deployment Build 8) όσον αφορά στο ραντάρ AN/MPQ-65A(AESA, GaN), με 30% μεγαλύτερη εμβέλεια, πολλαπλάσια ταχύτητα επεξεργασίας δεδομένων και αυξημένη αξιοπιστία. Ιστορικά, το αντιαεροπορικό σύστημα Patriot αντικατέστησε τα παλαιότερα Nike Hercules και MIM-23 Hawk, ενώ το ίδιο αντικαθίσταται από το σύστημα ενεργών στοιχειοκεραιών MEADS (Medium Extended Air Defense System). Η πλήρης αντικατάσταση προβλέπεται να γίνει από το AESA (GaN) σύστημα GhostEye / LTAΜDS (Lower Tier Air and Missile Defense Sensor).

Η πιο εξελιγμένη έκδοση του αντιαεροπορικού και τακτικού αντιβαλλιστικού συστήματος MIM-104 Patriot PAC-3, μπορεί να χρησιμοποιηθεί εναντίον τακτικού επιπέδου βαλλιστικών πυραύλων μικρού βεληνεκούς SRBM (Short Range Ballistic Missiles) και υπερηχητικών αεροσκαφών. Πολλές χώρες βασίζονται σε αυτό, ως το κύριο σύστημα πυραυλικής άμυνας (Ιαπωνία, Νότια Κορέα, Ταϊβάν, χώρες της Μέσης Ανατολής και χώρες του ΝΑΤΟ). Οι ΗΠΑ δεν αναπτύσσουν το Patriot στο έδαφός τους. Το σύστημα αυτό, έχει αναχαιτίσει βαλλιστικούς πυραύλους μικρού βεληνεκούς (Ιρανικής προέλευσης) των Houthi της Υεμένης, αλλά συχνά πολύ αργά για να τους εμποδίσει να προσκρούσουν στους στόχους ή κοντά σε αυτούς. Το συγκεκριμένο σύστημα φαίνεται να στερείται δυνατότητας διάκρισης μεταξύ πυραυλικού σώματος και πυραυλικής κεφαλής, ενώ έχει πρόβλημα αντιμετώπισης μεγαλύτερων και πιο σύνθετων απειλών.

Σχήμα 21(γ): Οι μονάδες του συστήματος Patriot PAC-3 (αριστερά) και τα διαδοχικά στάδια πτήσης του βλήματος (δεξιά). Οι προκλήσεις που αντιμετωπίζουν σύγχρονα συστήματα αφορούν στην αντιμετώπιση σύνθετων επιθέσεων, τόσο από βαλλιστικούς πυραύλους, όσο και από πυραύλους cruise και drones. Η αυξανόμενη χρήση μικρών drones και πυραύλων cruise με χαμηλό ίχνος έχει διαπιστωθεί στην πράξη ότι συχνά ανατρέπει τα αμυντικά συστήματα, αφού είναι δύσκολα ανιχνεύσιμα. Η πορεία που ακολουθούν αποτελεί ένα ακόμη πρόβλημα, αφού αλλάζουν κατεύθυνση πετώντας σε χαμηλά ύψη, υπερβαίνοντας τα συστήματα που διαθέτουν ραντάρ χωρίς ικανότητα περιφερειακής κάλυψης.

Το αντιβαλλιστικό, αερομεταφερόμενο σύστημα THAAD (Terminal High Altitude Area Defense), πρώην “Theater High Altitude Area Defense” έχει αναπτυχθεί στη Νότια Κορέα, στη Σαουδική Αραβία, στα ΗΑΕ, στο Γκουάμ, στο Ισραήλ και στη Ρουμανία. Υπάρχει επίσης μια μονάδα THAAD, στη Χαβάη. Το σύστημα χρησιμοποιεί υπερ-υπερηχητικούς πυραύλους στερεών καυσίμων ενός σταδίου, μέγιστης ταχύτητας Mach 8.2. Ο επιχειρησιακός φάκελος των βλημάτων THAAD είναι διαβαθμισμένος, αλλά εκτιμάται ότι καλύπτει δυνατότητα αναχαίτισης σε αποστάσεις έως 200 km και σε ύψη έως 150 km, δηλαδή στην έξω-ατμόσφαιρα (ύψη <100 km θεωρούνται ενδο-ατμόσφαιρα). Το σύστημα τελικής καθοδήγησης των πυραύλων βασίζεται σε θερμικό ερευνητή τεχνολογίας IIR (InSb). O πύραυλος ανήκει στην κατηγορία hit-to-kill (με κινηματική κεφαλή),[16] αλλά πολλές από τις δοκιμές THAAD σε περίπλοκα σενάρια κατά το παρελθόν, έχουν αποτύχει. Ο χρησιμοποιούμενοι πύραυλοι δεν έχουν σχεδιαστεί να αναχαιτίζουν εξελιγμένες πυραυλικές απειλές και περιορίζονται στην αναχαίτιση βαλλιστικών βλημάτων SBM (Short Range Ballistic Missiles), MRBM (Medium Range Ballistic Missiles) και IRBM (Intermediate Range Ballistic Missiles), όπως πχ πυραύλους τύπου Scud, μόνον κατά τη δύσκολα αντιμετωπίσιμη τερματική φάση, όταν δηλαδή εισέρχονται από υψηλές τροχιές

Οι ΗΠΑ, μετά από την απόσυρσή τους, το 2002 από την “Anti-Ballistic Missile Treaty” του 1972, ανέπτυξαν στο έδαφός τους, το χερσαίο σύστημα αντιβαλλιστικής προστασίας GMD (Ground-Based Midcourse Defense), εγκατεστημένο στην Αλάσκα[17] και στην Καλιφόρνια, που μεταξύ των άλλων περιλαμβάνει τα βλήματα GBI (Ground Based midcourse Interceptor), για την αντιμετώπιση της απειλής των διηπειρωτικών πυραύλων ICBM (όπως πχ των ρωσικών Satan II και των κινεζικών DF-41). Ακόμη, το GMD ενσωματώνει τα X-Band ενεργής σάρωσης ραντάρ SBX-1 και ΑΝ/TPY-2, όπως επίσης τα UHF ενεργής σάρωσης AN/FPS-132 UEWR (Upgraded Early Warning Radar), σε Αλάσκα, Καλιφόρνια, Cape Cod, UK και Γροιλανδία (πρώην συστήματα PAVE PAWS και BMEWS).

Ωστόσο, η καταστροφή βαλλιστικών πυραύλων και ιδιαίτερα των πιο εξελιγμένων ICBM, παρά τις προβλέψιμες[18] τροχιές τους (οι οποίες μπορεί να φθάνουν σε ύψη έως 1400 – 2000 km), δεν είναι καθόλου εύκολη υπόθεση, για το οποιοδήποτε σύστημα. Ένας εξελιγμένος ICBM, μπορεί να μεταφέρει πολλαπλές (έως και 10) κεφαλές MIRV (Multiple Independently Targetable Reentry Vehicle),[19] ακόμη και δολώματα (decoys) εξαπάτησης, ενώ στην καθοδική του τροχιά κινείται με υψηλή υπερηχητική ταχύτητα (5-7 km/sec).[20] Οι πολλαπλές κεφαλές, μπορεί να κινούνται εναντίον ανεξάρτητων στόχων, με βίαιους ελιγμούς, πρακτικά μη ανασχέσιμους στην καθοδική φάση. Η πιθανότητα κατάρριψης ενός μόνο στόχου από ένα πύραυλο αναχαίτισης GBI είναι μόλις 56%, ενώ χρειάζονται τέσσερις πύραυλοι για να επιτευχθεί υψηλή πιθανότητα εξουδετέρωσης 97%. Επίσης, η αναγνώριση και αντιμετώπιση των δολωμάτων χρειάζεται εξειδικευμένους αισθητήρες και τεχνολογία (NGINext Generation Interceptor).

Σχήμα 24: Τα βρετανικά πυρηνικά υποβρύχια Vanguard είναι εξοπλισμένα με πυραύλους Trident D5, ο καθένας από τους οποίους μεταφέρει όχημα MIRV, που περιλαμβάνει έως και 12 πυρηνικές κεφαλές.

Οι ισραηλινοί εξωατμοσφαιρικοί, υπερ-υπερηχτικής ταχύτητας (hypersonic) αντιβαλλιστικοί πύραυλοι Arrow 3 έχουν σχεδιαστεί για την αντιμετώπιση βαλλιστικών πυραύλων, ακόμη και της κατηγορίας ICBM. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν και για την κατάρριψη τεχνητών δορυφόρων. Είναι πολύ μικρότεροι και πιο συμπαγείς από τους αντίστοιχους αμερικανικούς GBI, ενώ επιπρόσθετα διαθέτουν διανυσματικό έλεγχο ώσης TVC (Thrust Vector Control). Έχουν εμβέλεια 2400 km, δηλαδή μικρότερη από τους GBI. Αποτελούν βλήματα απευθείας σύγκρουσης (hit-to-kill), όπως και οι GBI. Διαθέτουνkill vehicle με κινητήρα που βοηθά σε δραστικές αλλαγές κατεύθυνσης. Τα βλήματα Arrow 3 συνεργάζονται με το ραντάρ AN/TPY-2, όπως και τα GBI. Οι υπό ανάπτυξη πύραυλοι Arrow 4 φέρεται ότι θα αντιμετωπίζουν αποτελεσματικότερα συστήματα MIRV, όπως επίσης υπερ-υπερηχητικές απειλές βλημάτων cruise και οχημάτων διολίσθησης / ανεμοπορίας HGV (Hypersonic Glide Vehicles).

3. Παραδείγματα συστημάτων PESA

Το AN/SPY-1 της Lockheed Martin (πρώην Raytheon/RCA) αποτελεί το κεντρικό ραντάρ πολλαπλών λειτουργιών, με παθητικής σάρωσης στοιχειοκεραίες (PESA), των παλαιών καταδρομικών και πολλών αντιτορπιλικών του αμερικανικού ναυτικού, τα οποία φέρουν το σύστημα μάχης Aegis. Το ραντάρ αυτό, χρησιμοποιείται για την 3D έρευνα αέρος, την αυτόματη ανίχνευση, παρακολούθηση εκατοντάδων στόχων (αέρος και επιφανείας) και τη διάκριση αυτών (αεροσκάφη, κατευθυνόμενα βλήματα cruise, βαλλιστικοί πύραυλοι, κτλ), καθώς και για την ενδιάμεση καθοδήγηση των ημιενεργής κατεύθυνσης βλημάτων ESSM, SM-2 και των αντιβαλλιστικών SM-3.[22] Οι πιο εξελιγμένες εκδόσεις του εν λόγω ραντάρ, πέραν της άμυνας περιοχής και της προστασίας ναυτικών δυνάμεων παρέχουν επίσης δεδομένα έγκαιρης διάκρισης και παρακολούθησης πυραύλων για την αντιβαλλιστική άμυνα των ΗΠΑ.  Λειτουργεί στην S-band ή ΝΑΤΟ F-band (3.1 – 3.5 GHz / λ = 8.6 – 9.7 cm) και περιλαμβάνει 4 σταθερές, οκταγωνικές κεραίες, η κάθε μια από τις οποίες καλύπτει τομέα οριζόντιου εύρους περί τις 100°, με επικάλυψη μεταξύ των γειτονικών τομέων.

Ιστορικά, η υπό απόσυρση έκδοση ΑΝ/SPY-1A απετέλεσε το παλαιότερο ναυτικό μονοπαλμικό σύστημα ραντάρ με πάνελ στοιχειοκεραιών, το οποίο προέρχεται από την εποχή του ψυχρού πολέμου και τέθηκε σε υπηρεσία το 1983. [23] Η ανάπτυξή του άρχισε από τη δεκαετία του 1970 και εγκαταστάθηκε στα πρώτα 12 καταδρομικά τύπου USS Ticonderoga (CG-47). Περιλαμβάνει 4 ανεξάρτητες σταθερές επίπεδες κεραίες (ύψους 3.84 m και πλάτους 3.67 m), με περίπλοκο δίκτυο τροφοδοσίας κυματοδηγών κατανομής του σήματος, τοποθετημένες υπό κλίση 15° ως προς το κατακόρυφο. Η κάθε στοιχειοκεραία καλύπτει αζιμουθιακό τομέα 110° (μερικώς επικαλυπτόμενο από τις γειτονικές της), ενώ περιλαμβάνει 4480 στοιχεία ακτινοβολίας και μη αμφίδρομους ολισθητές (μετατοπιστές) φάσης τύπου φερρίτη, οργανωμένα σε 148 ομάδες (array modules). Κάθε ομάδα περιλαμβάνει έως και 32 στοιχεία ακτινοβολίας και αντίστοιχους ολισθητές φάσης. Ειδικότερα, οι ομάδες (array modules) στην παλαιά αυτή έκδοση του ραντάρ είναι οργανωμένες σε υποσυστοιχίες (subarrays): 32 ζεύγη υποσυστοιχιών εκπομπής (συνολικά 128 στοιχείων το ζεύγος) και 68 υποσυστοιχίες λήψης (των 64 στοιχείων η κάθε μια). Έτσι, 4096 στοιχεία χρησιμοποιούνται για εκπομπή, 4352 για λήψη, ενώ υπάρχουν ακόμη 128 πρόσθετα (εφεδρικά). Οι συστοιχίες εκπομπής οδηγούνται από πομπό με 32 CFAs (Cross Field Amplifiers),[24] συνδεδεμένων παράλληλα, καθένας από τους οποίους παράγει τουλάχιστον 132 kW ισχύ κορυφής. Ως αποτέλεσμα επιτυγχάνεται συνολική ισχύς κορυφής >4.2 MW, ενώ η μέση ισχύς είναι 32 kW. Υπάρχουν δύο πομποί, ο καθένας από τους οποίους πολυπλέκεται μεταξύ των δύο στοιχειοκεραιών (πάνελ), σε κάθε μια από τις δύο υπερκατασκευές (πρωραία και πρυμναία). Αρχικά, το SPY-1Α ελεγχόταν από ομάδα mil-spec υπολογιστών AN/UYK-7 (32-bits) και AN/UYK-20 (16-bits) της Univac/Unisys (Aegis Baseline 0/1/2), περί τα 8 MIPS συνολικά, τεχνολογίας της δεκαετίας του 1970. Σε αναβαθμίσεις που ακολούθησαν, οι υπολογιστές αντικαταστάθηκαν με πολύ ισχυρότερο εξοπλισμό COTS, χωρίς όμως καθόλου δυνατότητες αντιβαλλιστικής άμυνας. Για τη μείωση των ψευδών συναγερμών από σμήνη πτηνών ή εντόμων, αλλά και των παρασιτικών επιστροφών της ξηράς, ο χειριστής μπορεί να ρυθμίσει/διαμορφώσει κατάλληλα το προφίλ ευαισθησίας του συστήματος, ανάλογα με τον τομέα επιτήρησης. Ο δείκτης θορύβου (noise figure) του SPY-1A είναι περί τα 4.25 dB = 2.66.

Σχήμα 25: Σύγκριση ολισθητών φάσης τύπου φερρίτη (S-band) του συστήματος SPY-1A (κάτω) και του SPY-1B (πάνω).

Η επόμενη έκδοση AN/SPY-1B (από το USS Princeton CG-59 και για όλα τα υπόλοιπα, συνολικά 15 καταδρομικά) υιοθετήθηκε η τεχνολογία VLSI της δεκαετίας του 1980, γεγονός που βελτίωσε τις επιδόσεις, ενώ μείωσε τον όγκο/βάρος και το κόστος του συστήματος (Aegis Baseline 3/4/5/6, με 32/16-bits υπολογιστές AN/UYK-43/44, περί τα 20-30 MIPS συνολικά). Σε επόμενες αναβαθμίσεις που ακολούθησαν, αντικαταστάθηκαν οι υπολογιστές με πολύ ισχυρότερους COTS. Η αναβαθμισμένη έκδοση SPY-1B(V), που μάλλον είναι και η μοναδική στα εναπομείνανατα καταδρομικά, διαθέτει επίσης ικανότητα MTI και κάποιες αντιβαλλιστικές δυνατότητες (Aegis Baseline 9A). Κάθε κεραία, ύψους 4.06 m και πλάτους 3.94 m (εντελώς διαφορετική από του SPY-1A) χρησιμοποιεί δίκτυο στοιχείων τροφοδοσίας (constrained feeds). Περιλαμβάνει συνολικά 4.350 στοιχεία ακτινοβολίας, τα οποία υποδιαιρούνται σε 2175 υποσυστοιχίες των δύο στοιχείων (για την αποφυγή ανεπιθύμητων λοβών κβάντισης), καθώς επίσης και κεραία ακύρωσης πλευρικών λοβών. Ταυτόχρονα, οι παλαιότεροι ολισθητές (μετατοπιστές) φάσης των 4-bits (ή 5-bits κατά άλλες αναφορές) αντικαταστάθηκαν από ελαφρύτερους και μικρότερου μεγέθους των 6-bits (ή 7-bits κατά άλλες αναφορές). Το σφάλμα φασικής μετατόπισης μειώθηκε, από ≤5.8° rms στο SPY-1A, σε ≤2.1° rms στο SPY-1B. Όλα αυτά μαζί, σε συνδυασμό με τις αυστηρότερες κατασκευαστικές ανοχές, επέτυχαν μεγάλη καταπίεση των πλευρικών λοβών (κατά 15 dB επιπλέον) και εξαφάνιση τυχόν ανεπιθύμητων πολλαπλών λοβών αντιγράφων (grating lobes) μέσα στους τομείς σάρωσης. Το SPY-1B χρησιμοποιεί 11 μικροεπεξεργαστές των 16-bit. Παρουσιάζει βελτιωμένη ικανότητα αντιμετώπισης των λεγόμενων κατευθυνόμενων βλημάτων απότομης καθόδου (high-steep divers), χρησιμοποιώντας περισσότερη ενέργεια σε λοβούς μεγαλύτερης ύψωσης και μεγαλύτερης διάρκειας παλμούς. Το SPY-1B διαθέτει παλμική ισχύ (κορυφής) 4 – 6 MWatts (μέση ισχύς περί τα 58 kW). Η σχεδόν διπλάσια μέση ισχύς, ως προς το SPY-1A, οφείλεται στις νεότερες λυχνίες CFA[25] με διπλάσιο κύκλο λειτουργίας (duty cycle), χωρίς να μεταβάλλεται ουσιαστικά η ισχύς κορυφής. Κάθε ζεύγος κεραιών τροφοδοτείται από κοινό πομπό (όχι ταυτόχρονα), για τη δημιουργία κάθε φορά ενός και μοναδικού λοβού εκπομπής. Τα παραγόμενα μήκη παλμού είναι 6.4, 12.7, 25 και 51 μsec, με λόγο συμπίεσης παλμών 128. Οι τιμές αυτές, έχουν αυξηθεί σημαντικά σε επόμενες αναβαθμίσεις, ιδιαιτερα όσον αφορά στην έκδοση αντιβαλλιστικής άμυνας (BMD).

