کاربردهای آرایه بازتابشی
یکی از کاربردهای آرایه بازتابشی تصویربرداری است. پرتو انرژی که درجه به درجه قابل هدایت است در هر نقطه از چشم‌انداز با الگوی زیگزاگی جابه‌جا می‌شود و یک تصویر سه‌بعدی عمقی از آن می‌سازد. این آرایه علی‌رغم آرایه‌های تراهرتزی دیگر که پس از گذشت ساعت‌ها و حتی روزها یک تصویر را برمی‌دارند، در زمان بی‌درنگ تصویر را پدید می‌آورد.
به دلیل این که آرایه بازتابشی جدید عملکرد سریعی دارد و بسیار فشرده است، می‌تواند نقش تصویربردار یک خودروی بدون راننده را ایفا کند، به‌ویژه با قابلیتی که امواج تراهرتزی برای تأمین دید در هوای نامساعد دارند. همچنین این وسیله برای پهپادهای خودران بسیار مناسب است، چون وزن کمی دارد و اجزایش متحرک نیستند. به‌علاوه، از این فناوری می‌توان در فضاهایی که حفظ امنیت اهمیت دارد استفاده کرد؛ چرا که می‌توانند اسکنرهای بدن را فعال کنند تا به‌جای چند دقیقه، در عرض چند ثانیه بازرسی بدنی انجام شود.
***
امواج تراهرتز در طیف الکترومغناطیسی مابین ریزامواج و نور مادون قرمز قرار دارند. این امواجِ فرکانس بالا در بازه‌ای قرار دارند که نه با وسایل الکترونیکی کلاسیک و نه با وسایل نوری نمی‌توان انرژی آنها را تغییر داد یا در اصطلاح «دستکاری» کرد اما خواص منحصربه‌فرد و ویژه‌ای دارند. برای مثال، می‌توانند از درون برخی مواد و اجسام جامد عبور کنند بی‌آن‌که مانند پرتوهای ایکس برای سلامتی مضر باشند. همچنین به کمک آنها می‌توان ارتباطات پرسرعت‌تری را برقرار کرد یا ابزاری برای دید واضح در محیط‌های مه‌آلود و پر گرد و غبار ساخت.
پژوهشگران «مؤسسه فناو ری ماساچوست» (MIT)یک آرایه آنتنی برای امواج تراهرتز ساخته‌اند که هدایت انرژی تراهرتزی را امکان‌پذیر می‌کند. به وسیله این آرایه آنتنی که «آرایه بازتابشی» نام گرفته‌است، می‌توانند به‌طور الکترونیکی یک پرتو از انرژی الکترومغناطیسی تراهرتز را با درجه دقت بسیار بالا هدایت و متمرکز کنند. با این فناوری می‌توان وسایل تصویربرداری با وضوح بالا ساخت که در زمان بی‌درنگ تصویر می‌گیرند، ابعاد آنها بسیار کوچک‌تر از سیستم‌های راداری دیگر است و در عین‌حال نسبت به سیستم‌های نوری دیگر دوام و استحکام بیشتری دارند.
آرایه بازتابشی دقیق‌ترین آرایه آنتنی تراهرتزی با قابلیت هدایت‌پذیری است و بیشترین تعداد آنتن را دارد. این وسیله مانند یک آینه قابل‌کنترل عمل می‌کند و هدایت تابش به‌وسیله رایانه انجام می‌شود. نزدیک به ۱۰۰۰ آنتنی که روی وسیله‌ای در ابعاد یک کارت اعتباری کنار هم قرار گرفته‌اند می‌توانند یک پرتو انرژی تراهرتز را با دقت بسیار بالا روی یک ناحیه کوچک متمرکز و به‌سرعت آن را کنترل کنند. ویژگی متمایز دیگر آن نداشتن اجزای متحرک است.
این آرایه با استفاده از تراشه‌های نیمه‌رسانا و تکنیک‌های مبتکرانه ساخته شده است و قابلیت مقیاس‌پذیری نیز دارد. برای نمایش عملکرد آن، پژوهشگران تصاویر سه‌بعدی عمقی از صحنه‌های مختلف برداشتند. این تصاویر مانند تصاویری هستند که یک وسیله مجهز به لیدار تولید می‌کند. لیدار یک فناوری سنجش از راه دور برای اندازه‌گیری فاصله است که تا حدی به رادار شباهت دارد و با تاباندن لیزر به هدف و تحلیل نور بازتاب‌شده تعیین فاصله می‌کند. اما آرایه بازتابشی به دلیل کاربرد امواج تراهرتز به جای نور می‌تواند به شکلی بسیار کارآمد در محیط‌های مه‌گرفته و در هوای بارانی و برفی عمل کند.
