アクティブフェーズドアレイアンテナとは？

アンテナは、電磁信号の送受信を担うため、通信システムやレーダーシステムの重要な構成要素である。これらのシステムの性能は、アンテナの利得、指向性、放射パターンなどの特性に大きく左右されます。近年、注目されているアンテナのひとつに、アクティブフェーズドアレイアンテナがあります。

アクティブフェーズドアレイアンテナは、電子的に制御された個々のアンテナ素子を配列し、特定の方向やビームパターンで信号を送信または受信するアンテナシステムの一種です。アレイは複数の放射素子で構成され、それぞれに移相器と増幅器が搭載されています。これらの個々の素子が連携して、特定の方向や広い範囲に電子制御で誘導できるビームを作り出します。

アクティブフェーズドアレイアンテナはどのように機能するのか？

従来のパッシブアンテナアレイは、固定された物理的な構造に依存してビームを誘導していましたが、アクティブフェーズドアレイは、電子位相シフターを使って各素子からの信号のタイミングを動的に調整し、ビームの方向と形状を正確に制御することができます。これにより、アンテナの性能をより柔軟に適応させることができ、急速な方向転換、複数のターゲットの同時追尾、不要な信号の干渉の低減などが可能になります。

アレイの各エレメントは、ビームの方向を決定する固有の位相シフト値を持っています。各素子の位相シフト値を変えることで、ビームの向きを変えることができます。これは、各素子に送られる信号のタイミングを制御することで実現します。位相シフターは、各素子が送信または受信する信号の位相を調整するために使用されます。この位相調整により、アレイは建設的干渉パターンを形成し、希望する方向の信号を増幅し、他の方向の信号を減少させることができます。

アクティブフェーズドアレイアンテナは、送信モードと受信モードの両方で動作することができます。送信モードでは、送信機で信号を生成し、アレイの各要素で増幅と位相調整を行います。その後、信号はビームとして希望する方向に送信されます。受信モードでは、入力された信号はアレイの各素子で受信され、その後、位相が調整され、増幅されます。位相差のある信号と増幅された信号が組み合わされ、より強い信号となり、受信機で処理することができます。

アクティブフェーズドアレイアンテナの応用例

アクティブフェーズドアレイアンテナは、レーダー、通信システム、軍事・航空宇宙など、さまざまな用途で一般的に使用されています。レーダーでは、航空機、船舶、その他の乗り物など、対象物の高解像度画像を生成するためにアクティブフェーズドアレイが使用されます。アクティブフェーズドアレイは、高速かつ高精度にビームを操ることができるため、移動する目標の追跡や脅威の接近を早期に警告するのに適している。

通信システムでは、アクティブフェーズドアレイは通信回線の品質と信頼性を向上させるために使用されています。信号を特定の方向に向けることで、信号強度を高め、他の信号からの干渉を低減させることができます。これは、都市部や軍の戦場など、複数の信号が互いに干渉し合うような混雑した環境では特に有効です。

軍事・航空宇宙用途では、アクティブフェーズドアレイは、ミサイル誘導、電子戦、監視など、さまざまな目的で使用されています。アクティブフェーズドアレイの柔軟性と適応性は、急速に方向を変え、同時に複数のターゲットを追跡するために使用できる軍事用途に適している。

アクティブフェーズドアレイアンテナの長所

アクティブフェーズドアレイアンテナは、従来のパッシブアンテナアレイに比べていくつかの利点があります。最も大きな利点の一つは、電子的にビーム方向を操縦することができることです。これにより、信号の方向をより正確に制御することができ、ビームの方向を素早く変更することができます。また、アクティブフェーズドアレイは、複数のターゲットを同時に追跡することができるため、レーダーや監視の用途に適しています。