Ακολούθησε η έκδοση AN/SPY-1D, η οποία φέρεται από τα πρώτα 40 αμερικάνικα αντιτορπιλικά Arleigh Burke (Flight I / ΙΙ και πρώτες εκδόσεις ΙΙΑ), την Ιαπωνική κλάση τεσσάρων αντιτορπιλικών Kongō-class, καθώς επίσης και τις Ισπανικές φρεγάτες κλάσης Álvaro de Bazán (F-101 έως και  F-104). [26] Ομοιάζει πολύ με το SPY-1B, με σημαντική διαφορά, ως προς τις παλαιότερες εκδόσεις SPY-1Α/Β των καταδρομικών, ότι διαθέτει 4 στοιχειοκεραίες πάνω στο κύριο κατάστρωμα (μειονέκτημα μικρότερου ραδιορίζοντα), οι οποίες τροφοδοτούνται όλες από κοινό πομπό, όχι ταυτόχρονα, γεγονός που σημαίνει ότι κάθε φορά υπάρχει ένας και μοναδικός λοβός εκπομπής. Σε κάθε κεραία υπάρχουν από 4350 στοιχεία/ολισθητές φάσης (2175 ομάδες των δύο στοιχείων είτε για εκπομπή είτε για λήψη). Μια τέτοια κεραία έχει γεωμετρική διαγώνιο σχεδόν 4 m (3.65 m x 3.65 m) και χρησιμοποιεί δίκτυο στοιχείων τροφοδοσίας (constrained feeds). Τα στοιχεία των κεραιών ελέγχονται από ομάδα 32/16-bits mil-spec υπολογιστών AN/UYK-43/44 (Aegis Baseline 4/5/6, περί τα 772 MIPS συνολικά). Σε αναβαθμίσεις που ακολούθησαν, οι υπολογιστές αντικαταστάθηκαν με πολύ ισχυρότερους COTS (Aegis Baseline 9C), με δυνατότητες αντιβαλλιστικής άμυνας.[27] Οι στοιχειοκεραίες του συστήματος παράγουν εκατοντάδες λοβούς ανά δευτερόλεπτο, επιτρέποντας σχεδόν ταυτόχρονα έρευνα χώρου και ορίζοντα (volume & horizon search), παρακολούθηση έως και 800 στόχων επιφανείας και αέρος ή 200 ανά κεραία (σε ύψη έως 120 kft και ονομαστική εμβέλεια 200 – 250 nm για υψηλά ιπτάμενους στόχους), καθώς επίσης και ζεύξεις για την ενδιάμεση καθοδήγηση των βλημάτων σε πτήση (missile uplink/downlink), απευθείας μέσω των στοιχειοκεραιών, χωρίς την ανάγκη χρήσης ανεξάρτητων κεραιών για το σκοπό αυτό. Ο ρυθμός ανανέωσης του ίχνους ενός στόχου (track update) κυμαίνεται από 0.1 έως 10 Hz, για ολόκληρη την οικογένεια των ραντάρ SPY-1 (duty cycle 1/100 ή 0.01 ή 1%) .

Η χρησιμοποιούμενη ζύγιση (windowing) των στοιχείων κάθε κεραίας είναι η ορθογώνια (uniform) κατά την εκπομπή, ενώ κατά τη λήψη εφαρμόζονται οι κατανομές Taylor και modified Bayliss. Το τυπικό γωνιακό εύρος ενός λοβού εκπομπής/λήψης είναι 1.7°x1.7° (κέρδος κεραίας G ≈ 0.87 (4πA/λ2) ≈15800 ή 42 dB, με A =12 m2 και λ = 9.1 cm). 

Σχήμα 26(β): Συνοπτική απεικόνιση της οικογένειας των συστημάτων AN/SPY-1 της Lockheed Martin.[28] Το σύστημα συγκεντρώνει την εκπεμπόμενη ενέργεια εκεί που κάθε φορά χρειάζεται περισσότερο, ενισχύοντας την απόσταση εντοπισμού και την ανάλυση, χωρίς όμως να διακόπτεται η έρευνα και στους υπόλοιπους τομείς. Η ευαισθησία του συστήματος μεταβάλλεται ανάλογα με την απειλή (RCS, κ.τ.λ.), το γεωγραφικό περιβάλλον και την τακτική κατάσταση. Ο απαιτούμενος χρόνος αντίδρασης από τον πρώτο εντοπισμό, την αναγνώριση του στόχου, τον εγκλωβισμό του, την επιλογή του βέλτιστου τρόπου αντιμετώπισης, μέχρι τη μετάδοση των στοιχείων βολής και την εκτόξευση του πρώτου βλήματος, μπορεί θεωρητικά να είναι μικρότερος από 10 sec. Όταν το σύστημα δέχεται ταυτόχρονη επίθεση μερικών βλημάτων, σε συνδυασμό με τη χρήση κάποιων decoys, τότε ο περιορισμός του ρυθμού βολής των εκτοξευτήρων αποτελεί κρίσιμη παράμετρο. Στην περίπτωση βολής salvo, τα βλήματα από τον ίδιο κατακόρυφο εκτοξευτήρα Mk-41 VLS μπορούν να βάλλονται ανά χρονικά διαστήματα μερικών δευτερολέπτων. Επίσης, η απαιτούμενη κατάδειξη κάθε στόχου από ανεξάρτητους κατευθυντήρες φωτισμού (καταύγασης) διαρκεί ελάχιστο χρονικό διάστημα μερικών δευτερολέπτων, λίγο πριν από την αναχαίτιση.

Οι αρχικές εκδόσεις των ραντάρ AN/SPY-1 λειτουργούσαν σε φασματικό εύρος εκπομπής 10 MHz, με στιγμιαίο εύρος 40 MHz. Σταδιακά, το εύρος αυξήθηκε στα 400 MHz (wideband BMD signal processor), επιτυγχάνοντας ανάλυση απόστασης 0.5-1 m και ικανότητα σχηματισμού 2D ειδώλων ISAR. Το εύρος των 400 MHz φαίνεται ότι καλύπτεται από 10 κυματομορφές των 40 MHz, που αναπηδούν στην περιοχή 3.1 – 3.5 GHz.

Το SPY-1D διαθέτει παλμική ισχύ (κορυφής) 4 – 6 MWatts (μέση ισχύς περί τα 58 kW). Σύμφωνα με κάποια αναφορά, η μέση εκπεμπόμενη ισχύς από ένα πάνελ είναι 485 kW·m2. Θεωρώντας ενεργή επιφάνεια κεραίας 12 m2, η μέση εκπεμπόμενη ισχύς υπολογίζεται σε >40 kW.

Σχήμα 26(γ): Δομικό διάγραμμα του τρισδιάστατου συστήματος SPY-1F (Frigate), της Lockheed Martin, εγκατεστημένου επί των Νορβηγικών φρεγατών κλάσης Fridtjof Nansen. Η κάθε μια από τις τέσσερις επίπεδες στοιχειοκεραίες του συστήματος (διαμέτρου 2.44 m) περιλαμβάνει 1856 στοιχεία/ολισθητές φάσης και το σύστημα επιτυγχάνει το 54% της εμβέλειας του SPY-1D. Το τυπικό γωνιακό εύρος ενός λοβού λήψης είναι 2.8°. Ο πομπός διαθέτει τέσσερις λυχνίες TWT (RF amplifiers), 150 kW η κάθε μια (συνολικά 600 kW peak ή 24 kW μέση ισχύς). Λειτουργεί στην S-band (3.1-3.5 GHz) όπως δηλαδή τα προηγούμενα μοντέλα και είναι frequency agile (για μείωση του clutter, κτλ). Παρέχει δυνατότητα επικοινωνίας (S-band uplink/downlink) για την ενδιάμεση καθοδήγηση των βλημάτων SM-2 και ESSM της Raytheon. Στην τελική φάση καθοδήγησης χρησιμοποιούνται οι ανεξάρτητοι κατευθυντήρες CW φωτισμού Mk-89 (NATO I-band).

H βελτιωμένων επιδόσεων σε παράκτια ύδατα έκδοση AN/SPY-1D(V) φέρεται από τα νεότερα από το DDG 91 (Flight IIA) αμερικάνικα αντιτορπιλικά, τα Ιαπωνικής κλάσης Atago και Maya, τα Νοτιο-Κορεάτικης κλάσης Sejong the Great (KDX-III), την Ισπανική φρεγάτα F-105 και την Αυστραλέζικη κλάση τριών αντιτορπιλικών Hobart. Το σύστημα ελέγχεται από υπολογιστές COTS (Aegis Baseline 7/8/9/9C). Διαθέτει αναβαθμισμένο επεξεργαστή «track initiation» και εφαρμόζει επεξεργασία κωδικοποιημένων κυματομορφών, για βελτιωμένες επιδόσεις εναντίον χαμηλά ιπτάμενων στόχων μικρού RCS, μέσα σε παράκτιο περιβάλλον ισχυρών παρασιτικών επιστροφών (βελτιωμένη απόρριψη clutter και λειτουργία MTD/MTI) και υπό την παρουσία ηλεκτρονικών παρεμβολών. Γενικά, η διαμόρφωση του συστήματος για την αποφυγή των πολλών ψευδών συναγερμών πάνω από ξηρές, δυσκολεύει την έγκαιρη αναγνώριση και παρακολούθηση των χαμηλά ιπτάμενων στόχων κινούμενων με υψηλές ταχύτητες. Οι κεραίες δεν έχουν σημαντικές διαφορές ως προς την έκδοση SPY-1D, όμως η μέση ισχύς εκπομπής είναι αυξημένη κατά τουλάχιστον 33% (φθάνει τα 77-80 kW), λόγω του αντίστοιχα αυξημένου κύκλου λειτουργίας των χρησιμοποιούμενων CFA (βελτιωμένης ψύξης).[29] Περιλαμβάνει δύο μονάδες πομπών, ο καθένας με 32 CFA, συνδεδεμένων μεταξύ τους παράλληλα. Έτσι, έχει προστεθεί δυνατότητα ταυτόχρονης εκπομπής διπλού λοβού (προς δύο αντίθετες κατευθύνσεις).

Σχήμα 27(α):   Οι πέντε διακριτές φάσεις πτήσης ενός ημιενεργής κατεύθυνσης αντιαεροπορικού βλήματος SM-2 ή ESSM. Οι ψηφιακές επικοινωνιακές ζεύξεις του βλήματος παρέχουν τα απαραίτητα δεδομένα για μια αποδοτική πτήση προς το σημείο αναχαίτισης PIP (Predicted Intercept Point). Η τροχιά μπορεί να υπολογιστεί είτε από την αδρανειακή μονάδα καθοδήγησης του βλήματος, με βάση τα λαμβανόμενα δεδομένα της ανοδικής ζεύξης (uplink) είτε από τον υπολογιστή καθοδήγησης του πλοίου και ακολούθως να σταλεί στο βλήμα μέσω της ανοδικής ζεύξης (διαμόρφωσης FSK). Η καθοδική ζεύξη (downlink), όταν αυτή υπάρχει (διαμόρφωσης PPM), αποστέλλει δεδομένα που αφορούν στην κατάσταση του βλήματος.

Το σύστημα μάχης Aegis, το οποίο έχει στον πυρήνα του το ραντάρ AN/SPY-1 διεξάγει την αρχική και την ενδιάμεση καθοδήγηση (command guidance) πολλών κατευθυνόμενων βλημάτων (έως 18 SM-2MR ή 6 ESSM), σχεδόν ταυτόχρονα.[30] Παράλληλα, συνεργάζεται με έως και τέσσερα ανεξάρτητα συστήματα AN/SPG-62 ή Mk-99 της Raytheon/RCA (NATO I/J band, 10 kW CW, εμβέλειας ~300 km) για το σύντομο ‘φωτισμό’ των στόχων (τυπικής διάρκειας 5 sec) κατά την τελική / τερματική φάση καθοδήγησης (terminal guidance) των ημιενεργής κατεύθυνσης βλημάτων.

Σχήμα 27(β): Τα συστήματα ψηφιακής επικοινωνιακής ζεύξης του κατευθυνόμενου βλήματος SM-2, στις μπάντες X και S. Η πιο πρόσφατη επικοινωνιακή ανοδική και καθοδική ζεύξη στη μπάντα X εφαρμόζεται σε νεότερα συστήματα ραντάρ, όπως πχ το AN/SPY-3 (Zumwalt), διαμόρφωσης MSK (Minimum Shift Keying), για υψηλό βαθμό απόδοσης και αποφυγή των παρεμβολών μεταξύ διαφορετικών βλημάτων γειτονικών καναλιών.

Τα αντιαεροπορικά βλήματα SM-2MR/ER Block IIIA/B/C, μήκους 4.72 m (ER 8 m),[31] διαμέτρου 34 cm και βάρους 707 kg (ER 1350 kg) έχουν μέγιστη ταχύτητα Mach 3.5, οροφή 24.4 km, εμβέλεια 74-167 km ή 40-90 nm (ER 120-185 km ή 65-100 nm). Τα Block IIIΑ είναι αποκλειστικά ημιενεργής κατεύθυνσης. Σήμερα, η συνηθέστερη χρησιμοποιούμενη έκδοση είναι το SM-2MR Block IIIB, το οποίο διαθέτει τερματική καθοδήγηση dual seeker. Αυτό σημαίνει, ότι πέραν του κλασσικού ημιενεργού SARH φέρει επίσης ένα πλευρικά τοποθετημένο υπέρυθρο αισθητήρα IR (προερχόμενο από το βλήμα ΑΙΜ-7R Sparrow που δεν προχώρησε ποτέ σε στάδιο παραγωγής), για την αύξηση της αντοχής σε περιβάλλον έντονων ηλεκτρονικών αντιμέτρων (ECM), αλλά και βελτίωσης του Pkill, ακόμη και εναντίον στόχων με μικρό ηλεκτρομαγνητικό ίχνος (RCS). Το Block IIIC διαθέτει τερματική καθοδήγηση ενεργού ερευνητή RF, παρόμοιο με των υψηλότερων επιδόσεων βλήματος SM-6 ERAM με ενδοατμοσφαιρικές αντιβαλλιστικές δυνατότητες (προερχόμενο από τον αντίστοιχο ερευνητή του βλήματος αέρος-αέρος AIM-120 AMRAAM). Το SM-6 διατηρεί τη δυνατότητα ημιενεργής τερματικής καθοδήγησης. Βέβαια, η δυνατότητα της ενεργής καθοδήγησης επιτρέπει την αποτελεσματικότερη εμπλοκή σε μεγάλες αποστάσεις και χαμηλά ύψη πέραν του ορίζοντα, όπου δεν είναι δυνατή η καταύγαση του στόχου. Όμως, λόγω του πολύ υψηλού κόστους, το SM-6 δεν μπορεί να αντικαταστήσει πλήρως το φόρτο των SM-2. Επίσης, υπάρχουν πολλοί στόχοι (stealth, κατευθυνόμενα βλήματα, κτλ), οι οποίοι δεν εντοπίζονται πολύ μακριά, μέχρι δηλαδή να βρεθούν στο βεληνεκές μικρότερης εμβέλειας βλημάτων.

