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無需轉動天線！相位陣列如何迅速改變無線信號方向？
隨著科技的進步，無線通訊技術已經從傳統的單一天線發展到現在的相位陣列技術。相位陣列由多個小型天線以陣列形式排列，在不需要逐個轉動天線的情況下，可以快速改變無線信號的發射方向。這種技術在現代無線通信、航空航天乃至醫療領域中都有廣泛的應用。
相位陣列的核心原理是透過調整每個天線輻射信號的相位，來實現對發射的信號方向進行控制。當信號經過每個天線時，電腦系統會將信號的相位延遲一段特定的距離，從而創造出一個干涉圖案。當多個天線的信號相互配合時，可以形成強度更高的信號朝向特定的方向發射。
這種技術的結果是，在所需的方向上，所有的電波會在相位上相互對齊，形成建設性干涉，從而提升該方向的信號強度。
相位陣列的基本構成
相位陣列的工作原理建立在電子掃描技術的基礎上，它涵蓋了多種不同的應用場景。基本上，這類陣列由一些天線元素組成，這些元素的電流由一個計算機控制的傳輸系統供給。相較於傳統的單一天線，相位陣列可以同時以不同的方向發射信號。
相位陣列技術分為幾種類型，例如被動電子掃描陣列（PESA）和主動電子掃描陣列（AESA）。在PESA中，所有天線使用一個共同的發射器，而AESA則在每個天線源頭都配備獨立的發射接收模塊，從而實現更高的靈活性和功能性。
歷史背景
相位陣列的概念最早由諾貝爾獎得主卡爾·費迪南德·布勞恩於1905年提出。隨著時間的推移，相位陣列主要在軍事雷達系統中得到了發展，特別是在球彈導彈的追蹤和探測中表現出了巨大的潛力。在二戰期間，美國和德國都開始使用這項技術，隨著技術警覺逐漸被應用於民用領域，例如5G通信技術的實現。
相位陣列的應用範圍
隨著無線通信的需求增加，相位陣列的應用範圍也越來越廣泛。在廣播領域，相位陣列被用來增強信號強度和覆蓋面積。在軍事上，它用於導彈制導和目標追蹤。同樣，在氣象研究中，專門的相位陣列天線也被用來提高雷達的觀測能力。
例如，國立劇烈風暴實驗室使用由美國海軍提供的SPY-1A相位陣列天線進行天氣研究，期望提高雷達對暴風雨和龍捲風的預測能力。
未來展望
正隨著技術的進步，相位陣列有望在更多領域內發揮作用，包括衛星通訊和自動駕駛系統。在未來，我們可能看到更靈活的天線設計，從而進一步拓展相位陣列技術的潛力。例如，Starlink的低地球轨道衛星星座就採用了相位陣列的技術來提供廣泛的網絡服務。
無需轉動天線的相位陣列技術不僅提高了信號的傳輸效率，還在多個領域中重新塑造了通信的方式。未來，面對技術的革新和需求的增長，相位陣列技術將如何持續變化，並且帶給我們哪些新機遇呢？