این آرایه بازتابشی کوچک همچنین قادر است تصاویری راداری به‌وجود آورد که قدرت تفکیک‌پذیری زاویه‌ای
(angular resolution)آنها دو برابر تصاویری است که به‌وسیله رادار ساختمان عظیمی به نام «کیپ کاد» گرفته می‌شوند. بنای کیپ کاد به‌قدری بزرگ است که از فضا دیده می‌شود. اگرچه رادار کیپ کاد می‌تواند ناحیه وسیع‌تری را پوشش دهد اما آرایه بازتابشی جدید نخستین راداری است که می‌تواند وضوح تصویر مورد استفاده در امور نظامی را به درون ماشین‌های هوشمند تجاری بیاورد. آرایه‌های آنتنی از آن جهت جالب‌توجه هستند که با تغییر تأخیرهای زمانی که به هر آنتن وارد می‌شود، می‌توان جهتی که انرژی به آن سو متمرکز می‌شود را تغییر داد و این کار کاملاً به شیوه الکترونیکی صورت می‌گیرد. بنابراین آرایه‌های بازتابشی می‌توانند جایگزین رادارهای بزرگ بشقاب‌دار نصب‌شده در فرودگاه‌ها شوند که با موتور گردش می‌کنند. پیاده کردن همان عملکرد در آرایه بازتابشی امکان‌پذیر شده‌است، با این تفاوت که دیگر به اجزای متحرک نیازی نیست چون با تغییر چند بیت در رایانه نتیجه مورد انتظار به‌دست می‌آید.
تکنیک‌های ساخت مبتکرانه
در آرایه‌های آنتنی متداول کنونی، هر آنتن از درون انرژی موج رادیویی خود را تولید می‌کند. این ویژگی نه‌تنها موجب هدر رفتن مقدار زیادی انرژی می‌شود، بلکه پیچیدگی و اشکال در توزیع سیگنال به‌وجود می‌آورد. این‌ها چالش‌هایی هستند که تاکنون مانع از تغییر ابعاد آنها در اندازه‌های مورد نیاز می‌شدند. آرایه بازتابشی جدید برخلاف آنها فقط از یک منبع انرژی استفاده می‌کند تا امواج تراهرتز را به سوی آنتن‌ها شلیک کند و آنتن‌ها نیز انرژی را در جهتی بازتابش می‌کنند که توسط پژوهشگران کنترل می‌شود (چیزی شبیه به دیش ماهواره روی پشت‌بام). هر آنتن پس از دریافت انرژی، با اندکی تأخیر انرژی را بازتابش می‌کند. این تأخیر کمک می‌کند پرتو انرژی در جهت خاصی متمرکز شود. تغییرفازدهنده‌هایی که این تأخیر را کنترل می‌کنند به‌طور معمول باید بخش زیادی از انرژی موج رادیویی را به مصرف برسانند. گاهی این انرژی مصرفی به ۹۰ درصد هم می‌رسد. خوشبختانه همراه با آرایه بازتابشی، یک تغییرفازدهنده جدید نیز طراحی شده که فقط از دو ترانزیستور تشکیل شده است. بنابراین فقط به نیمی از آن مقدار انرژی الکتریکی نیاز دارد؛ یعنی مصرف برق را به نصف می‌رساند. به‌علاوه، تغییرفازدهنده‌های رایج برای به‌کار افتادن به یک منبع تأمین برق خارجی، برای مثال منبع تغذیه یا باتری، نیاز دارند که مشکلات زیادی از لحاظ مصرف برق و تولیدگرما به‌وجود می‌آورند.
مشکل دیگر، هدایت پرتو انرژی است. پرواضح است که رایانش و مخابره حجمی از بیت‌ها به منظور کنترل ۱۰ هزار آنتن به‌طور همزمان به شدت کارایی آرایه بازتابشی را کاهش می‌دهد. برای دور زدن این مشکل، آرایه به‌طور مستقیم به تراشه‌های رایانه متصل شده است. با توجه به این که تغییرفازدهنده‌ها چیزی جز دو ترانزیستور بسیار کوچک نیستند؛ حدود ۹۹ درصد از فضای تراشه‌ها آزاد شده است و سازندگان توانسته‌اند از این فضای اضافی به‌عنوان حافظه استفاده کنند. بدین ترتیب، هر آنتن می‌تواند فازهای مختلف را ذخیره کند.
دیگر نیازی نیست هر بار در زمان بی‌درنگ به آرایه آنتنی فرمان داده شود کدام یک از ۱۰۰۰ آنتن موجود باید پرتو را به جهت خاصی هدایت کند، بلکه فقط کافی است یک بار به آن گفته شود و آرایه آن را به خاطر می‌سپارد. وجود حافظه در آنتن‌ها به ساخت الگوریتم‌هایی کمک می‌کند که می‌توانند کارایی و عملکرد این آرایه آنتنی را بهتر کنند.

code