Η σειρά ραντάρ AN/SPY-1, με το σύστημα μάχης Aegis, έχει εξελιχθεί από την περίοδο του ψυχρού πολέμου, σε μια προσπάθεια αντιμετώπισης μεταξύ άλλων και κάποιων παλαιών σοβιετικών βλημάτων “high steep divers”, όπως πχ τα φερόμενα από βομβαρδιστικά αεροσκάφη (Tu-22, κτλ), βλήματα Kh-15 Raduga (μέγιστης ταχύτητας Mach 5, μέγιστο ύψος 130.000 ft) και Kh-22 (μέγιστης ταχύτητας Mach 4.6, μέγιστο ύψος 89.000 ft).

Όμως, τα σημερινά υπέρ-υπερηχητικά (hypersonic) βλήματα cruise, με πυραυλοκινητήρα booster για την αρχική ώθηση και στη συνέχεια κινητήρα scramjet χωρίς καθόλου κινούμενα μέρη, ίπτανται σε ύψη 20 – 30 km με ταχύτητες άνω των Mach 5.0 και αποτελούν σοβαρή πρόκληση για τις ναυτικές και χερσαίες δυνάμεις. Τα εν λόγω βλήματα, κατά την τερματική τους φάση συνήθως εφαρμόζουν εντελώς παθητική καθοδήγηση. Παραδείγματα αποτελούν τα (Mach 10) βλήματα εναντίον πλοίων επιφανείαςDF-21D (βαλλιστικό βλήμα, εμβέλειας 810 nm, με ερευνητή RF και οπτικό αισθητήρα τερματικής κατεύθυνσης) και Kh-47M2 Kinzhal (ALBM με πρόωση πυραυλοκινητήρα και οπτικό αισθητήρα τερματικής κατεύθυνσης). Το HAWC (Hypersonic Airbreathing Weapon Concept) της DARPA, αποτελεί hypersonic βλήμα scramjet μεγάλου βεληνεκούς (Mach 5.0), χωρίς καθόλου εκρηκτική κεφαλή, ο οποίος βάλλεται από αεροσκάφη B-52H, με έναυση booster που επιταχύνει το βλήμα μέχρι να αποκτήσει την ελάχιστη απαιτούμενη ταχύτητα για να λειτουργήσει ο κινητήρας scramjet.  

Από την άλλη, τα οχήματα διολίσθησης / ανεμοπορίας HGV (Hypersonic Glide Vehicles) εκτοξεύονται / απελευθερώνονται από βαλλιστικούς πυραύλους, στην ανώτερη ατμόσφαιρα σε μεγαλύτερα ύψη 40 – 100+ km, πολύ χαμηλότερα των βαλλιστικών πυραύλων. Καθώς κατέρχονται στην ατμόσφαιρα, τα HGV εκμεταλλεύονται την άντωση, ώστε να ελίσσονται απρόβλεπτα και με ακρίβεια. Παραδείγματα της κατηγορίας είναι το ρωσικό Avangard (Mach 20-27, εμβέλειας 6000 km)[32] και το αμερικανικό AGM-183Α ARRW (AirLaunched Rapid Response Weapon) ή το C-HGB (Common Hypersonic Glide Body), εμβέλειας χιλιάδων km και ταχύτητας έως Mach 17 (έως Mach 5, βαλλόμενο stand-off από B-52 Stratofortress). Επίσης, υπάρχει και το Κινέζικο DFZF (πρώην WU-14), με συμβατικές κεφαλές, το οποίο μεταφέρεται από τον MRBM βαλλιστικό πύραυλο Dong Feng (DF) -17 (εμβέλειας 1800-2500 km) ή από βαλλιστικούς πυραύλους, όπως ο IRBM DF-26 (εμβέλειας 3500-5000 km)[33] και άλλους. Επίσης, ο υπό ανάπτυξη μεγάλου βεληνεκούς διηπειρωτικός βαλλιστικός πύραυλος DF-41, θα μπορούσε να μεταφέρει όχημα HGV με πυρηνική κεφαλή.

Ένα HGV θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιήσει την ικανότητα ελιγμών του για να επεκτείνει την εμβέλειά του. Ειδικότερα, τραβώντας προς τα πάνω κατά την επανείσοδο, μπορεί να εξέλθει πάλι σε βαλλιστική τροχιά, αναπηδώντας πάνω από την ατμόσφαιρα και κάνοντας δεύτερη επανείσοδο χιλιάδες km μακριά.

Σχήμα 28(α): Τα παραδοσιακά βαλλιστικά βλήματα δεν έχουν δυνατότητες δραστικών χειρισμών, λόγω μεγάλου μεγέθους και κατασκευής, ενώ εντοπίζονται από πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις. Η τροχιά των μικρότερου μεγέθους και πιο ευέλικτων hypersonic βλημάτων cruise, καθώς επίσης και των εξαιρετικά ευέλικτων οχημάτων διολίσθησης / ανεμοπορίας HGV (Hypersonic Glide Vehicles), ως προς τις προβλέψιμες βαλλιστικές τροχιές των πυραύλων ICBM, δυσκολεύει σημαντικά τον έγκαιρο εντοπισμό τους, με αποτέλεσμα να ελαχιστοποιείται ο χρόνος αποτελεσματικής αντίδρασης.

Η Κίνα έχει αναπτύξει ακόμη ένα όχημα HGV, εκτοξευόμενο σε τροχιά μέσω συστήματος FOBS (Fractional Orbital Bombardment System). Αυτό, αποτελεί σύστημα πυρηνικής προσβολής, μέσω της εκτόξευσης βαλλιστικών πυραύλων σε χαμηλή διαστημική τροχιά, πριν από την κατάληξη στο στόχο, το οποίο αρχικά αναπτύχθηκε τη δεκαετία του 1960 από τη Σοβιετική Ένωση (με τυπική ακρίβεια 5 km). Το Σοβιετικό σύστημα ακυρώθηκε το 1979, με τη συμφωνία SALT II. Το FOBS δεν έχει περιορισμό εμβέλειας και η διαδρομή πτήσης του δεν αποκαλύπτει την τοποθεσία του στόχου που πρόκειται να πλήξει. Επίσης, οι κεφαλές μπορούν να κατευθυνθούν, πχ πάνω από τον Νότιο Πόλο προς τη Βόρεια Αμερική, αποφεύγοντας τον εντοπισμό από το βόρειο τμήμα του αμερικανικού συστήματος έγκαιρης προειδοποίησης (NORAD), στην Αλάσκα. Το μέγιστο υψόμετρο είναι περίπου 150-240 km, δηλαδή κάτω από τον ορίζοντα των ραντάρ ανίχνευσης βαλλιστικών πυραύλων. Ενεργειακά, αυτό απαιτεί πύραυλο εκτόξευσης αρκετά πιο ισχυρό από τους συνήθεις βαλλιστικούς πυραύλους, ώστε να είναι ικανός να θέσει το όπλο σε τροχιά. Ωστόσο, η τροχιά αποτελεί μόνον κλάσμα της πλήρους τροχιάς, οπότε υπάρχει πολύ λιγότερη ανάγκη να ελεγχθεί με ακρίβεια ή να διατηρηθεί μακροπρόθεσμα. Πριν από τη συμπλήρωση πλήρους τροχιάς, ο πύραυλος FOBS εκτροχιάζεται, στρέφοντας ανάποδα και εκτελώντας ανάδρομη καύση κινητήρα, γεγονός που τον επιβραδύνει με τρόπο ώστε να συναντήσει το στόχο του στο έδαφος.

Σχήμα 28(β): Απλοποιημένες τροχιές βαλλιστικών πυραυλικών συστημάτων.

Τα κυριότερα ναυτικά αντιαεροπορικά βλήματα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σήμερα για την αναχαίτιση εναέριων στόχων είναι τα γαλλικά ASTER 15/30, καθώς επίσης τα ESSM (RIM-162), SM-2MR (RIM-66) και SM-6 ERAM (RIM-174). Τα τελευταία, καθοδηγούμενα και από άλλες πηγές, μπορούν να αντιμετωπίσουν και βαλλιστικά βλήματα, αποκλειστικά και μόνο στην τερματική τους φάση, ως συμπλήρωμα των εξωατμοσφαιρικών SM-3 (RIM-161). Το τελευταίο, έχει σχεδιαστεί για να αναχαιτίζει πυραύλους στη φάση της μέσης πορείας (τροχιάς) στο διάστημα, επομένως θα πρέπει να εκτοξευθεί έγκαιρα ώστε να αναχαιτίσει τον επερχόμενο πύραυλο πριν από την επανείσοδο στην ατμόσφαιρα. Όμως, η αποτελεσματική αντιμετώπιση των hypersonic βλημάτων αποτελεί σοβαρό πρόβλημα. Για την αντιμετώπιση κυρίως των οχημάτων HGV (Avangard, DF-ZF, κτλ) υπάρχει το υπό ανάπτυξη πρόγραμμα RGPWG (Regional Glide Phase Weapon System), το οποίο θα ολοκληρώνεται με το σύστημα μάχης Aegis των αμερικανικών αντιτορπιλικών Arleigh Burke.

Σχήμα 28(γ): Διάγραμμα του 1963, που απεικονίζει μια τροχιά αναπήδησης  επανεισόδου (skip reentry trajectory), την οποία είχαν εξετάσει οι μηχανικοί της NASA για την ασφαλέστερη επιστροφή της κάψουλας (μονάδας διοίκησης) του Apollo. Τελικά δεν εφαρμόστηκε, λόγω έλλειψης της απαραίτητης υπολογιστικής ισχύος την εποχή εκείνη.
Σχήμα 29(α): Οι δυνατές διαμορφώσεις των κελιών του κατακόρυφου εκτοξευτήρα Mk-41 της Lockheed Martin. Ο συγκεκριμένος εκτοξευτήρας άρχισε ν’ αναπτύσσεται από τη δεκαετία του 1970, από την FMC (αργότερα United Defense και BAE Systems), ενώ σήμερα πλέον έχει βελτιωθεί σε μεγάλο βαθμό αξιοπιστίας. Παραδοσιακά, ένα τυπικό module του Mk-41 διαθέτει 8 κελιά / κυψέλες (cells) και συναντάται σε δύο βασικά μεγέθη: το μεγαλύτερο strike (για τα βλήματα Tomahawk, LRASM, SM-3, SM-6) και το μικρότερο tactical (για τα βλήματα SM-2, ESSM, VL ASROC). Παλαιότερα υπήρχε μια ακόμη μικρότερη έκδοση self-defense, για τα βλήματα Sea Sparrow. Ο εκτοξευτήρας διατίθεται πλέον σε ποικιλία συνδυασμών κελιών, παρέχοντας την ευελιξία εγκατάστασης σε διαφορετικά σημεία του πλοίου και τη δυνατότητα υψηλότερου ρυθμού εκτόξευσης βλημάτων όταν απαιτείται. Η ενδεχόμενη δυνατότητα υποδοχής 4 βλημάτων CAMM-ER ανά κελί, δεν έχει πιστοποιηθεί ακόμη.

Η ενεργή RF καθοδήγηση βλημάτων σε υπέρ-υπερηχητικές ταχύτητες “hypersonic” (>Mach 5) εμποδίζεται από τη δημιουργία φράγματος πλάσματος (λόγω της διάσπασης των μορίων του αέρα), ιδιαίτερα σε πτήσεις πλησίον του επιπέδου της θάλασσας (sea skimming). Η ύπαρξη υπέρθερμου πλάσματος εμποδίζει επίσης και τον ακριβή εγκλωβισμό των βλημάτων αυτών ή τη διεξαγωγή αποτελεσματικών ηλεκτρονικών παρεμβολών, για την αντιμετώπισή τους. Ακόμη, η επίτευξη ταχυτήτων “hypersonic” αντιμετωπίζει τεράστια αεροδυναμική αντίσταση πλησίον της θαλάσσιας επιφάνειας, συγκριτικά με τα μεγάλα υψόμετρα των δεκάδων km. Τα περισσότερα απλά υπερηχητικά (Mach 3) ρωσικά βλήματα εναντίον πλοίων επιφανείας, όπως πχ τα P-700 Granit, Kh-31 (AS-17 Krypton), P-270 Moskit, κτλ, υφίστανται 25%-40% πτώση της ταχύτητας όταν ίπτανται σε χαμηλά ύψη. Ακόμη και τα “hypersonic” βλήματα εναντίον πλοίων επιφανείας, όπως πχ το νέο ρωσικό 3M22 Zircon, δεν υπερβαίνουν την ταχύτητα Mach 5 κατά την τερματική τους φάση, γεγονός που ενδεχομένως τα καθιστά σχετικά πιο ευάλωτα σε κάποια μοντέρνα συστήματα αεράμυνας σημείου. Επίσης, ο μειωμένος χρόνος αντίδρασης δυσκολεύει τον RF seeker του βλήματος, όσον αφορά στην ικανότητα διάκρισης του πραγματικού στόχου από ενδεχόμενα ηλεκτρονικά αντίμετρα και decoys (εφόσον το βλήμα είναι εξοπλισμένο με RF seeker). Όλα τα υπερηχητικά βλήματα (supersonic & hypersonic), λόγω του συνήθως μεγαλύτερου φυσικού τους μεγέθους (2-3 φορές, ως προς τα αντίστοιχα υποηχητικά) παρουσιάζουν πολύ μεγαλύτερη θερμική υπογραφή (IR signature) και ραδιοδιατομή (RCS), γεγονός που μπορεί να λειτουργήσει εις βάρος του πλεονεκτήματος αιφνιδιασμού σε ναυτικές εμπλοκές. Τέλος, λόγω της αντοχής τους στη θερμότητα είναι ανθεκτικά στα όπλα laser ισχύος, όμως οι ραδιοζεύξεις ενδιάμεσης καθοδήγησης παρουσιάζουν τρωτότητα σε ηλεκτρονικές παρεμβολές.

