【コラム】

軍事とIT

184 アンテナいろいろ(3)レーダーのアンテナ・その2

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今回も、レーダーのアンテナに関する話の続きである。前回はレーダー用アンテナというと連想されやすいリフレクタ・アンテナの話だったが、実のところ、それ以外のタイプのアンテナも多い。まずは身近なところでも見かける機会がある八木アンテナから。

八木アンテナ

最近では見かける機会が少なくなったが、リフレクタ・アンテナやアレイ・アンテナ以外にも、いろいろなアンテナがレーダーに使われている。たとえば、八木アンテナ(八木・宇田アンテナ)、あるいはそれに似た形状のもの。

八木アンテナは複数の棒を並べた構成になっているが、実際に送受信に使用する輻射器は、そのうち1つだけ。一端に「く」の字型に付いているのは反射器で、リフレクタ・アンテナの反射器と同じ働きをする。その反対側に並んでいるのは導波器で、これらの組み合わせによって指向性を持たせている。指向性があるからレーダーに使える。

八木アンテナというと、かつてはテレビ受像器と組み合わせるアンテナの定番で、建物ごとに屋根の上に八木アンテナを立てている光景はおなじみのものだった。そういえば、最近はテレビ用の八木アンテナを見かける機会が減ったような気がする。

レーダーの場合、八木アンテナを単体で使用するのではなく、複数まとめる場合もある。その一例が海上自衛隊で使っている国産レーダー・OPS-11。格子状の枠に複数の八木式ダイポール・アレイを組み付けた構成だ。

アレイを構成するアンテナの数は28本で、4段×6列と、左右の外側に2本・1列ずつとなっている。現物の写真を見ると、なるほど「八木アンテナを束ねて枠に取り付けた」という風体をしている。

護衛艦「はたかぜ」のOPS-11レーダー。一見すると何がなんだか分からないが、手前側にある枠に多数の八木アンテナを取り付けた構成である

スロット・アンテナ

艦艇の対水上レーダーなど、2次元レーダーで見かけることが多いタイプが、スロット・アンテナ。四角い断面を持つ導波管(電磁波が中を通る管)、あるいは金属板を水平に設置して、一方の側面にスロットを開ける。そのスロットを設けた側からだけ電波が出入りする。スロットの長さは、使用する電波の波長の半分だ。もっとも、外からスロットが見えるわけではない。

護衛艦「はたかぜ」のOPS-28レーダー。最近の対水上レーダーは、こういう外見の持ち主が多い

ホーン・アンテナ

第2次世界大戦中に日本で造られたレーダーの写真を見ると、ラッパみたいな物体が出てくることがある。それがホーン・アンテナ。ラッパ状のホーンが長くなると、指向性が強くなる。近年のレーダーでこれを使っているものは見かけないが、電子戦装置で使っている事例があるようだ。

3次元レーダーとスロット・アレイ・アンテナ

先に名前が出てきたOPS-11は、2次元の対空捜索レーダーだ。

前回にも述べたように、対空捜索用のレーダーには「距離・方位に加えて高度を測定する機能が欲しい」というニーズがある。捜索の対象は空を飛んでくるものであり、それがどの程度の高度をとってくるかはわからないからだ。

だから初期の対空捜索レーダーでは、捜索レーダーとは別に測高レーダーを用意していた。しかしそれでは、2基のレーダーから得られるデータを突き合わせないと必要な情報がそろわない。1基のレーダーで方位・距離・高度がすべてわかるほうがありがたい。それを可能にしたのが、前回にも名前が出てきた3次元レーダーだ。

高度を知るには、探知目標の仰角を知る必要がある。それにはレーダー電波を上下に振る仕組みが必要になる。機械的に旋回・俯仰の両方を作り込むのは無理な相談だが、ビームを上下方向に振る仕組みができれば、機械的な動作はアンテナの回転だけで済むから現実的だ。