Σχήμα 30: Οι σχετικά χαμηλού βάρους και όγκου στοιχειοκεραίες των τρισδιάστατων ναυτικών ραντάρ επιτήρησης της Thales Netherlands (πρώην Signaal) χρησιμοποιούν διατάξεις μικρολωρίδων, αντί για ορθογώνιους κυματοδηγούς με σχισμές. Εδώ, απεικονίζεται η μηχανικά περιστρεφόμενη κεραία (28 rpm) του παλαιού (1989), μικρής έως μέσης εμβέλειας συστήματος MW-08,[1] το οποίο λειτουργεί στη C-band ή NATO G-band (4 – 6 GHz). Διαθέτει δυνατότητα ταυτόχρονης παρακολούθησης ADT μέχρι 160 στόχων αέρος (ταχύτητας έως Mach 4) και μέχρι 40 στόχων επιφανείας. Η κεραία του συστήματος περιλαμβάνει για λήψη και εκπομπή μια συστοιχία 8 οριζόντιων γραμμικών μικρολωρίδων (stripline array), αποτελούμενη η κάθε μια από 48 στοιχεία ακτινοβολίας. Η στοιχειοκεραία είναι οριζόντιας πόλωσης και όλες οι μικρολωρίδες βρίσκονται πάνω στο ίδιο επίπεδο (κατακόρυφης κλίσης περί τις 25°). O πομπός χρησιμοποιεί λυχνία TWT ισχύος κορυφής 50 kW και η εκπομπή εκτελείται μέσα σε έναν και μοναδικό λοβό κατακόρυφου εύρους 70°. Τα λαμβανόμενα σήματα από τις 8 μικρολωρίδες, μετά από τον υποβιβασμό τους (down conversion) οδηγούνται σε έναν οκτακάναλο ψηφιακό beamformer (8-bits FFT), από τον οποίο παράγονται ταυτόχρονα 6 ανεξάρτητοι λοβοί ύψωσης (stacked beams), που καλύπτουν συνολικά κατακόρυφο εύρος από 0° έως 70° (περί τις 12° κατακόρυφο και 2° οριζόντιο εύρος, ο καθένας). Η έξοδος του beamformer οδηγείται για επεξεργασία Doppler (16 point FFT ανά range bin), 6 καναλιών, με σκοπό την εξαγωγή της ταχύτητας των στόχων και την καταπίεση (απόρριψη) του clutter (κυματισμού, βροχής, chaffs, κτλ). Η γωνία ύψωσης του κάθε στόχου, προσδιορίζεται μέσω υπολογισμών παρεμβολής μεταξύ των σημάτων των λοβών λήψης (beam interpolation). Η ακρίβεια ιχνηλάτησης είναι 0.25⁰ σε αζιμούθιο, 1.2⁰ καθ’ ύψωση και 30 m κατ’ απόσταση. Τα ραντάρ διαθέτει frequency agility και εφαρμόζει συμπίεση παλμών (διάρκεια συμπιεσμένου παλμού 0.6 μsec, ανάλυση απόστασης 90 m). Η εμβέλεια ανίχνευσης για πιθανότητα εντοπισμού Pd =50% ή 80% είναι 27/17 km για στόχο με RCS ≈ 0.1 m2, 46/27 km για στόχο με RCS ≈ 1 m2 και 55/32 km για στόχο με RCS ≈ 2 m2. Το ραντάρ χρησιμοποιείται επίσης για τη διεύθυνση βολής πυροβολικού εναντίον στόχων επιφανείας, μέσω παραθύρων παρακολούθησης TWS.
Σχήμα 31(α): Η συνδυασμένη κεραία εκπομπής/λήψης του ραντάρ/IFF 3D επιτήρησης SMART-S Mk1 της Thales,[35] εισήχθη για πρώτη φορά το 1988, στις ολλανδικές φρεγάτες κλάσης M (Karel Doorman). Λειτουργεί στην S-band ή NATO E/F-band (2 – 4 GHz) και διαθέτει δυνατότητα ταυτόχρονης αυτόματης παρακολούθησης (ADT) μέχρι 160 στόχων αέρος και 40 στόχων επιφανείας. Έχει δυνατότητα ανίχνευσης στόχων 0.1 m2 στα 45 km, με ταχύτητες Mach 3+. Η υδραυλικής σταθεροποίησης (σε δύο άξονες) κεραία περιλαμβάνει οριζόντια σειρά χοανοκεραιών για την εκπομπή (λυχνία TWT ισχύος 150 kW), ενώ για την καθ’ ύψωση λήψη 16 οριζόντιες γραμμικές μικρολωρίδες (stripline array), αποτελούμενη η κάθε μια από 48 στοιχεία ακτινοβολίας (σχεδίαση stacked multibeam PESA), με χαμηλό επίπεδο πλευρικών λοβών (-50 dB rms). Η σχηματιζόμενη στοιχειοκεραία λήψης είναι οριζόντιας πόλωσης. Τα σήματα λήψης οδηγούνται σε έναν ψηφιακό beamformer (FFT), από τον οποίο παράγονται ταυτόχρονα 12 ανεξάρτητοι λοβοί ύψωσης (single axis multibeam). Η έξοδος κάθε λοβού από το beamformer οδηγείται για παλμική επεξεργασία Doppler (16 point FFT ανά range bin), 12 καναλιών λήψης, με σκοπό την έγκαιρη ανίχνευση ιχνών χαμηλού RCS, την εξαγωγή της ταχύτητας των στόχων και την καταπίεση (απόρριψη) παρασιτικών επιστροφών (clutter) και ενδεχόμενων παρεμβολών (jamming).
Σχήμα 31(γ): Οι πολλαπλοί ρόλοι λειτουργίας του 3D ραντάρ SMART-S Mk2.
Σχήμα 31(δ): Διάγραμμα κάλυψης του 3D ραντάρ επιτήρησης SMART-S Mk2, για στόχους με RCS = 0.1 m2 και κατηγορία SW = 3
Σχήμα 35(α): Προσδιορισμός των εχθρικών θέσεων πυροβολικού, μέσω ειδικού συστήματος ραντάρ. Τα συστήματα αυτά, χρησιμοποιούνται στην πρώτη γραμμή για τον ακριβή προσδιορισμό των εχθρικών θέσεων πυροβολικού, όλμων και ρουκετών, μέσω παρακολούθησης της τροχιάς των βλημάτων τους. Για τον ορθό υπολογισμό απαιτούνται επίσης τα ακριβή υψομετρικά χαρακτηριστικά της περιοχής ενδιαφέροντος.
Σχήμα 35(δ): Το AN/TPQ-47 (πρώην AN/TPQ-37 P3I Block II) αποτελεί το επόμενης γενιάς κινητό σύστημα Firefinder της Raytheon. Φέρει εντελώς νέο σύστημα κεραίας για τον αμεσότερο και ακριβέστερο εντοπισμό των στόχων σε μεγαλύτερη απόσταση. Μέγιστη θεωρητική εμβέλεια 400 km (πρακτικά 30 – 300 km), S-band. Τελικά, όλα τα συστήματα TPQ-36 και TPQ-37 του αμερικανικού στρατού αντικαταστάθηκαν από το GaAs ενεργής στοιχειοκεραίας AN/TPQ-53 Quick Reaction Capability Radar της Lockheed Martin, εμβέλειας 60 km (για έρευνα 90°) ή 20 km (για έρευνα 360°). Παράλληλα, έχει ζητηθεί από τον αμερικανικό στρατό, η αντικατάσταση της στοιχειοκεραίας με νεότερης τεχνολογίας νιτριδίου του γαλλίου (GaN), για την αύξηση των επιδόσεων, της αξιοπιστίας και του κόστους συντήρησης.
Σχήμα 35(ε): Από το 2018, το σώμα των Αμερικανών πεζοναυτών (USMC) χρησιμοποιεί το AN/TPS-80 Ground/Air Task Oriented Radar (G/ATOR) της Northrop Grumman, ένα κινητό και αερομεταφερόμενο επίγειο S-band (2–4 GHz) 3D ραντάρ AESA τελευταίας γενιάς, πολλαπλών αποστολών (αντί-πυροβολικού, αεράμυνας, εναέριας επιτήρησης και ελέγχου εναέριας κυκλοφορίας). Χρησιμοποιεί την εξελιγμένη μεγάλης ισχύος και υψηλής απόδοσης τεχνολογία κεραίας νιτριδίου του γαλλίου (GaN), που παρέχει εξοικονόμηση κόστους και πολλαπλά οφέλη αυξημένων επιδόσεων (αποστάσεων ανίχνευσης), ενισχυμένης ευαισθησίας και αξιοπιστίας. Παρέχει επίγνωση κατάστασης σε πραγματικό χρόνο εναντίον ευρέως φάσματος απειλών, συμπεριλαμβανομένων αεροσκαφών, ελικοπτέρων, πυραύλων cruise, μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων (UAV), ρουκετών, πυρών πυροβολικού και όλμων. Αντικαθιστά παλαιότερα ραντάρ, όπως τα TPS-63 (L-band ATC), MPQ-62 (MIM-23 Hawk), UPS-3 TDAR (Tactical Defense Alert Radar), TPQ-46 (Firefinder), TPS-73 (S-band) και TPN-31A ATNAVICS (Air Traffic Navigation, Integration and Coordination System).

4. Ιπτάμενα συστήματα έγκαιρης προειδοποίησης και ελέγχου

 Ο μηχανικά περιστρεφόμενος θόλος (rotodome) αποτελεί διάταξη φασικής στοιχειοκεραίας συστημάτων έρευνας (surveillance antenna), για την επιτήρηση αέρα και θαλάσσιας επιφάνειας, το οποίο περιστρέφεται ως ενιαία μονάδα μαζί με το ραδιοθόλο (radome) σχήματος δίσκου. Έχει χρησιμοποιηθεί τόσο σε συστήματα ξηράς όσο και στα λεγόμενα αεροσκάφη επιτήρησης AWACS (Airborne Warning & Control System), όπως πχ τα E-3 Sentry[39] και E-2 Hawkeye,[40] παρέχοντας δυνατότητα περιφερειακής κάλυψης 360°.

Το αεροσκάφος Ε-3 διαθέτει rotodome διαμέτρου περί τα 9.14 m και πάχους στο κέντρο 1.83 m, του οποίου η κεραία ραντάρ επιτήρησης και IFF περιστρέφεται μηχανικά με ταχύτητα 6 rpm, παρέχοντας μια πλήρη σάρωση κάθε 10 sec. Ο θόλος περιστρέφεται με ρυθμό 0.25 rpm, για λόγους λίπανσης. Η χρησιμοποιούμενη κεραία είναι επίπεδη, τύπου κυματοδηγών με συνολικά 4000+ σχισμές (slotted waveguide). Διαθέτει οριζόντια πόλωση και ηλεκτρονική κατακόρυφη σάρωση δέσμης που επιτυγχάνεται μέσω 28 αμφίδρομων ολισθητών φάσης τύπου φερρίτη υψηλής ισχύος (όσοι δηλαδή είναι και οι ζυγισμένοι κατά πλάτος οριζόντιοι κυματοδηγοί με σχισμές). Η παραγόμενη δέσμη ακτινοβολίας αντισταθμίζεται αυτόματα στο κατακόρυφο επίπεδο, ανάλογα με την κλίση του αεροσκάφους. Οριζόντια στροφή του κύριου λοβού ακτινοβολίας, επιτυγχάνεται μεταβάλλοντας τη συχνότητα εκπομπής. Οι πλευρικοί λοβοί βρίσκονται 50 dΒ κάτω από το επίπεδο του εκάστοτε σχηματιζόμενου κύριου λοβού.

Σχήμα 36(β): Tα βασικά μέρη και μπλοκ διάγραμμα του παλαιού και μεγάλου βάρους συστήματος ραντάρ έγκαιρης προειδοποίησης AN/APY-1/2 της Northrop Grumman (πρώην Westinghouse), που φέρεται από τα αεροσκάφη Boeing E-3 Sentry. Το σύστημα εφαρμόζει μηχανική οριζόντια σάρωση και καθ’ ύψωση ηλεκτρονική σάρωση συχνότητας μέσω μετατοπιστών φάσης (S-band, ονομαστική εμβέλεια 400 km). Για να λειτουργήσει απαιτεί μια σειρά μηχανικών δακτυλίων ολίσθησης που είναι σε θέση να χειρίζονται πολύ υψηλή ισχύ, καθώς επίσης και σήματα RF. Αυτό, επιβάλλει σημαντικούς περιορισμούς ως προς τις δυνατότητες του ραντάρ, πχ δεν είναι δυνατή η υποστήριξη λειτουργιών χαρτογράφησης SAR. Η έκδοση του αεροσκάφους E-3D διαθέτει ικανότητα θαλάσσιας επιτήρησης MSC (Maritime Surveillance Capability) μέσω της επεξεργασίας MSSP (Maritime Scan-Scan Processing).
Σχήμα 36(γ): Το μπλοκ διάγραμμα του παλαιού συστήματος ραντάρ έγκαιρης προειδοποίησηςAN/APY-1/2 της Northrop Grumman των αεροσκαφών Boeing E-3 Sentry.
Σχήμα 36(δ): Απλοποιημένο λειτουργικό διάγραμμα του συστήματος ραντάρ έγκαιρης προειδοποίησης AN/APY-1/2 της Northrop Grumman. Τα σκιασμένα τμήματα βρίσκονται στο εσωτερικό του περιστρεφόμενου θόλου (rotodome).

Tο αεροσκάφος Ε-2 χρησιμοποιεί radome διαμέτρου περί τα 7.3 m, το οποίο περιστρέφεται μηχανικά με ταχύτητα 6 rpm,. Οι αρχικές εκδόσεις περιλάμβαναν στοιχειοκεραία από 10 – 12 κεραίες τύπου Yagi. Το εν λόγω αεροσκάφος έχει αναπτυχθεί μέσω 5 γενεών αναβαθμίσεων, ενώ συνεχίζει να εξελίσσεται. Η τελευταία γενιά E-2D Advanced Hawkeye διαθέτει το εντελώς νέο UHF παλμικό Doppler ραντάρ AN/APY-9 της Lockheed Martin, εμβέλειας 550 km, με μηχανικά περιστρεφόμενη solid state ενεργή στοιχειοκεραία (AESA), για τον εντοπισμό ακόμη και στόχων stealth σε παράκτιο περιβάλλον. Το ραντάρ ανιχνεύει ταυτόχρονα στόχους αέρος και στην επιφάνεια της θάλασσας, εφαρμόζοντας μοναδική αρχιτεκτονική STAP (Space-Time Adaptive Processing) για την καταπίεση του clutter επιφανείας / εδάφους, καθώς επίσης και των ηλεκτρονικών παρεμβολών (jamming) από πλευρικούς λοβούς. Η τεχνική STAP είχε ήδη δοκιμαστεί παλαιότερα σε τροποποιημένο E-2C, από το NRL. Το AN/APY-9, μπορεί ακόμη να λειτουργήσει και ως αισθητήρας για την ενδιάμεση καθοδήγηση των βλημάτων AIM-120 AMRAAM που βάλλονται από μαχητικά F/A-18E/F Super Hornet, μέσω ζεύξης Link-16. Τέλος, μπορεί να καθοδηγήσει και τα βλήματα SM-6 ERAM, που εκτοξεύονται από τα καταδρομικά και τα αντιτορπιλικά Aegis εναντίον στόχων που εντοπίζονται χαμηλά πέραν του ορίζοντα των ραντάρ SPY-1 & 6 των εν λόγω πλοίων.

Σχεδόν όλα τα νεότερα εναέρια συστήματα ραντάρ επιτήρησης AEW&C (Airborne Early Warning & Control) δεν διαθέτουν πλέον μηχανικά περιστρεφόμενη συστοιχία (rotodome), αλλά εντελώς σταθερές, ελαφρύρερες στοιχειοκεραίες, στις οποίες η κάλυψη 360° μπορεί να ενημερώνεται συνεχώς. Σε μικρότερα αεροσκάφη χρησιμοποιείται μια στοιχειοκεραία, τοποθετημένη κατά μήκος της ράχης της ατράκτου. Αυτά, έχουν συνήθως δύο συστοιχίες πάνελ, με τυπική κάλυψη 240° (120° σε κάθε πλευρά). Άλλα συστήματα διαθέτουν επιπρόσθετες των δύο όψεων που προσφέρουν πλήρη κάλυψη 360°. Παράδειγμα αποτελεί το σύστημα ραντάρ MESA (Multi-role Electronically Scanned Array) της Northrop Grumman, το οποίο λειτουργεί στη μπάντα L (1.25-1.35 GHz), παρακολουθεί περισσότερα από 3000 ίχνη και καλύπτει αζιμουθιακό τομέα 360°. Τιμές PRI = 85-105 μsec, PW = 14-31 μsec και διάρκεια σάρωσης 3-40 sec. Αυτό, έχει μέγιστη εμβέλεια 200 nm (370 km) για θαλάσσιους στόχους, η οποία σε έρευνα τομέα για στόχους αέρος είναι δυνατό να φθάσει ακόμη και τα 600 km (φέρεται από αεροσκάφη E737-700 της Boeing). Το επιχειρησιακό ύψος πτήσης φθάνει έως τα 40.000 ft.

Σχήμα 38(β): Φυσική εξέλιξη αναβάθμισης του Erieye αποτελεί το GlobalEye της Saab, με βελτιωμένο ραντάρ Erieye ER, στην S-band, τεχνολογίας GaN, επαυξημένης εμβέλειας έως και 70% (πρακτική εμβέλεια εντοπισμού μαχητικών F-16 στα 450 km), γωνιακή κάλυψη 360°, με δυνατότητες GMTI, ISAR, κτλ, εγκατεστημένο επί των αεροσκαφών Bombardier Global 6000. Το Giraffe 8A αποτελεί την επίγεια έκδοση του συγκεκριμένου ραντάρ, με αντιβαλλιστικές δυνατότητες.
Σχήμα 39(α): Το πρώτης γενιάς, Ισραηλινό ενεργού στοιχειοκεραίας εναέριο ραντάρ έγκαιρης προειδοποίησης EL/M-2075 Phalcon των ΙΑΙ & Elta (από τη δεκαετία του 1990), ήταν το πρώτο του είδους (AESA), με δυνατότητα εγκατάστασης στα αεροσκάφη Boeing 707, 747, 767, Airbus και C-130. Περιλαμβάνει τρία AESA πάνελ L-band (δύο πλευρικά και ένα στο ρύγχος), τα οποία καλύπτουν συνολικό γωνιακό εύρος 280°.
Σχήμα 39(β): Η νεότερη, βελτιωμένη και ελαφρύτερη έκδοση EL/W-2085 φέρεται από τα αεροσκάφη GULFSTREAM G550, Ισραήλ και Σιγκαπούρης. Στο ρύγχος και στο τελείωμα της ατράκτου φέρει στοιχειοκεραίες L-band (μεγάλης εμβέλειας εντοπισμού), ενώ οι πλευρικές συστοιχίες S-band παρέχουν υψηλότερη ακρίβεια. Το σύστημα εφαρμόζει αλγορίθμους παρακολούθησης TBD (Track-Before-Detect), για την αντιμετώπιση στόχων stealth. Περαιτέρω βελτιωμένη έκδοση είναι το ραντάρ EL/W-2090.
Σχήμα 40(γ): To ινδικό αεροσκάφος A-50EI Phalcon AEW αποτελεί Beriev A-50, με το ισραηλινό ενεργής στοιχειοκεραίας ραντάρ EL/W-2090 AEW&C των ΙΑΙ και Elta (L-band, με λειτουργία synthetic aperture για την ανίχνευση κινούμενων στόχων εδάφους, θαλάσσης και αέρος). Περιλαμβάνει τρεις συστοιχίες σε τριγωνική διάταξη, μέσα στον περιστρεφόμενο θόλο (rotodome).
Σχήμα 41: Το σχετικά ελαφρύ αεροσκάφος Boeing 737-7ES AEW&C φέρει το σταθερό ενεργής στοιχειοκεραίας ραντάρ επιτήρησης MESA (Multirole Electronically Scanned Array) της Northrop Grumman, το οποίο έχει σχεδιαστεί για την πολεμική αεροπορία της Αυστραλίας (Ε-7A Wedgetail), ενώ επίσης χρησιμοποιείται από τη Νότιο Κορέα, τη Μ. Βρετανία και την Τουρκία (E-7Τ Peace Eagle). Λειτουργεί στη μπάντα L (1.25-1.35 GHz), ως ραντάρ και ως σύστημα ELINT. Οι διαστάσεις της ενεργής στοιχειοκεραίας είναι 7.3m x 2.7m. Διαθέτει μεταβαλλόμενους ρυθμούς σάρωσης, καθώς επίσης και δυνατότητα ανάθεσης τομέων σάρωσης με μεγαλύτερη εμβέλεια. Ονομαστική εμβέλεια εντοπισμού ιχνών αέρος έως και 600 km και ναυτικών στόχων επιφανείας 370 km, υπό προϋποθέσεις. Εμβέλεια συστήματος ELINT >850 km, σε ύψος πτήσης 30.000 ft. Περιλαμβάνει 288 T/R modules υψηλής ισχύος, στις δύο πλευρές και στο άνω μέρος (top hat) της συστοιχίας, για τις λειτουργίες του ραντάρ και του IFF. Ο κάθε πλευρικός τομέας καλύπτει 120° γωνιακό εύρος, ενώ οι συστοιχίες στο άνω μέρος καλύπτουν η κάθε μια από 60° τον εμπρόσθιο και τον οπίσθιο τομέα.

5. Ιπτάμενα συστήματα επιτήρησης εδάφους

Τα αεροσκάφη Ε-8C JSTARS (Joint Surveillance Target Attack Radar System) αποτελούν κατάλληλα μετασκευασμένα Boeing 707-300 με πλήρωμα 22 ατόμων, τα οποία χρησιμοποιούνται για την έρευνα/επιτήρηση, τον εντοπισμό και την αναγνώριση/ταξινόμηση στόχων, ευρισκόμενων κυρίως επί του εδάφους (ή ιπτάμενων με χαμηλή ταχύτητα). Για το σκοπό αυτό, κάτω από το εμπρόσθιο τμήμα της ατράκτου φέρουν το πλευρικής κατόπτευσης (side looking) ραντάρ επίπεδης παθητικής φασικής στοιχειοκεραίας σχισμών AN/APY-3 (μήκους 7 m) της Northrop Grumman (I-band), με ηλεκτρονική στροφή κατά το αζιμούθιο συνολικά 120° (60° δεξιά ή αριστερά) και μηχανική εγκάρσια στροφή καθ’ ύψωση ±100° (συνολικά  200°), καλύπτοντας 50.000 km2. Το ραντάρ αυτό, όπως και η βελτιωμένη εκδοχή ενεργούς στοιχειοκεραίας ημιαγωγών AN/APY-7 (μήκους 7.3 m) συνδυάζει ταυτόχρονα τεχνικές Doppler GMTI (για κινούμενους στόχους με ταχύτητες >2 – 3 km/h) και SAR (για ακίνητους στόχους), και γι’ αυτό χρησιμοποιεί τεράστια υπολογιστική ισχύ. Διαθέτει περιορισμένη δυνατότητα ανίχνευσης ελικοπτέρων, περιστρεφόμενων κεραιών και χαμηλά ιπτάμενων αργών αεροσκαφών. Η ονομαστική του εμβέλεια φθάνει τα 250 km, ενώ η αποτελεσματικότητά του δεν περιορίζεται σε συνθήκες χαμηλής ορατότητας, ακόμη και σε αμμοθύελλες. Σε μια πτήση διάρκειας 8 ωρών, το JSTARS μπορεί να καλύψει μια γεωγραφική επιφάνεια >1.000.000 km2, απεικονίζοντας όλα τα γεωγραφικά χαρακτηριστικά με ανάλυση 1 m2 (APY-3) ή 0.25 m2 (APY-7). Διαθέτει δυνατότητα ταυτόχρονης παρακολούθησης συνολικά 1000 στόχων εδάφους. Το JSTARS χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στον πόλεμο του Περσικού Κόλπου το 1991 και στη συνέχεια στον πόλεμο της Βοσνίας (1995-1996), στο Κόσσοβο (1999) και στο Ιράκ (2003).

Σχήμα 43: Το Βρετανικό πρόγραμμα Sentinel R1 ASTOR (Airborne Stand-Off Radar) των Raytheon / Bombardier (2008-2021), ανάλογο των JSTARS και AGS, απετέλεσε εναέριο σύστημα επιτήρησης σταθερών ή κινούμενων στόχων επί του εδάφους (SAR/GMTI), με σκοπό τη συγκέντρωση μεγάλου όγκου πληροφοριών και τη διαβίβαση αυτών μέσω ραδιοζεύξης στις υπόλοιπες φίλιες δυνάμεις. Διαθέτει επιχειρησιακό ύψος πτήσης 40 – 50 kft (υψηλότερο του Ε-8). Το ραντάρ ήταν το ASΑRS-2 Plus (Advanced SAR System) της Raytheon, μια εξέλιξη του ραντάρ ASARS-2 των κατασκοπευτικών αεροσκαφών U-2, μέγιστης εμβέλειας επιτήρησης 250-296 km, ανάλυσης έως 0.5 m, με ικανότητα παρακολούθησης επίγειων στόχων και ελικοπτέρων που κινούνται αργά, έως και λιγότερο από 10 km/h.Το αεροσκάφος είναι ένα τροποποιημένο Global Express της Bombardier, το οποίο φέρει τη μήκους 4.6 m στοιχειοκεραία κάτω από την άτρακτο.

Το επόμενης γενιάς ενεργού στοιχειοκεραίας ραντάρ AN/ZPY-2 MP-RTIP (Multi-Platform Radar Technology Insertion Program) αναπτύχθηκε από τις Northrop Grumman & Raytheon, για κατ’ αρχήν εγκατάσταση στα μη επανδρωμένα RQ-4B Global Hawk, που μεταξύ άλλων θα εντοπίζει και χαμηλά ιπτάμενα βλήματα cruise.

Η Northrop Grumman αναπτύσσει και τη μεθεπόμενη γενιά ραντάρ αυτού του τύπου, με πλήρη ηλεκτρονική σάρωση και ειδικές λειτουργίες για τον εντοπισμό ελικοπτέρων (rotary wing MTI), περιστρεφόμενων κεραιών ραντάρ εδάφους και δυνατότητες αντίστροφης συνθετικής απεικόνισης (ISAR). Η ναυτική παραλλαγή του Global Hawk, με την ονομασία MQ-4C Triton φέρει το AESA ραντάρ επιτήρησης AN/ZPY-3 MFAS (MultiFunction Active Sensor), στην X-band.

Το AGS (Alliance Ground Surveillance) είναι πρόγραμμα του ΝΑΤΟ για την απόκτηση εναέριας ικανότητας επίγειας επιτήρησης (MP-RTIP) στο μη επανδρωμένο RQ-4 Global Hawk της Northrop Grumman. Ειδικότερα, το σύστημα AGS περιλαμβάνει πέντε μη επανδρωμένα αεροσκάφη RQ-4D Phoenix του ΝΑΤΟ και τους σχετικούς σταθμούς διοίκησης και ελέγχου εδάφους, που προέρχονται από την Ευρώπη. Το πρόγραμμα AGS υποστηρίζει τις μελλοντικές επιχειρήσεις του ΝΑΤΟ, συμπεριλαμβανόμενων και των επιχειρήσεων της NRF (NATO Reaction Force).

Συνεχίζεται στο δεύτερο μέρος …


[1] Η βασική αρχή λειτουργίας των φασικών στοιχειοκεραιών στηρίζεται στη φυσική θεωρία της ηλεκτρονικά ελεγχόμενης προσθετικής και αναιρετικής (καταστροφικής) συμβολής (interference) των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων (ενίσχυση προς τις επιθυμητές κατευθύνσεις και ακύρωση στον υπόλοιπο χώρο), τα οποία εκπέμπονται και λαμβάνονται από διαφορετικές κάθε φορά ομάδες στοιχείων. Για την πλήρη κάλυψη του τρισδιάστατου χώρου, συνήθως απαιτούνται 3 έως 4 σταθερές επίπεδες συστοιχίες.

[2] Πέραν των κατ’ εξοχήν στρατιωτικών εφαρμογών, οι φασικές στοιχειοκεραίες έχουν πλέον διεισδύσει σε πολλές εμπορικές εφαρμογές, όπως πχ σε δορυφορικές επικοινωνίες, στην κινητή τηλεφωνία, στην αυτοκινητοβιομηχανία, κτλ.

[3] Το BrahMos-NG (Next Generation) αποτελεί μικρότερη έκδοση, με βεληνεκές 290 km (αντί 500+ km) και μέγιστη ταχύτητα  Mach 3.5.

[4] Όσον αφορά στα Zircon, ακόμη και εάν εντοπισθούν πολλές δεκάδες ναυτικά μίλια μακριά, για την αντιμετώπισή τους απομένει χρόνος μόνον ενός λεπτού. Το αμερικανικό σύστημα ναυτικής αεράμυνας Aegis έχει χρόνο αντίδρασης περί τα 8-10 sec, μέσα στον οποίο τα Zircon διανύουν απόσταση 20 km.

[5] Αφορά στη δυνατότητα διάκρισης εναέριων συντριμμιών.

[6] Υπάρχουν εφαρμογές επίγειων επικοινωνιών, σχετικά χαμηλού ρυθμού μετάδοσης και σε συχνότητες UHF ή χαμηλότερες, όπως πχ φωνητικές, τακτικών ζεύξεων δεδομένων (Link 16, Link 22), κτλ, που δεν συνιστάται η ενσωμάτωσή τους σε ολοκληρωμένα ενεργά συστήματα AESA, αφού χρησιμοποιούν μεγάλου μεγέθους απλές ισοκατευθυντικές κεραίες χαμηλού κόστους (μονόπολα ή δίπολα).

Οι επικοινωνίες (full duplex) που μπορούν να ενσωματωθούν στις λειτουργίες των MFR/AESA αφορούν κυρίως στις στρατιωτικές και πολιτικές δoρυφορικές X, Ku και Ka-band, καθώς επίσης στο σύστημα μετάδοσης video streaming TCDL (Tactical Common Data Link) στην Ku-band. Οι δορυφορικές επικοινωνίες UHF και L-band χρησιμοποιούν δικές τους ανεξάρτητες ελικοειδείς ή κωνικές κεραίες, χαμηλού κέρδους.

[7] Έχουν αναπτυχθεί συνολικά εννέα ομάδες τροποποιήσεων (Baselines 1 έως 9) του συστήματος Aegis. Η τελευταία Baseline 10 αφορά στην εξελιγμένη γενιά αντιτορπιλικών Arleigh Burke Flight III, με το νέο ραντάρ ενεργής στοιχειοκεραίας AN/SPY-6(V)1, όπως επίσης και στις φρεγάτες FFG(X), με το αντίστοιχο AN/SPY-6(V)3. Όταν το Aegis πρωτοεμφανίστηκε τη δεκαετία του 1970, ήταν γραμμένο σε κώδικα συμβολικής γλώσσας CMS-2 της Rand Corporation (παραλλαγή assembly), ενώ αργότερα χρησιμοποιήθηκαν γλώσσες υψηλού επιπέδου (C++, Ada και Java). Αρχικά, το Aegis βασίστηκε στο σύστημα επεξεργασίας NTDS (Naval Tactical Data System), ενώ σε επόμενες αναβαθμίσεις ενσωμάτωσε και το δικτυακό πρωτόκολλο Ethernet / FDDI. Από το Baseline 7 και μετά, έχει εξαλειφθεί το FDDI και όλοι οι υπολογιστές είναι ισχυρότεροι COTS (μειωμένου κόστους της τάξης του 40-50%).

[8] Ιστορικά, τα πρώτα πειραματικά ραντάρ παθητικής φασικής στοιχειοκεραίας, με ηλεκτρονική κατεύθυνση δέσμης, ήταν τα γερμανικά VHF ραντάρ FuGM41 Mammut της GEMA (ή Hoarding κατά τους βρετανούς), τα οποία εμφανίστηκαν στο τέλος του β’ παγκοσμίου πολέμου, για θαλάσσια και εναέρια επιτήρηση.

[9] Από το 2016, στον εναπομείναντα στόλο στρατηγικών βομβαρδιστικών B-1B Lancer έχει εγκατασταθεί το ενεργής στοιχειοκεραίας AN/APG-83 SABR-GS (Scalable Agile Beam Radar-Global Strike) της Northrop Grumman, το οποίο σε μικρότερη υδρόψυκτη έκδοση (1020 T/R modules των 10 W το καθένα) έχει επιλεγεί και για αναβαθμίσεις μαχητικών F-16 σε Viper. Επίσης, το αυξημένης αξιοπιστίας και διαθεσιμότητας APG-83 SABR αποτελεί το βασικό ραντάρ των μαχητικών F-16 Block 70/72. Η σχεδίασή του προέρχεται από το APG-77 του F-22 και από το APG-81 του F-35, με τρόπο ώστε να ταιριάζει στο αεροσκάφος F-16, χωρίς σημαντικές δομικές, τροφοδοτικές ή ψυκτικές τροποποιήσεις. Λειτουργεί στις συχνότητες 8.5-10.68 GHz, με τυπική εμβέλεια ανίχνευσης 87 km για στόχους 1 m2. Διαθέτει εξαιρετικής ανάλυσης δυνατότητα χαρτογράφησης SAR, ικανότητα ταχύτερης αναζήτησης και απόκτησης στόχων, στόχευση ακριβείας, ενώ παρακολουθεί έως και 20 εναέριους στόχους ταυτόχρονα, σε εμπρόσθιο τομέα ±60º. Βασική επιδίωξη του SABR είναι τα αεροσκάφη 4ης γενιάς να παραμείνουν επιχειρησιακά βιώσιμα και για τις επόμενες δεκαετίες. Ανταγωνιστικό είναι επίσης το ραντάρ AN/APG-84 RACR (Raytheon Advanced Combat Radar), το οποίο όμως δεν φαίνεται να έχει αποκτήσει πραγματική αποδοχή και εμπορική επιτυχία. Αποτελεί μικρότερη έκδοση του AN/APG-79 των F/Α-18E/F Super Hornet και EA-18G Growler.

[10] Οι μικρολωρίδες ή μικροταινίες αντικαθιστούν τις ογκωδέστερες και βαρύτερες διατάξεις κυματοδηγών / σχισμοκεραιών, αφού χρησιμοποιούν τεχνικές ολοκληρωμένων μικροκυματικών κυκλωμάτων (MMIC) για την κατασκευή στοιχειοκεραιών. Κάθε μικρολωρίδα αποτελείται από ένα λεπτό στρώμα διηλεκτρικού υλικού χαμηλών απωλειών, του οποίου η μια πλευρά φέρει πλήρη μεταλλική επίστρωση (ground plate), ενώ στην άλλη πλευρά είναι τυπωμένο το διάγραμμα της στοιχειοκεραίας (ή το μικροκυματικό κύκλωμα στα ολοκληρωμένα MMIC). Το συνηθέστερα χρησιμοποιούμενο διηλεκτρικό στις μικρολωρίδες, είναι η αλουμίνα Al2O3 (ε = 9.6). Λόγω της σχετικής ευκολίας κατασκευής και ολοκλήρωσης με τα ηλεκτρονικά κυκλώματα έχει διαδοθεί και η χρήση ημιαγωγών διηλεκτρικών πυριτίου και αρσενιούχου γαλλίου. Ακόμη και στα χιλιοστομετρικά κύματα προτιμώνται οι διηλεκτρικοί κυματοδηγοί, λόγω χαμηλότερων απωλειών.

[11] Από τα τέλη του Β’ Παγκοσμίου Πολέμου έως και τις αρχές της δεκαετίας του 1960, οι χρησιμοποιούμενοι ολισθητές φάσης ήταν μηχανικού τύπου. Από τους πρώτους αναλογικούς ολισθητές φάσης τύπου φερρίτη, οι οποίοι χρησιμοποιήθηκαν επιτυχώς, ήταν ο τύπος Reggia-Spencer (1957). Ένας τέτοιος ολισθητής, αποτελείται από μια ράβδο φερρίτη τοποθετημένη μέσα σε έναν κυματοδηγό, χωρίς να έρχεται σε επαφή μαζί του. Ο κυματοδηγός περιβάλλεται από κάποιο σωληνοειδές, για τη δημιουργία ενός αξονικού μαγνητικού πεδίου πόλωσης. Κάθε μεταβολή του πεδίου επιδρά στη φάση του διερχόμενου κύματος. Η επιτυγχανόμενη ολίσθηση φάσης μπορεί να είναι η ίδια (reciprocal / Faraday rotation) ή και να μην είναι (non-reciprocal / toroidal) και προς τις δύο κατευθύνσεις διάδοσης του κύματος.

Συνήθως, για τις κεραίες που χρησιμοποιούν ολισθητές τύπου φερρίτη, δεν ισχύει η αρχή της αμοιβαιότητας μεταξύ των διαγραμμάτων εκπομπής και λήψης (non-reciprocal phase shifters). Στις περιπτώσεις αυτές, χρησιμοποιείται διαφορετική τιμή ελέγχου/ρύθμισης των ολισθητών φάσης προκειμένου να επιτυγχάνεται η ίδια φασική ολίσθηση για την εκπομπή και τη λήψη.