アンテナを回転式として、上下にだけ電波を振ればよいのであれば、スロット・アンテナを上下に積み並べたタイプでも使える。これは、フェーズド・アレイ・レーダー(これは次回に取り上げる)が出現する前の主流だった。米海軍のAN/SPS-48シリーズが典型例で、並べたスロット・アンテナごとに送信する電波の位相をずらすと、結果として電波を送信する向きが変わる。

空母「ロナルド・レーガン」のSPS-48レーダーを背面から撮影したもの。外見は四角いが、縦に並べたスロット・アンテナは八角形になっている様子が見て取れる

戦闘機はプレイナー・アレイ・アンテナ

スロット・アレイ方式は、艦載用の対空3次元レーダーで使われたが、戦闘機のレーダーでは別の方法が主流になった。それがプレイナー・アレイ・アンテナ。その名の通り、平面型のアンテナである。

これは、1つの送信機から円盤形アンテナの各所に向けて枝分かれさせた導波管を設けて、複数の場所からそれぞれ異なるタイミングで送信できるようにしたもの。1970年代以降に登場した戦闘機の射撃管制レーダーでは、最もポピュラーな方式だろう。

スロット・アレイ・アンテナと同様、1つの平面に複数の送受信用素子を設けた形になる。だから、素子ごとの送信タイミングをずらすことで、発生する合成波の向きを変えられる。その辺の考え方は、次回に取り上げるフェーズド・アレイ・アンテナと同じだ。

過去の3次元レーダーで使われたFRESCAN

時系列が前後するが、スロット・アレイ式の3次元レーダーが登場する前に、フレスキャン(FRESCAN : Frequency Scanning)方式の3次元レーダーもあった。

FRESCANを日本語に訳すと、周波数走査となる。これだけではチンプンカンプンである。しかし、周波数が異なる電波を「よーいドン」で並べてみると、それぞれの電波の位相がずれることは容易に理解できると思う。

さて。FRESCAN方式を使用した3次元レーダーとしては、アメリカ海軍のAN/SPS-39が知られている。いまどきの3次元レーダーは平面構成のアンテナだが、AN/SPS-39は割竹みたいな、円筒形(を切り出した形)のリフレクターを使っていた。その曲面のリフレクターの中心に、電波を放射する複数のホーンがズラッと並んでいる。それぞれのホーンは送信機につながっており、開口部はもちろんリフレクターの方を向いている。

1つの送信機から縦に複数並んだホーンに向けて電波を送るので、送信機とホーンの距離は、ホーンごとに異なる。ということは、ホーンからリフレクターに向けて吹き付けられる電波の位相が、ホーンごとにずれることになる。位相が異なる複数の電波が吹き付けられると、アレイ・レーダーと同じ要領で、どこか特定の向きに合成波が出る。

そこで、送信機から出す電波の周波数を変えた時に、個々のホーンからリフレクターに吹き付けられる電波の位相がどう変わり、それによって合成波がどちらに向くか、という関係性を割り出した。それができれば、あとは合成波が上下に振れるように周波数を変化させながら送信機を作動させればよい。

回転式アンテナを持つ他の3次元レーダーと同様、電波を電気的に振らなければならないのは上下方向だけである。水平方向についてはアンテナを回転させて走査する。

アメリカ海軍のミサイル駆逐艦「チャールズ F.アダムス」。後部煙突の前面・頂部付近に載っている割竹みたいな物体が、AN/SPS-39レーダー Photo : US Navy