[12] Παράδειγμα, αποτελούν οι δίοδοι PIN (Positive Intrinsic Negative), δηλαδή της μορφής p+ – i – n+, όπου η παχύτερη εσωτερική / ενδογενής περιοχή i (intrinsic) είναι καθαρός ημιαγωγός (πολύ ελαφρά νοθευμένος). Η ενδιάμεση περιοχή i αυξάνει την ανάστροφη τάση διάσπασης και ελαττώνει την εσωτερική χωρητικότητα. Στις μικροκυματικές συχνότητες, οι δίοδοι αυτές παύουν να ενεργούν ως ανορθωτές (η μικροκυματική τάση δεν ανορθώνεται), αλλά συμπεριφέρονται σχεδόν ως καθαρές ωμικές αντιστάσεις ελεγχόμενης τιμής (1 Ω – 10 kΩ), ανάλογα με την εφαρμοζόμενη πόλωση dc ή χαμηλής συχνότητας τάση/ρεύμα ελέγχου. Με ανάστροφη ή μηδενική πόλωση, οι δίοδοι PIN παρουσιάζουν υψηλή αντίσταση στις μικροκυματικές συχνότητες (έως 10 kΩ), ενώ με ορθή πόλωση παρουσιάζουν πολύ χαμηλή αντίσταση (<1 Ω) επιτρέποντας τη διέλευση ρεύματος. Ουσιαστικά, οι δίοδοι PIN συμπεριφέρονται ως ελεγχόμενοι διακόπτες μικροκυμάτων (RF), πχ για τη διαμόρφωση παλμών, ολίσθηση φάσης, εξασθένηση (μέσω διαρκούς μεταβολής του σήματος ελέγχου), κτλ. Γενικά, εμφανίζουν μικρή κατανάλωση, λόγω της χαμηλής ωμικής αντίστασης της ενδιάμεσης περιοχής i, καθώς και σχετικά υψηλή ταχύτητα απόκρισης.

[13] Στις στοιχειοκεραίες ευρείας ζώνης, η χρήση μονάδων πραγματικής χρονικής καθυστέρησης εξαλείφει το φαινόμενο της εκκεντρότητας δέσμης, εφαρμόζοντας μεταβαλλόμενη μετατόπιση φάσης μέσα στο φάσμα του σήματος, για την ηλεκτρονική κατεύθυνση της δέσμης.

[14] Η διαφορά φάσης φ του σήματος μεταξύ δύο γειτονικών στοιχείων αποτελεί συνάρτηση της συχνότητας f, της ταχύτητας μετάδοσης υ στον κυματοδηγό και του φυσικού μήκους l του τελευταίου (φ = 2πfl/υ). Για ευκολία των υπολογισμών, η ταχύτητα υ μπορεί να θεωρηθεί ίση με c, γεγονός το οποίο είναι αληθές μόνο για ομοαξονικές, παράλληλες γραμμές και μικρολωρίδες, στις οποίες διαδίδεται ο ρυθμός ΤΕΜ. Στο ρυθμό ΤΕΜ, το ηλεκτρικό και το μαγνητικό πεδίο είναι και τα δύο κάθετα προς τη κατεύθυνση διάδοσης του κύματος (δεν έχουν συνιστώσες παράλληλες προς την κατεύθυνση διάδοσης).

Στους ορθογώνιους κυματοδηγούς, δεν διαδίδεται καθόλου ο ρυθμός ΤΕΜ (ο μικρότερης συχνότητας ρυθμός, είναι ο θεμελιώδης ΤΕ10). Η ταχύτητα μετάδοσης μέσα σε έναν κυματοδηγό, εξαρτάται από τη συχνότητα του σήματος, γεγονός το οποίο σημαίνει ότι οι κυματοδηγοί προκαλούν φαινόμενο διασποράς (dispersion). Η διαφορά φάσης των σημάτων δύο γειτονικών σχισμών ενός κυματοδηγού, οι οποίες απέχουν μεταξύ τους απόσταση d, ισούται με φ = 2πd/λg, όπου υ = f λg. Συνήθως, επιλέγεται d = λgo/2, όπου λgo αντιστοιχεί στο μήκος κύματος κυματοδηγού για τον εγκάρσιο λοβό.

[15] Φακοειδές σύστημα τροφοδοσίας χρησιμοποιεί η επίπεδη παθητική στοιχειοκεραία του μεγάλου βεληνεκούς αντιαεροπορικού συστήματος ραντάρ AN/MPQ-53 Patriot της Raytheon (εμβέλεια εντοπισμού μαχητικών αεροσκαφών ~150 km). Η κεραία αυτή, είναι πολλαπλών λειτουργιών: εκτελεί επιτήρηση, εντοπισμό, παρακολούθηση και φωτισμό στόχων αέρος (αεροσκαφών και βλημάτων), καθώς και κατεύθυνση (καθοδήγηση) υπερηχητικών βλημάτων εδάφους-αέρος, όπως πχ τα παλαιά βλήματα MIM-104A (πρακτική εμβέλεια 3 – 70 km, μέγιστο ύψος 24 km, μέγιστη ταχύτητα  Mach 3.7) και MIM-104C ή PAC-2/GEM (θεωρητική εμβέλεια αναχαίτισης 3 – 90 km, μέγιστο ύψος εμπλοκής 24 km), αλλά και τα νεότερα MIM-104F ή PAC-3 (θεωρητική εμβέλεια 3 – 160 km, ύψος εμπλοκής 60 m – 24 km, μέγιστη ταχύτητα  Mach 5, με ενεργό παλμικό ερευνητή Doppler για την τερματική καθοδήγηση). Κατευθύνει ακόμη και τα εκσυγχρονισμένα MIM-23B Improved-HAWK (εμβέλεια 40 km, ύψος εμπλοκής 30 m – 18 km, μέγιστη ταχύτητα Mach 2.7, Pk ≈ 0.85). Η κύρια κεραία του συστήματος AN/MPQ-53 χρησιμοποιεί περί τα 5161 στοιχεία ακτινοβολίας (τύπου κυματοδηγού). Χαμηλότερα, βρίσκεται μια κεραία 251 στοιχείων για το σχηματισμό του λοβού παρακολούθησης μέσω του βλήματος TVM (Tracking Via Missile), καθώς και πέντε (5) κεραίες 51 στοιχείων η κάθε μια, για την ακύρωση των πλευρικών λοβών (SLC) και τον περιορισμό των παρεμβολών. Υπάρχει δυνατότητα ταυτόχρονης κατεύθυνσης 9 βλημάτων, από τα οποία τα τρία σε τελική φάση (TVM). Επίσης, περιλαμβάνει ένα σύστημα decoy, για την προσέλκυση των βλημάτων anti-radiation. Το decoy εκπέμπει μέσα στο ίδιο γωνιακό resolution πανομοιότυπο σήμα και σε συγχρονισμό με το κύριο ραντάρ, με αποτέλεσμα κάποιο  βλήμα anti-radiation να κατευθύνεται στο γεωμετρικό κέντρο των δύο εκπομπών.

Η ρωσική εταιρεία Almaz-Antey κατασκευάζει το σύστημα μεγάλου βεληνεκούς S-300 PMU1 (SA-20A Gargoyle) από το 1992, το οποίο χρησιμοποιεί τα semi-active βλήματα 48N6E (εμβέλειας 5 – 150 km, ύψος εμπλοκής 10 m – 27 km, μέγιστη ταχύτητα Mach ~6 ή 1900 m/sec), και από το 1997 το S-300 PMU2 Favorite (SA-20Β), το οποίο πέραν των 48N6E χρησιμοποιεί και τα βλήματα 48Ν6Ε2 (εμβέλεια 3 – 195 km, ύψος εμπλοκής 10 m – 40 km, μέγιστη ταχύτητα  Mach ~6). Η μέγιστη εμβέλεια επιτυχούς εμπλοκής εναντίον βλημάτων, είναι πολύ μικρότερη (40 km). Το τρισδιάστατο παλμικό Doppler ραντάρ επιτήρησης 64N6E/2 (Big Bird) λειτουργεί στα 2 GHz (S-band), με εμβέλεια έρευνας έως και 300 km, χρησιμοποιεί δύο επίπεδες ανακλαστικές στοιχειοκεραίες (back-to-back), μηχανικής σάρωσης αζιμουθίου και ηλεκτρονικής σάρωσης ύψους. Το παλμικό τρισδιάστατο ραντάρ Doppler 30N6E/2 (Flap Lid / SA-10 ή το βελτιωμένο Tomb Stone / SA-20A, από το 1992) χρησιμοποιείται για τον έλεγχο βολής (φωτισμού και καθοδήγησης) των βλημάτων (I/J-band) σε ονομαστική απόσταση έως και 300 km. Διαθέτει επίπεδη φακοειδή στοιχειοκεραία ψηφιακού σχηματισμού λοβών (όπως και το αμερικάνικο MPQ-53) και λειτουργεί σε μέθοδο TWS, παρακολουθώντας έως και 6 εναέριους στόχους, ενώ κατευθύνει ταυτόχρονα μέχρι και 6 ή 12 βλήματα (TVM). Κατά τη μέθοδο κατεύθυνσης TVM, το ραντάρ φωτίζει το στόχο. Η ανακλώμενη ακτινοβολία λαμβάνεται από το βλήμα, το οποίο μεταδίδει τα δεδομένα στον υπολογιστή κατεύθυνσης στο σταθμό εδάφους (downlink). Ο τελευταίος μεταδίδει τις εντολές κατεύθυνσης στο βλήμα (uplink), ενώ ο στόχος δεν προειδοποιείται για την ύπαρξη του βλήματος. Ως δεύτερο παλμικό ραντάρ Doppler έρευνας & απόκτησης (C-band) χρησιμοποιείται το 96L6Ε (Cheese Board), εμβέλειας περίπου έως 300 km.

Το σύστημα S-300V (SA-12) διαθέτει περιορισμένη ικανότητα αντιμετώπισης βαλλιστικών βλημάτων (TBM). Χρησιμοποιεί τα βλήματα 9Μ82 (SA-12b Giant) (εμβέλειας 13 – 100 km, ύψος εμπλοκής 1 – 30 km, μέγιστη ταχύτητα 2400 m/sec) και 9M83 (SA-12a Gladiator) (εμβέλειας 6 – 72 km, ύψος εμπλοκής 25 m – 25 km, μέγιστη ταχύτητα 1700 m/sec). Και τα δύο αυτά βλήματα έχουν μέγιστη επιτάχυνση ελιγμών της τάξης των 20 g. Βελτιωμένη εκδοχή του S-300V αποτελεί το σύστημα S-300VM (SA-23).

Η νεότερη και πιο ευέλικτη έκδοση S-400 Triumf (SA-21 Growler) της Almaz αποσκοπεί στην αποτελεσματικότερη αντιμετώπιση εναέριων συστημάτων έγκαιρης προειδοποίησης, ελέγχου και παρεμβολών. Eίναι συγκρίσιμο με το Patriot, όσον αφορά τις επιδόσεις και το σύστημα Aegis, ως προς τον ρόλο, αλλά όχι αλλά όχι με τα αντιβαλλιστικά συστήματα THAAD ή Arrow-2/3. Το αναβαθμισμένο τρισδιάστατο ραντάρ επιτήρησης / έρευνας 91N6E (Big Bird) διαθέτει μεγαλύτερη εμβέλεια (600 km ονομαστική τιμή, 390 km για στόχους RCS = 4 m2), δυνατότητα παρακολούθησης έως 300 ιχνών και ικανότητα ανίχνευσης στόχων stealth (θεωρητικά έως και 130 km για τα μαχητικά F-35). Ως δεύτερο παλμικό ραντάρ Doppler έρευνας & απόκτησης (C-band) χρησιμοποιεί το 96L6E2 (Cheese Board), εμβέλειας περίπου 300 km, το οποίο χρησιμοποιείται όταν απαιτείται ιχνηλάτηση στόχων που πετούν σε πολύ χαμηλό και σε πολύ υψηλό υψόμετρο (έως 100 km), αλλά και για την κάλυψη των κενών του 91Ν6Ε. Μεταξύ των βλημάτων που χρησιμοποιεί είναι τα active & semiactive 40N6 (Mach 12 ή 3840 m/sec, εμβέλειας 380-400 km, ύψος εμπλοκής έως 185 km – near space), τα semiactive 48N6DM/E3 (Mach ~6, εμβέλειας ~250 km, ύψους εμπλοκής έως 60 km), καθώς επίσης τα εξοπλισμένα με active RF seeker 9Μ96Ε & 9Μ96Ε2 (Mach 3, εμβέλειας 1 – 120 km, ύψους εμπλοκής 5 m – 30 km) και 9Μ96 (εμβέλειας ~40 km, ύψος 20 km). Σύμφωνα με δυτικές εκτιμήσεις, η πραγματική εμβέλεια εμπλοκής εμπλοκής του S-400, για αεροσκάφη έγκαιρης προειδοποίησης και ελέγχου (AWACS)ή για μεταγωγικά αεροσκάφη σε μεσαία έως μεγάλα ύψη είναι 200-250 km, για μαχητικά είναι 145 – 200 km, ενώ εναντίον πυραύλων που εκτοξεύονται από χαμηλό ύψος είναι μόλις 20 km. Η αποτελεσματική εμβέλεια των βλημάτων του S-400 κατά ευκίνητων μαχητικών αεροσκαφών και πυραύλων cruise που λειτουργούν σε χαμηλά υψόμετρα, υπολογίζεται μόλις 20-33 km (για ποσοστό επιτυχίας Pk = 90%). Επίσης, το σύστημα S-400 περιλαμβάνει ένα και μοναδικό Ι/J-band ραντάρ εμπλοκής / καθοδήγησης βλημάτων και πολλαπλών λειτουργιών 92Ν6E ή 92Ν2Ε (Grave Stone), ονομαστικής εμβέλειας 400 km (240 km για στόχους RCS = 4 m2). Αυτό, διαθέτει επίπεδη φακοειδή στοιχειοκεραία ψηφιακού σχηματισμού λοβών (όπως και το αμερικάνικο MPQ-53), ενώ διεξάγει την καθοδήγηση βλημάτων TVM εναντίον έως και 36 στόχων (ή έως και 80 στόχων με βλήματα ενεργής καθοδήγησης). To συγκεκριμένο μοναδικό σύστημα είναι ευάλωτο τόσο στα απευθείας εχθρικά πυρά όσο και στις επιθέσεις κορεσμού. Τέλος, το μεγάλης εμβέλειας βλήμα 40N6 θεωρείται ότι δεν μπορεί ν’ αξιοποιηθεί αποτελεσματικά σε στόχους που ίπτανται χαμηλότερα από 3 km, εκτός εάν τα δεδομένα στόχου μπορούν να λαμβάνονται και να ανανεώνονται από κατάλληλα διασυνδεδεμένες προκεχωρημένες εγκαταστάσεις επιτήρησης ή αντίστοιχες εναέριες πλατφόρμες ραντάρ. Ουσιαστικά, το S-400 αποτελεί αντιαεροπορικό σύστημα μεγάλης εμβέλειας, με περιορισμένη ικανότητα άμυνας εναντίον βαλλιστικών πυραύλων, μικρού και μεσαίου βεληνεκούς. H εμβέλεια των 380-400 km των μεγαλύτερων βλημάτων 40N6E αντιστοιχεί σε αεροδυναμικούς στόχους (αεροσκάφη ή βλήματα cruise), ενώ έναντι βαλλιστικών και άλλων υπερ-υπερηχητικών πυραύλων συρρικνώνεται μόλις στα 60 km.

[16]             Στην άμυνα εναντίον βαλλιστικών πυραύλων, οι κινηματικές κεφαλές είναι πολύ πιο αποτελεσματικές. Η κινηματική κεφαλή των συστημάτων THAAD, PAC-3 και SM-3 πλήττει ένα συγκεκριμένο τμήμα του πυραύλου, συνήθως την κεφαλή. Αυτό εγγυάται την καταστροφή του ωφέλιμου φορτίου (συμβατικά εκρηκτικά ή χημικά/βιολογικά/πυρηνικά). Η καθαρή ενέργεια που απελευθερώνεται από μια κινηματική κεφαλή μειώνει σημαντικά το μέγεθος των συντριμμιών των πυραύλων που φτάνουν στο έδαφος.

Τα αντιαεροπορικά βλήματα του συστήματος S-400 διαθέτουν κεφαλές κατακερματισμού, οι οποίες είναι αποτελεσματικές έναντι μαλακών στόχων, όπως πχ αεροσκάφη, αλλά όχι ιδιαίτερα αποτελεσματικές εναντίον βαλλιστικών πυραύλων που έχουν σχεδιαστεί για να επιβιώνουν από την επανείσοδο στην ατμόσφαιρα. Ως αποτέλεσμα, ακόμη και μια επιτυχημένη αναχαίτιση, μπορεί να οδηγήσει σε μεγάλα τμήματα του βαλλιστικού πυραύλου να πέσουν άθικτα στο έδαφος, όπως συχνά συμβαίνει πχ στη Σαουδική Αραβία που χρησιμοποιεί παλαιότερα βλήματα αναχαίτισης PAC-2. Σε ένα αστικό περιβάλλον, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε πολλά θύματα, ανεξάρτητα από την επιτυχία της αναχαίτισης. Αυτός, είναι ένας από τους κύριους λόγους για τους οποίους το PAC-3 MSE είναι πολύ αποτελεσματικότερο από το S-400, όσον αφορά στην άμυνα έναντι βαλλιστικών πυραύλων.