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インデックス

連載目次
第194回 アンテナ(10)巨大なアンテナ - 「象のオリ」「スペース・フェンス」
第193回 アンテナ(9)艦艇用のアンテナは難しい
第192回 アンテナいろいろ(8)電子戦機器のアンテナ
第191回 アンテナいろいろ(7)潜水艦の通信
第190回 弾道ミサイル発射の探知手段いろいろ(2)
第188回 弾道ミサイル発射の探知手段いろいろ(1)
第187回 アンテナ(6)衛星のアンテナ
第186回 アンテナいろいろ(5)通信機器のアンテナ
第185回 アンテナいろいろ(4)レーダーのアンテナ・その3
第184回 アンテナいろいろ(3)レーダーのアンテナ・その2
第183回 アンテナいろいろ(2)レーダーのアンテナ・その1
第182回 アンテナいろいろ(1)アンテナの重要性
第181回 マン・マシン・インタフェース(6)カラー表示とモノクロ表示
第180回 マン・マシン・インタフェース(5)ポインティングとスマホ化
第179回 マン・マシン・インタフェース(4)どう操作するか
第178回 マン・マシン・インターフェイス(3)情報の見せ方・その2
第177回 マン・マシン・インタフェース(2)情報の見せ方(その1)
第176回 マン・マシン・インタフェース(1)インタフェースの良し悪しは重要
第175回 人工衛星(9)データ中継衛星と衛星間通信
第174回 人工衛星(8)データの受信・解析・配信
第173回 人工衛星(7)衛星管制網と衛星管制システム
第172回 人工衛星(6)UAVと衛星の関係
第171回 延命改修(7)形態管理
第170回 延命改修(6)ミサイルの場合
第169回 延命改修(5)艦艇の場合
第168回 延命改修(4)輸送機の場合
第167回 延命改修(3)AWACS機の場合 - E-3Cセントリーの機内を紹介
第166回 延命改修(2)F-15の場合
第165回 延命改修(1)総論
第164回 特集F-35(6)短距離離陸・垂直着陸を容易に実現
第163回 特集F-35(5)ソフトウェアの開発と飛行諸元の制限
第162回 特集F-35(4)不思議の国のALIS
第161回 特集F-35(3)CNIとデータリンク
第160回 特集F-35(2)EO-DASとHMD
第159回 特集F-35(1)精緻な組み立て工程
第158回 平成29年度概算要求における情報通信系の話題
第157回 装甲戦闘車両とIT(12)車両の無人化と自動走行
第156回 装甲戦闘車両とIT(11)IEDジャマー
第155回 装甲戦闘車両とIT(10)周辺監視用カメラなど
第154回 装甲戦闘車両とIT(9)アクティブ自衛システム
第153回 装甲戦闘車両とIT(8)砲弾と信管
第152回 装甲戦闘車両とIT(7)ネットワーク化とユーザー・インタフェース
第151回 装甲戦闘車両とIT(6)FBCB2とBFTとBMS
第150回 装甲戦闘車両とIT(5)指揮車という名のAFV
第149回 装甲戦闘車両(AFV)とIT(4)IED対応のアクティブ座席
第148回 装甲戦闘車両(AFV)とIT(3)砲兵の射撃統制装置
第146回 装甲戦闘車両(AFV)とIT(2)戦車の射撃統制装置
第145回 装甲戦闘車両(AFV)とIT(1)行進間射撃
第144回 X-2と将来戦闘機(10)運用構想と技術の関係
第143回 X-2と将来戦闘機(9)機内空間設計と3D CAD
第142回 X-2と将来戦闘機(8)FBWか、FBLか
第141回 X-2と将来戦闘機(7)データリンク
第140回 X-2と将来戦闘機(6)モデリングとシミュレーション
第139回 X-2と将来戦闘機(5)カウンター・ステルス
第138回 X-2と将来戦闘機(4)クラウド・シューティング
第137回 実はハイテクな救難ヘリコプター
第136回 X-2と将来戦闘機(3)スマート・スキン
第135回 X-2と将来戦闘機(2)推力・飛行統合制御[2]
第133回 X-2と将来戦闘機(1)推力・飛行統合制御[1]
第132回 軍事作戦と通信(5)通信とコンピュータの関わり
第130回 軍事作戦と通信(4)国立暗号博物館訪問記
第129回 軍事作戦と暗号(3)暗号の機械化
第128回 軍事作戦と通信(2)コードとサイファー
第127回 軍事作戦と通信(1)通信手段いろいろ
第126回 人工衛星(5)早期警戒衛星
第125回 人工衛星(4)測位衛星(航法衛星)
第124回 人工衛星(3)偵察衛星
第123回 人工衛星(2)通信衛星
第122回 人工衛星(1)軍事衛星の種類いろいろ
第121回 防空とIT(7)エネルギー兵器の場合
第120回 防空とIT(6)IAMD(防空とミサイル防衛の統合)
第119回 防空とIT(5)艦隊防空[その2]
第118回 防空とIT(4)艦隊防空[その1]
第117回 防空とIT(3)野戦防空
第116回 防空とIT(2)防空システムのコンピュータ化
第115回 防空とIT(1)第二次世界大戦における防空システム
第114回 米海軍イージス艦を見る(4)戦闘システムの形態管理
第113回 米海軍イージス艦を見る(3)艦橋の更新
第112回 米海軍イージス艦を見る(2)戦闘システムの更新
第111回 米海軍イージス艦を見る(1)「変わるもの」と「変えてはいけないもの」
第110回 電子戦とIT(10)蔵出し写真館・艦艇編
第109回 電子戦とIT(9)蔵出し写真館・飛行機編
第108回 電子戦とIT(8)電子戦装置の自動化
第107回 電子戦とIT(7)艦艇の電子戦装備
第106回 電子戦とIT(6)その他の電子戦
第105回 電子戦とIT(5)自衛用電子戦装備
第104回 電子戦とIT(4)ECCM
第103回 電子戦とIT(3)ECMとCOMJAM
第102回 電子戦とIT(2)脅威ライブラリ
第101回 電子戦とIT(1)電子戦とはなんぞや
第100回 水中戦とIT(9)ソノブイ・オペレーション
第99回 水中戦とIT(8) 潜水艦の目標運動解析(2)
第98回 水中戦とIT(7) 潜水艦の目標運動解析(1)
第97回 水中戦とIT(6)港湾警備・ダイバー探知
第96回 水中戦とIT(5)嫌らしい機雷
第95回 水中戦とIT(4)機雷戦その2
第94回 水中戦とIT(3)機雷戦その1
第93回 水中戦とIT(2)魚雷避けに関するいろいろ
第92回 水中戦とIT(1)水中戦とは?
第91回 艦艇のシステム化(6)タンクと電子制御
第90回 艦艇のシステム化(5)フネの中における通信手段
第89回 艦艇のシステム化(4)ズムウォルト級とTSCE-I
第88回 艦艇のシステム化(3)省人化とダメコン
第87回 艦艇のシステム化(2)指揮管制装置とは
第86回 艦艇のシステム化(1)システム艦とは
第85回 射撃管制(6)対地・対艦ミサイル
第84回 射撃管制(5)対空ミサイル
第83回 射撃管制(4)砲兵に特有の事情
第82回 射撃管制(3)機関銃・機関砲・火砲その3
第81回 射撃管制(2)機関銃・機関砲・火砲その2
第80回 射撃管制(1)機関銃・機関砲・火砲その1
第79回 相互運用性(5)相互運用性実現の足を引っ張るのは?
第78回 相互運用性(4)物資補給の相互運用性
第77回 相互運用性(3)情報システムの相互運用性
第76回 相互運用性(2)通信分野の相互運用性
第75回 相互運用性(1)相互運用性とは
第74回 不正規戦とIT(8)NATOが演習にソーシャル・メディアを取り込む
第73回 不正規戦とIT(7)国境線の侵入監視や港湾警備
第72回 不正規戦とIT(6)不正規戦と電子戦
第71回 不正規戦とIT(5)コミュニケーションに翻訳ツール
第70回 不正規戦とIT(4)民心掌握とIT
第69回 不正規戦とIT(3)通信を利用した追跡・捕捉
第68回 不正規戦とIT(2)コミュニケーション手段としてのIT
第67回 不正規戦とIT(1)宣伝戦とインターネット
第66回 衛星携帯電話も使いよう
第65回 個人用装備のIT化(5)無線機をめぐる話・いろいろ!?
第64回 個人用装備のIT化(4)個人用武器の精密誘導化
第63回 個人用装備のIT化(3)個人用情報端末機器のあれこれ
第62回 個人用装備のIT化(2) 個人レベルの通信網はどうするか