[17] Η εγκατάσταση στην Αλάσκα αντιμετωπίζει τους διηπειρωτικούς πυραύλους στην ενδιάμεση φάση της τροχιάς τους (midcourse), δηλαδή πριν από την επανείσοδό τους στην ατμόσφαιρα κατά την τερματική φάση καθόδου (terminal phase). Στην ενδιάμεση φάση, ο πύραυλος φθάνει στο μέγιστο υψόμετρο και αρχίζει την καθοδική του διαδρομή κατευθυνόμενος προς το στόχο. Η ενδιάμεση φάση διαρκεί περίπου 20 λεπτά και είναι η μεγαλύτερη σε διάρκεια. Στο κενό του διαστήματος, με σχεδόν μηδενική αεροδυναμική τριβή, τα δολώματα που αποδεσμεύονται από τον πύραυλο μπορεί να είναι πολύ αποτελεσματικά, καθώς κινούνται και αυτά με σχεδόν την ίδια ταχύτητα..

[18] Η τροχιά ενός βαλλιστικού πυραύλου θεωρείται σχετικά ομαλή και προβλέψιμη, μετά την αρχική φάση προώθησης (boost phase). Επομένως, δειγματοληπτώντας κάποιες διαδοχικές θέσεις, μπορούμε με αρκετά μεγάλη ακρίβεια να υπολογίσουμε την πορεία του, καθώς και να κατευθύνουμε εναντίον του, κάποιον πύραυλο αναχαίτισης.

[19] Οι πύραυλοι ICBM με δυνατότητα πολλαπλών οχημάτων επανεισόδου ανεξάρτητης στόχευσης MIRV (multiple inde-pendently targetable reentry vehicle), συνήθως διαθέτουν στάδιο μετά την αρχική εκτόξευση, αφού ολοκληρωθεί η προωστήρια πτήση σε μεγάλα ύψη, κατά το οποίο μπορούν να ελίσσονται ενώ βρίσκεται έξω από την ατμόσφαιρα, για τη διανομή μεμονωμένων κεφαλών σε πολλαπλούς στόχους σε διαφορετικά προσεγγίσεις, επιτρέποντας σε ένα μόνο ICBM να χτυπήσει στόχους που απέχουν μεταξύ τους μεγάλες αποστάσεις. Τα MIRV γενικά επιτρέπουν έναν πιο αποδοτικό οικονομικά τρόπο πυρηνικής στόχευσης, δεδομένου ότι το κόστος κατασκευής πρόσθετων πυρηνικών κεφαλών και οχημάτων επανεισόδου είναι χαμηλότερο από το κόστος κατασκευής περισσότερων βαλλιστικών πυραύλων. Το μοναδικό ενεργό ICBM των Ηνωμένων Πολιτειών, το Minuteman III, σχεδιάστηκε για να είναι ικανό να μεταφέρει τρεις κεφαλές σε πολλαπλούς στόχους, αλλά οι τρέχοντες πύραυλοι διαθέτουν μια μόνο κεφαλή υψηλής απόδοσης. Το Trident II D5, οι μόνοι αμερικανικοί βαλλιστικοί πύραυλοι που εκτοξεύονται από υποβρύχια, διαθέτει τέσσερις έως πέντε κεφαλές, αν και η καθεμία μπορεί να μεταφέρει έως και οκτώ.

Η διαμόρφωση διάταξης ανεξάρτητου οχήματος μετά την εκτόξευση IPBV (independent post-boost vehicle), που έχει δοκιμαστεί από τη Ρωσία, βασίζεται σε παρόμοια ιδέα, αλλά επιτρέπει πιο περίπλοκη και ευέλικτη στόχευση ενός βαλλιστικού πυραύλου, κατά την ενδιάμεση πορεία της τροχιάς. Τα οχήματα IPBV δεν θεωρούνται ανεξάρτητο στάδιο πυραύλων, καθώς δεν ενισχύουν γενικά το βεληνεκές, αλλά επιτρέπουν πιο ακριβή καθοδήγηση και στόχευση. Με τη σχεδίαση IPBV, οι κεφαλές ενός πυραύλου ICBM μπορούν να έχουν πολύ πιο ανεξάρτητη τελική τροχιά, από του κύριου πυραύλου, που σημαίνει ότι απελευθερώνονται με μη γραμμικό τρόπο, ώστε ένα και μοναδικό ICBM να μπορεί να επιτεθεί σε πολύ ευρύτερη περιοχή. Αυτό, δυνητικά επιτυγχάνει πιο ακριβή στόχευση, καθώς τα οχήματα επανεισόδου δεν περιορίζονται να απελευθερώνονται σε μια γραμμική διαδρομή πτήσης.

[20] Λόγω της υψηλής υπερηχητικής ταχύτητας στη φάση καθόδου μέσα στην ατμόσφαιρα, η αναχαίτιση αποτελεί εξαιρετικά δύσκολο έργο.

[21] Το αντίστοιχο του THAAD ρωσικό σύστημα εδάφους-αέρος είναι το S-500 Prometheus (55R6M Triumfator-M) της Almaz-Antey, με αντιβαλλιστικές δυνατότητες (μέσης και τερματικής φάσης) και μεγαλύτερο επιχειρησιακό φάκελο βλημάτων (έως και 600 km). Το S-500 πρόκειται να αντικαταστήσει το παλαιότερο A-135/235. Εξουδετερώνει ταυτόχρονα περισσότερους από 10 βαλλιστικούς ή cruise “hypersonic” στόχους, οι οποίοι ίπτανται με ιλλιγιώδεις ταχύτητες 5-7 km/sec, ακόμη και σε διαστημικά υψόμετρα (>100 km). Ο χρόνος απόκρισης του συστήματος είναι <4 sec (αντί 10 sec του S-400). Χρησιμοποιεί το εμβέλειας 3000 km τρισδιάστατο ραντάρ απόκτησης και διαχείρισης μάχης 91N6A (Μ), μια τροποποίηση του 91N6Ε (Big Bird). Ως δεύτερο ραντάρ απόκτησης είναι το 96L6-TsP, μια αναβαθμισμένη έκδοση του 96L6 (Cheese Board), τρίτο ραντάρ εμπλοκής πολλαπλών λειτουργιών είναι το 76T6 και τέταρτο ραντάρ εμπλοκής το 77T6 ABM. Επίσης, χρησιμοποιεί τόσο τα βλήματα 77N6-N και 77N6-N1, που είναι ικανά να προσβάλουν ακόμη και δορυφόρους, όπως επίσης την οικογένεια βλημάτων 48N6, τα οποία έχουν αποτελεσματική εμβέλεια μέχρι 240 km ή τα ακόμη υψηλότερων επιδόσεων 40N6 για μεγάλους στόχους σε μεγαλύτερη εμβέλεια, αλλά και τα μικρότερα και ελαφρύτερα βλήματα 9M96 και 9M100. Υποστηρίζεται ότι το ραντάρ του  συστήματος εντοπίζει και εγκλωβίζει μαχητικά stealth σε σχετικά μεγάλες αποστάσεις.

[22] Το εξωατμοσφαιρικό κατευθυνόμενο βλήμα SM-3 διαθέτει κάποιες δυνατότητες αναχαίτισης βαλλιστικών βλημάτων SRBM (Short Range Ballistic Missiles) & IRBM (Intermediate Range Ballistic Missiles) σε ύψη της τάξης των 500+ km. H οροφή του βλήματος φθάνει περί τα 1000 km και μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για κατάρριψη τεχνητών δορυφόρων. Η μέγιστη εμβέλεια δεν αποτελεί την κυρίαρχη παράμετρο στη συγκεκριμένη περίπτωση: έως 378 nm (Block IA/B) και 1350 nm (Block IIA). Σε μεγάλα υψόμετρα, η μέγιστη ταχύτητα φθάνει τα 3 km/sec (Mach 10) για τα Block IA/B και 4.5 – 5.0 km/sec (Mach 16 – 18) για τα Block IIA. Η τελική κατεύθυνση του βλήματος βασίζεται σε διχρωματικό ερευνητή IIR (Imaging Infra-Red), με αισθητήρα ατένισης (staring FPA) και πιθανότητα επιτυχίας 90%. Ωστόσο, το βλήμα δεν έχει τη δυνατότητα αποτελεσματικής αντιμετώπισης διηπειρωτικών βαλλιστικών πυραύλων ICBM (Inter-Continental Ballistic Missiles) στη φάση καθόδου, όπου κινούνται με ταχύτητες Mach 24+. Γενικά, η ικανότητα αντιμετώπισης (αναχαίτισης) βλημάτων ICBM στη φάση καθόδου είναι έως και αδύνατη από τα περισσότερα αντιαεροπορικά συστήματα (Patriot, κτλ), ακόμη και από αντιβαλλιστικά συστήματα (THAAD, κτλ), τα οποία θεωρούνται περιορισμένης επιχειρησιακής ικανότητας για το σκοπό αυτό.

[23] Η αρχική ανάπτυξη ανατέθηκε στην RCA. To SPY-1A ακολούθησαν οι βελτιωμένες και πιο συμπαγείς εκδόσεις SPY-1B (στενότεροι κύριοι και ασθενέστεροι πλευρικοί λοβοί), D και D(V). Η τελευταία, αποτελεί έκδοση παρακτίων επιχειρήσεων, με βελτιωμένη ικανότητα επιτήρησης κάτω από ισχυρό περιβαλλοντικό clutter, ψευδοστόχων και έντονων ηλεκτρονικών παρεμβολών, με δυνατότητες TBMD και δυνατότητα καθοδήγησης ενδιάμεσης φάσης των βλημάτων SM-2. Τέλος, η ακόμη πιο συμπαγής και μικρότερη έκδοση SPY-1F προορίζεται για μεγάλες φρεγάτες 5500 τόνων (χωρίς όμως δυνατότητες TBMD). Για μείωση των ψευδών συναγερμών και των υπερφορτώσεων που προκαλούν τα μεταβατικά σήματα/ίχνη, οι τελευταίες εκδόσεις D(V), F και F(V) διαθέτουν ακόμη χαμηλότερους πλευρικούς λοβούς και αλγορίθμους επεξεργασίας αυξημένης καταπίεσης του παράκτιου clutter από ξηρές, καιρικά φαινόμενα, σμήνη πουλιών, κτλ. Η ειδική έκδοση AN/SPY-1E αποτελεί μια αναβάθμιση της κεραίας που επαυξάνει το εύρος διέλευσης συχνοτήτων και την ευαισθησία, σε βαθμό τέτοιο ώστε να υποστηρίζει πλήρως τη ναυτική άμυνα από βαλλιστικούς πυραύλους (Navy Theater Wide Ballistic Missile Defense).

[24] Οι χρησιμοποιούμενες μικροκυματικές λυχνίες CFA στο συγκεκριμένο ραντάρ είναι οι SFD-261MT της εταιρείας CPI, η παραγωγή των οποίων έχει διακοπεί από το 1987. Παρόμοιες ήταν επίσης οι CFA λυχνίες SFD-262 (Varian) και L4707 (Litton).

[25] Οι χρησιμοποιούμενες λυχνίες CFA από τα ραντάρ AN/SPY-1B/D είναι οι SFD-262 / L4808 της L3Harris.

[26] Η νεότερη κλάση των καναδέζικων πολεμικών πλοίων επιφανείας CSC (Canadian Surface Combatant) και των ισπανικών φρεγατών F-110 Bonifaz διαθέτουν το 3D AESA ραντάρ AN/SPY-7(V)1/2 των Indra / Lockheed Martin, ένα παράγωγο του LRDR (Long Range Discrimination Radar), ολοκληρωμένο στο σύστημα μάχης Aegis. Οι στοιχειοκεραίες του εν λόγω ψηφιακού ραντάρ λογισμικού (software defined) διαθέτουν υψηλής ισχύος T/R στοιχεία τεχνολογίας GaN, στην S-band. Το σύστημα είναι ικανό να παρακολουθεί πολλούς στόχους ταυτόχρονα, με υψηλή ακρίβεια, ακόμη και hypersonic βλήματα, ενώ υποστηρίζει και την άμυνα από βαλλιστικούς πυραύλους. Επιπρόσθετα, η ισπανική κλάση φρεγατών φέρει και το AESA ραντάρ επιφανείας Prisma-25X, της Indra. Τα κατευθυνόμενα βλήματα μπορεί να είναι τα κλασσικά ημιενεργής κατεύθυνσης ESSM / SM-2 (κατευθυνόμενα από AESA καταδείκτη της MDA για τις Καναδέζικες μονάδες) ή τα νεότερης γενιάς ενεργής κατεύθυνσης CAMM (Common Anti-air Modular Missile) / Sea Ceptor της MBDA, κατάλληλα για την αντιβληματική προστασία από επιθέσεις κορεσμού της αεράμυνας (χαμηλότερου Pk από τα ASTER 15).

Τα CAMM βασίζονται στο βρετανικό βλήμα υπέρυθρης καθοδήγησης μικρών αποστάσεων ASRAAM (αλλά με ενεργό ερευνητή), για την αποτελεσματικότερη αντιμετώπιση υπερηχητικών απειλών. To πολύ ελαφρύτερο CAMM έχει δραστικό βεληνεκές έως 25 km, ενώ το CAMM-ER έως και 45 km και οροφή <10 km ή 32.800 ft (Local Area Defense Missile), έναντι εμβέλειας 29.6 km και οροφής 13 km (42650 ft) των ASTER 15. Μέγιστη ταχύτητα των συγκεκριμένων βλημάτων Mach 3.0. Εφαρμόζουν τεχνολογία ψυχρής εκτόξευσης (soft vertical launch) της MBDA, με πεπιεσμένα αέρια που παράγονται από κάποια ταχεία χημική αντίδραση (εκτοξευτήρας MLS). Η τεχνική εκτοξεύει το βλήμα σε ύψος 30 m, χωρίς την παραγωγή καυσαερίων, και ακολούθως ενεργοποιείται ο πυραυλοκινητήρας, επιτυγχάνοντας υψηλότερο ρυθμό βολής για την αποτελεσματικότερη αντιμετώπιση των επιθέσεων κορεσμού.

[27] Από το 2016, με την εισαγωγή του Baseline 9C, τα SPY-1 ενσωματώνουν τον ψηφιακό επεξεργαστή MMSP (Multi-Mission Signal Processor), υποστηρίζοντας ολοκληρωμένες δυνατότητες IAMD (Integrated Air and Missile Defence). Τα παλαιότερα Baselines, δεν υποστήριζαν ταυτόχρονα επιχειρήσεις αντιβαλλιστικής άμυνας (BMD) μεγάλης εμβέλειας και αντιβληματικής προστασίας (ASMD) μικρής εμβέλειας / χαμηλού ορίζοντα. Η εν λόγω αναβάθμιση του Aegis, μεταξύ των άλλων βελτιώνει επίσης τις δυνατότητες δικτύωσης, επιτρέποντας στα σκάφη Aegis να συντονίζουν αυτόματα την άμυνα με δεδομένα από δορυφορικά και επίγεια ραντάρ, διαμορφώνοντας μια πραγματική ασπίδα άμυνας σε μια ευρεία περιοχή.

Ειδικότερα, η Baseline 9C1 προσθέτει τον έλεγχο των βλημάτων SM-3 Block IΒ, ενώ η Baseline 9C2 τον έλεγχο των SM-3 Block IIA.

[28] Η χαμηλού κόστους και μικρότερη απ’ όλες έκδοση SPY-1K, για κορβέτες και μικρές φρεγάτες έως 3500 τόνους, δεν εγκαταστάθηκε ποτέ σε κάποιο πολεμικό πλοίο (οκταγωνικές κεραίες διαμέτρου 1.5-1.7 m, 912 στοιχείων, τυπικό γωνιακό εύρος ενός λοβού λήψης 3.6°, ιδίας ισχύος εκπομπής με την έκδοση 1F και δυνατότητας παρακολούθησης έως 900 στόχων, με ταυτόχρονη καθοδήγηση έως 12 SM-2MR ή 6 ESSM).

[29] Οι χρησιμοποιούμενες λυχνίες CFA είναι οι SFD-268 / L4909 της L3Harris, με αυξημένη ισχύ εισόδου κατά 45% (υψηλότερου κύκλου λειτουργίας κατά 33%, χαμηλότερου θορύβου κατά 2 dB, χαμηλότερου jitter κατά 40%).

[30] Κατά το παρελθόν, η ενδιάμεση καθοδήγηση των πρώτων εκδόσεων του βλήματος SM-2 στα παλαιά αμερικανικά πλοία Tartar (μη φορείς Aegis) βασιζόταν στην αυτοτελή επικοινωνιακή ζεύξη του συστήματος AN/SYR-1 Communication Tracking Set. Μέσω αυτής, μεταδίδονταν τα απαραίτητα σήματα των βλημάτων (downlink), για την παρακολούθηση και την επιτάχυνση της επεξεργασίας καθοδήγησης προς το στόχο. Ένα τέτοιο σύστημα διέθετε τέσσερις μικρές φασικές στοιχειοκεραίες και μπορούσε να λαμβάνει ταυτόχρονα τα σήματα δύο διαφορετικών βλημάτων. Κάθε κεραία κάλυπτε τομέα από -21° έως +76° καθ’ ύψωση και -45° έως +45° κατά διόπτευση (αζιμούθιο).