第61回 個人用装備のIT化(1) 個人レベルの情報武装
第60回 サイバー防衛(8) ソーシャル・エンジニアリング
第59回 サイバー防衛(7) サプライチェーンという戦場
第58回 サイバー防衛(6) オープンな場も戦場になる
第57回 サイバー防衛(5) 弱者の最強兵器
第56回 サイバー防衛(4) アクティブ・ディフェンス
第55回 サイバー防衛(3) 攻撃手段いろいろ
第54回 サイバー防衛(2) サイバー攻撃の動機・手段・内容
第53回 サイバー防衛(1) サイバー攻撃・サイバー防衛とは
第52回 軍事におけるシミュレーションの利用(6) 負傷者治療の巻
第51回 軍事におけるシミュレーションの利用(5) 計測とデブリの巻
第50回 軍事におけるシミュレーションの利用(4) 海の巻
第49回 軍事におけるシミュレーションの利用(3) 陸の巻
第48回 軍事におけるシミュレーションの利用(2) 空の巻
第47回 軍事におけるシミュレーションの利用(1) RDT&Eの巻
第46回 情報活動とIT(6) 情報戦とサイバー戦
第45回 情報活動とIT(5) 情報資料の配信と利用
第44回 情報活動とIT(4) 情報を管理するためのシステムに求められる課題
第43回 情報活動とIT(3) ELINT・COMINT・SIGINT
第42回 情報活動とIT(2) 画像情報のデジタル化
第41回 情報活動とIT(1) なぜ情報活動が必要か
第40回 軍艦・海戦とIT (6) 艦艇の設計・建造とIT
第39回 軍艦・海戦とIT (5) ダメージコントロール
第38回 軍艦・海戦とIT (4) ウェポンシステムとオープンアーキテクチャ
第37回 軍艦・海戦とIT (3) データリンクによるネットワーク化
第36回 軍艦・海戦とIT (2) 艦内ネットワークの整理統合
第35回 軍艦・海戦とIT (1) システム艦ってなに?
第34回 警戒監視体制の構築とIT(6) IT化と人手の使い分け
第33回 警戒監視体制の構築とIT(5) 宇宙空間とサイバー空間
第32回 警戒監視体制の構築とIT(4) 陸の警戒監視
第31回 警戒監視体制の構築とIT(3) 海の警戒監視
第30回 警戒監視体制の構築とIT(2) 空の警戒監視
第29回 警戒監視体制の構築とIT(1) 警戒監視とITの関わり
第28回 指揮統制・指揮管制とIT(4) : 関連する要素技術とまとめ
第27回 指揮統制・指揮管制とIT(3) 軍艦の戦闘指揮所
第26回 指揮統制・指揮管制とIT(2) 特定任務分野の指揮管制
第25回 指揮統制・指揮管制とIT(1) 戦略・作戦レベルの指揮統制
第24回 陸戦とIT(6) 兵站業務とIT活用
第23回 陸戦とIT(5) 地雷やIEDの探知もハイテク化
第22回 陸戦とIT(4) IT化と電源の問題
第21回 陸戦とIT(3) 陸戦と通信網
第20回 陸戦とIT(2) 陸戦兵器の精密誘導化
第19回 陸戦とIT(1) 陸戦における状況認識
第18回 UAVとモジュラー設計
第17回 UAVによる映像情報の収集とデータ処理
第16回 無人戦闘機は実現可能か?
第15回 UAVと有人機の空域共有問題
第14回 武装UAVのオペレーション
第13回 無人偵察機(UAV)に関する基本と武装化の経緯
第12回 Build a Little, Test a Little and Learn a Lot
第11回 イージス・アショアとモジュール化と相互運用性
第10回 ミサイル防衛に必要な通信網とネットワーク化交戦
第9回 イージス艦のベースラインと能力向上
第8回 イージス艦とはそもそも何か
第7回 弾道ミサイル防衛とC2BMC
第6回 F-35ライトニングIIの操縦システム
第5回 F-35ライトニングIIの兵站支援
第4回 F-35ライトニングIIのソフトウェア
第3回 F-35ライトニングIIとネットワーク中心戦
第2回 F-35ライトニングIIの"眼"
第1回 F-35ライトニングIIは何が違う?

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