[31] Τα βλήματα SM-2ER Block I/II/III (RIM-67) δεν βρίσκονται πλέον σε υπηρεσία στο αμερικανικο ναυτικό. Για ένα μικρό χρονικό διάστημα υπήρξε κάποια έκδοση SM-2ER Block IV (RIM-156), με εμβέλεια 130 nm και ενδοατμοσφαιρικές αντιβαλλιστικές δυνατότητες, αλλά σύντομα αντικαταστάθηκε από το υψηλότερων επιδόσεων SM-6 ERAM (RIM-174). Οι νέες φρεγάτες Hunter της Αυστραλίας μαζί με το ραντάρ CEAFAR2 χρησιμοποιούν τα βλήματα RIM-174 SM-6 Block.1 ERAM και την έκδοση RIM-67D SM-2ER Block.IIIC, με ενεργό ερευνητή και εμβέλεια 100 nm.

[32] Τυπικά, το Avangard, μεταφέρει μια πυρηνική κεφαλή και αναπτύσσεται από το μεγάλου βεληνεκούς διηπειρωτικό βαλλιστικό πύραυλο SS-19 Stiletto.

[33] Ο DF-26 αποτελεί επαυξημένη έκδοση του παλαιότερου DF-21. Στη διαμόρφωση DF-26B αποτελεί βαλλιστικό βλήμα εναντίον πλοίων επιφανείας, με ενεργό RF seeker και δυνατότητα μεταφοράς θερμοπυρηνικής ή συμβατικής κεφαλής.

[34] Maritiem Waarschuwing: ναυτική επιτήρηση

[35] SMART: Signaal Multibeam Acquisition Radar for Tracking

[36] Το αρχικό SMART-L δεν παράγεται πλέον. Η επόμενης γενιάς επαυξημένη, πλήρως ψηφιακά ελεγχόμενη έκδοση (2012) AESA ραντάρ SMART-L MM (Multi Mission) ή EWC (Early Warning Capability), τεχνολογίας εκπομπής GaN (άνω των 1000 T/R modules) και λήψης dual axis multibeam υποστηρίζει επεξεργασία ELR (Extended Long Range). Ανιχνεύει και παρακολουθεί βαλλιστικούς πυραύλους και άλλα διαστημικά αντικείμενα με ταχύτητες 8 km/sec σε αποστάσεις έως και 2000 km (staring / sector search), διατηρώντας ταυτόχρονα την ικανότητα αεράμυνας, παρακολουθώντας στόχους αέρος σε ονομαστική απόσταση έως και 480 km (για μεγάλα αεροσκάφη), ενώ στόχοι stealth ανιχνεύονται σε σημαντικά μικρότερες αποστάσεις. Υποστηρίζει τη χρήση αντιαεροπορικών βλημάτων, όπως πχ τα RIM-66 Standard SM-2MR Block IIIA/B.

[37] Το S1850M έχει ορισμένες διαφορές ως προς το SMART-L, όπως λίγο υψηλότερη ταχύτητα περιστροφής, βελτιωμένες δυνατότητες anti-jamming, περισσότερο ευέλικτη επεξεργασία σήματος και τοπικές κονσόλες χειρισμού.

[38] Το τρισδιάστατο ραντάρ πολλαπλών λειτουργιών Kronos MFRA της Leonardo (Selex), στη μπάντα C (4-8 GHz) βασίστηκε στην τεχνολογία του παλαιότερου παθητικής σάρωσης συστήματος EMPAR (European Multifunction Phased Array Radar), εισάγοντας μια αρχιτεκτονική με ενεργές στοιχειοκεραίες AESA, τεχνολογίας GaAs. Διαθέτει μηχανικά περιστρεφόμενη κεραία 60 rpm και μέγιστη θεωρητική εμβέλεια επιτήρησης 250 km (στην παλαιότερη έκδοση μικρών σκαφών Kronos Naval). Σήμερα, το Kronos Naval κυκλοφορεί στην έκδοση HP (High Power), στην οποία η στοιχειοκεραία AESA διαθέτει μεγαλύτερο πλήθος T/R modules (GaAs), σε σύγκριση με το αρχικό βασικό μοντέλο των ραντάρ της οικογένειας Kronos. Αυτό επιτρέπει την παροχή βελτιωμένων επιδόσεων, όπως πχ θεωρητική εμβέλεια 300+ km για μεγάλα αεροσκάφη και 180-250 km για μικρότερα. Η μηχανικά περιστρεφόμενη κεραία του συστήματος (60 rpm) παρέχει ηλεκτρονική κάλυψη ανύψωσης έως 70° στην επιτήρηση και έως 85° στη λειτουργία παρακολούθησης (η ηλεκτρονική σάρωση παρέχει κατεύθυνση δέσμης έως ±45° σε αζιμούθιο και έως ±60° καθ’ ύψος). Με ρυθμό ενημέρωσης παρακολούθησης έως και 1 sec, το σύστημα είναι σε θέση να διαχειρίζεται έως και 300 εναέρια ίχνη.

Ως Kronos Grand Naval (MFRA) είναι εγκατεστημένο στις ιταλικές φρεγάτες FREMM (EuropeanFRigatesMulti-Mission), κλάσης Carlo Bergamini (F590) και στις αντίστοιχες Αιγυπτιακές ENS Al-Galala. Επίσης, προβλέπεται να εξοπλίζει τις νέες ιταλικές φρεγάτες πολλαπλών ρόλων PPA (Pattugliatore Polivalente d’Altura) και τις κορβέτες κλάσης Doha. To σύστημα διεξάγει ηλεκτρονική σάρωση καθ’ ύψος ±60º και σε αζιμούθιο ±45º, ενώ παράλληλα εκτελεί μηχανική σάρωση για κάλυψη 360º. Διαχειρίζεται μερικές εκατοντάδες ίχνη (300+), με ανανέωση δεδομένων κάθε 1 sec για τους πιο επικίνδυνους και κάθε 4 sec για τους υπόλοιπους στόχους. Διαθέτει δυνατότητα ταυτόχρονης εμπλοκής 16 στόχων με βλήματα ASTER 15/30 και επιπλέον μπορεί να παρακολουθεί στόχους μικρού μεγέθους (πχ χαμηλά ιπτάμενα κατευθυνόμενα βλήματα RCS = 0.1 m2 με ταχύτητες έως Mach 3, σε απόσταση 20-25 km). Επίσης, διαθέτει δυνατότητα παροχής διαφορετικών ρυθμών ανανέωσης (update rates), όπως και κατηγοριοποίησης ιχνών μέσω της λειτουργίας NCTR (Non Cooperative Target Recognition). Το σύστημα δεν υποστηρίζει λειτουργίες ηλεκτρονικών υποκλοπών (ES) και ηλεκτρονικής επίθεσης (EA), ενώ μεταξύ των τεχνικών EP διαθέτει SLB<40 dB.

Για την ικανοποίηση των απαιτήσεων ολοκληρωμένης αεράμυνας IAMD (Integrated Air and Missile Defence), η οποία περιλαμβάνει παρούσες και μελλοντικές απειλές υψηλής ταχύτητας, τακτικά βαλλιστικά βλήματα (TBM) (είτε αυτόνομα είτε υπό καθοδήγηση), όπως επίσης ανίχνευσης και παρακολούθησης βλημάτων cruise και στόχων επιφανείας, αλλά και υποστήριξης των ζεύξεων των αντιαεροπορικών βλημάτων ASTER 15/30, η έκδοση Kronos Dual Band περιλαμβάνει δύο 3D ραντάρ AESA / MFR των τεσσάρων σταθερών πάνελ το καθένα: το Kronos Quad (C-band / GaN) και το Kronos StarFire (X-band), ολοκληρωμένα σε κοινό σύστημα διαχείρισης πόρων (system manager), βελτιστοποιώντας τις λειτουργίες αναζήτησης μεγάλης εμβέλειας και παρακολούθησης των απειλών, καθώς επίσης και τις λειτουργίες ηλεκτρονικού πολέμου (ES & EA). Το σύστημα διαχείρισης ελέγχει σε πραγματικό χρόνο, τόσο τα δύο διαφορετικά ραντάρ C και X μπάντας, όσο και τη σουίτα EW του πλοίου (υποκλοπών και παρεμβολών), για την αποτελεσματικότερη χρήση  όλων των συστημάτων. Το ραντάρ της C-band αφορά στη μέσης εμβέλειας επιτήρηση και παρακολούθηση αεροσκαφών και αντιβαλλιστικών πυραύλων, καθώς επίσης στην καθοδήγηση αντιαεροπορικών βλημάτων. Το ραντάρ της Χ-band αφορά στη μικρότερης εμβέλειας επιτήρηση και παρακολούθηση επιφανείας και αέρος. Το πλήθος των T/R modules επιλέγεται ανάλογα με τις επιδιωκόμενες επιδόσεις. Το σύστημα καλύπτει με ηλεκτρονική σάρωση καθ’ ύψος από 0º έως 90º και σε αζιμούθιο 360º, με ονομαστική εμβέλεια 300 km (ABT mode).

Ένας αριθμός των Ιταλικών σκαφών PPA προγραμματίζεται να φέρει την πλήρη (Full) διαμόρφωση του συστήματος Kronos (C και X-band) και ένα μέρος την έκδοση Light+ με μόνον τα πάνελ της C-band (Quad). Η έκδοση Light με μόνον τα πάνελ της X-band (StarFire), μάλλον δεν πρόκειται να υλοποιηθεί.

[39] Η πρώτη πτήση του Boeing E-3A ήταν το 1972, ενώ ακολούθησαν οι βελτιωμένες εκδόσεις Ε-3Β, C, D, κτλ. Το E-3 αποτελεί στρατιωτικοποιημένη έκδοση του αεροσκάφους Boeing 707-320B. To χρησιμοποιούμενο σύστημα ραντάρ ΑΝ/ΑPΥ-1/2 της Northrop Grumman (παλαιότερα Westinghouse Electric Corporation) εντοπίζει στόχους ιπτάμενους πάνω από τον ορίζοντα (αεροσκάφη) σε αποστάσεις έως και 280 ναυτικών μιλίων (360 ναυτικών μιλίων οι νεότερες εκδόσεις), ενώ χαμηλά ιπτάμενα αεροσκάφη και πλοία επιφανείας σε αποστάσεις έως και 200 ναυτικών μιλίων (για τυπικό ύψος περιπολίας 29.000 ft). Το ραντάρ λειτουργεί στην S-band (2-4 GHz) και διαθέτει τουλάχιστον επτά διαφορετικές μεθόδους λειτουργίας (διαμόρφωσης). To AN/APY-2 έχει δυνατότητα ταυτόχρονης παρακολούθησης άνω των 600 στόχων.

[40] Η πρώτη πτήση του Grumman E-2A Hawkeye ήταν το 1960, ενώ ακολούθησαν οι βελτιωμένες εκδόσεις E-2B, E-2C και Hawkeye 2000. Η μέγιστη ταχύτητα του αεροσκάφους είναι 338 knots (cruising speed 260 knots). Οι συσκευές ραντάρ που χρησιμοποιήθηκαν κατά καιρούς από τα αεροσκάφη E-2, ήταν κατά σειρά παλαιότητας το AN/APS-96 (απαρχαιωμένο), AN/APS-120 (απαρχαιωμένο), AN/APS-125 (μέγιστης εμβέλειας εντοπισμού μαχητικών αεροσκαφών 200 ναυτικών μιλίων), AN/APS-128, ΑΝ/ΑPS-138 & AN/APS-139 (ραντάρ UHF). Το τελευταίο μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε από τα αεροσκάφη E-2C, είναι το AN/APS-145 της Lockheed Martin, μέγιστης εμβέλειας εντοπισμού μαχητικών αεροσκαφών 300 ναυτικών μιλίων (550 km), δυνατότητας παρακολούθησης χιλιάδων στόχων και κατεύθυνσης δεκάδων μαχητικών αεροσκαφών. Ακολούθησε η αναβάθμιση του τελευταίου τύπου (Radar Modernization Program – RMP), κατά την οποία αντικαταστάθηκε το hardware του συστήματος με εξαρτήματα νεότερης τεχνολογίας στερεάς κατάστασης (πομπός υψηλής ισχύος ημιαγωγών, ψηφιακός δέκτης ευρείας μπάντας, κτλ), καθώς επίσης και ένα σύστημα κεραίας ηλεκτρονικής σάρωσης UHF. Ειδικότερα, ο ψηφιακός δέκτης του ραντάρ εκτελούσε δειγματοληψία απευθείας στα UHF (~430 MHz), χρησιμοποιώντας έναν 8-bit μετατροπέα Rockwell ADC, ρυθμού 3 Gbps. Επίσης, τρία στάδια υποβιβασμού συχνότητας (IF) και η ανίχνευση I-Q διεξάγονταν ψηφιακά, ενώ φιλτράροντας το θόρυβο κβάντισης, αυξανόταν ο ενεργός αριθμός bit του μετατροπέα ADC. Για παράδειγμα, εάν το φασματικό εύρος του σήματος είναι μόνο 5 MHz, η αύξηση του λόγου S/N υπολογίζεται σε 3 GHz / (2 x 5 MHz) ή 25 dB, επομένως η αύξηση του αριθμού των ενεργών bit είναι 25 dB διά 6 dB / bit = 4.2 bit, παρέχοντας συνολική ανάλυση 12 bit.

Advertisement

4 Responses to Συστήματα Φασικών Στοιχειοκεραιών (Phased Arrays) – Mέρος Α΄

  1. Προβοκάτωρ says:

    Διαφωτιστικό το άρθρο για τους αδαείς επί του θέματος. Θα αναμένουμε τα επόμενα μέρη για να θέσουμε «δάκτυλον επί τον τύπον των ήλων»…

    Ωστόσο, δράττομαι της ευκαιρίας σημ.36 να επισημάνω την ευκαιρία (που τόνιζα κ στον φίλτατο Σμήναρχο), της πιθανής απόκτησης έναντι ευτελούς κόστους των προς απόσυρση 3 SMART-L των Sachsen-class κ εκσυγχρονισμού τους σε SMART-L MM/F, και ακολούθως η τοποθέτηση τους σε Πήλιο-Ζήρο-Μάκρη

  2. Konstantinos Zikidis says:

    Πάντα διαφωτιστικός ο κ. Ναύαρχος, τα κείμενά του αποτελούν πηγή γνώσης.
    Απαντώντας στον Προβοκάτορα (έστω και με ένα μικρό delay), θα χρησιμοποιήσω το Σχήμα 32, όπου φαίνεται το Smart-L: μιλάμε για ένα πολύ μεγάλο ραντάρ, με κεραία βάρους 8 τόνων. Βεβαίως, την έχει μεγάλη και σίγουρη, την εμβέλεια, με αποκάλυψη έως και 2000 χλμ για βαλλιστικούς πυραύλους. Τους οποίους βαλλιστικούς είναι γνωστό ότι δυσκολεύονται να αποκαλύψουν τα υφιστάμενα ραντάρ επιτήρησης. Δεν αποκαλύπτω μυστικά, αυτά είναι γνωστά στους παροικούντες την Ιερουσαλήμ, ακόμα και σε αυτούς που μένουν παραέξω από την πόλη, δηλαδή στους μη ειδικούς. Οι τύποι των ραντάρ της ΠΑ είναι γνωστοί σε όλο το ΝΑΤΟ, όπως και η τεχνολογία τους, οι δυνατότητές τους και οι περιορισμοί τους, δεδομένου ότι όλα έχουν ηλικία άνω των δύο δεκαετιών. Ενδεικτικά παραθέτω παλαιότερη μπροσούρα του S743D, ενός από τα καλύτερα ραντάρ μας, όπου είναι εμφανής η ανυπαρξία ικανότητας αποκάλυψης βαλλιστικών: https://marconiradarhistory.pbworks.com/f/743D%20Brochure.pdf
    Δεν ξέρω εάν θα ήταν δυνατή η αξιοποίηση παλαιότερων ραντάρ πλοίων και η μετασκευή τους σε επίγειες μονάδες. Γνωρίζω όμως ότι η προμήθεια ανάλογων ραντάρ είναι επιτακτική. Χωρίς επαρκή έγκαιρη προειδοποίηση και κατάλληλη αντιαεροπορική/αντιβαλλιστική προστασία των αεροδρομίων, η επένδυση 1,5 δισ. $ για την αναβάθμιση σε Βάιπερ, 3,5 δισ. € για τα Ραφάλ και τα όπλα τους και αύριο 4 δισ. $ για τα Φ-35, συν την υπόλοιπη επένδυση στην ΠΑ, ενδέχεται να καταστεί ανενεργή, εάν δεχτούμε χτυπήματα βαλλιστικών στους διαδρόμους προσγείωσης, πράγμα όχι ανέφικτο υπό τις διαφαινόμενες συνθήκες.

  3. Προβοκάτωρ says:

    Αγαπητέ, τα SMART-L των LCF αναβαθμίζονται ήδη σε ΜΜ…

    https://www.armadainternational.com/2017/10/thales-smart-l-multi-mission-radar-unrivalled-performance/

  4. ilias says:

    Συγχαρητηρια!!!!!!!

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s