フェーズドアレイレーダー
フェーズドアレイレーダー（英語: Phased Array Radar, PAR、位相配列レーダー）は、フェーズドアレイ型のアンテナを採用したレーダーのこと。フェーズドアレイ・アンテナは、アレイアンテナのうち、ビームの制御をアンテナ素子の励振係数の相対位相によって行うもののことを指す。電子走査アレイ（英: Electronically Scanned array, ESA）アンテナとほぼ共通の概念であるが、一部に、それぞれ片方の概念しか当てはまらないものもある[1]。
基本
AN/SPS-39のような従来の3次元レーダーでは、ビーム走査方式として周波数走査（frequency scanning, FRESCAN）方式を採用していた。これは周波数を変化させることで各アンテナ素子の位相を擬似的に変化させてビームを走査するものであり、ビームの指向については比較的自由度が低かったため、多くの場合、垂直方向の走査のみをFRESCANとして、水平方向の走査はアンテナを直接指向する機械式としていた（AN/SPS-32のように両方ともFRESCANで行っていた例もある）[2]。
これに対し、フェーズドアレイ・アンテナにおいては、その名の通り、位相そのものの制御による位相走査（phase scanning）方式が採用されている。これは、各アンテナ素子（放射素子）に移相器を接続し、移相量を制御することでビーム走査を行う方式である。移相器によって移相量を任意に設定できることから、FRESCAN方式と比して自由度が極めて大きくなっている[1]。
フェーズドアレイ・アンテナでは、アンテナ素子・移相器と送信機・受信機の関係に応じて、パッシブ式とアクティブ式に大別できる[3]。
合成開口レーダーも、原理は同じである。
天体観測に使う電波望遠鏡では、複数のアンテナをフェーズドアレイレーダーと同じように（ただし完全パッシブ。受信のみ）に用いて、感度・解像度・捜索範囲を上げていることがある（例えばアタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計では、66台のアンテナを使っている）。
パッシブ式
パッシブ式（パッシブ・フェーズドアレイ式、あるいはパッシブ電子走査アレイ（passive electronically scanned array, PESA）式）では、送信機と受信機は各アンテナに1組ずつしか備えられず、この送信機によるレーダー出力が、導波管によってそれぞれの放射素子（移相器とセットになっている）に分配されてゆく。このため、送信機はかなりの大出力となっており、この送信機に故障が生じるとレーダーとしての機能の喪失に直結する[3]。また、航空機用では、目標の距離や方位を正確に測定する場合、高出力でビーム幅の狭い電波を発射しなければならず、これが相手が装備するレーダー警戒装置（RWR）の受信する周波数帯の電波の場合、電波を発射した航空機が反射波を捉える2倍の距離で探知されて識別されてしまう問題が発生する[4]。
アクティブ式
アクティブ式（アクティブ・フェーズドアレイ式、あるいはアクティブ電子走査アレイ（Active electronically scanned array, AESA）式）は、アンテナ素子ごとに分散した送信機・受信機・位相器を備える方式である。それぞれのアンテナ素子からの送信電力は小さくても済むことから、半導体化されていることが多い[3]。この場合、放射素子が多数であるので、放射素子ごとか数個単位で、送信パス・受信パスそれぞれの位相を任意に調整できる位相器を含む送受信モジュール（T/Rモジュール）を配列する。これによってビームの指向制御を行うとともに、空間的に電力合成することにって等価的に大きな送信出力を得ることができる[5]。また、航空機用では、アンテナ素子ごとに発射される電波の周波数を変えて、出力の弱い[6]様々な周波数帯の電波を様々な走査方向やパターンで発射することが可能であり、目標から反射して戻ってくるこれらをすべて受信して集めてコンピュータで処理することで目標を探知する。また、様々な周波数帯の電波を発射するため[7]、相手が装備するレーダー警戒装置（RWR）の受信する周波数帯の電波とは異なる場合には、探知できず識別ができなくなる利点がある[4][8]。
AESA式の場合、幾つかのT/Rモジュールが故障しても、レーダ全体への影響は軽微である。また半導体化によって個々のT/Rモジュールの信頼性も向上している[3][5]。
利点
通常のレーダーで全天を走査し索敵するためには、レーダーを回転させなければいけない。また迎撃には別の索敵レーダーを上下左右に回転させなければならない。両方とも時間がかかり、機械的故障の原因になり、多数からの音速での攻撃（ミサイルは数倍に早い）に対応できない。特に電気的接続部分が弱い。それに対しPARは機械的運動がなく、電気的稼働接点もないため高速に全天を詳細に捜索できる[9]利点がある。
また小さな出力の発信器を複合的に使用するため、一つ一つの出力も小さくでき、受信機との干渉も押さえることができる。レドーム全体の強度を保つのは難しいが、小さいカバーでは平面の強度と密閉性を保つ方がはるかに容易である[10]。発信器に半導体を使うことによりスペクトラム拡散がはるかに容易になり、探知性、秘匿性、強靱性がはるかに上がる。振動が大きい船上での向きの補正が電子的に容易である。
代表的な機種
艦船用
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艦橋の4面に設置された2種類のフェーズドアレイレーダーのうち、横長のレーダーがAN/SPS-32、縦長のレーダーがAN/SPS-33。
- アメリカ海軍初の艦載用フェーズドアレイレーダー（パッシブ式）。特徴的な大型の四角型艦橋の前後左右4面それぞれにAN/SPS-32とAN/SPS-33の2種類のフェーズドアレイレーダーが設置されている。
- 原子力ミサイル巡洋艦「ロングビーチ」と原子力空母「エンタープライズ」に搭載されていたが、整備性や信頼性に問題があったため1980年代には両艦から撤去され、その代替として従来型のAN/SPS-48 3次元レーダーとAN/SPS-49 2次元レーダーが搭載された。
- イージスシステム用の艦載パルス・レーダー（パッシブ式）。アメリカ海軍のタイコンデロガ級ミサイル巡洋艦・アーレイ・バーク級ミサイル駆逐艦、海上自衛隊のこんごう型・あたご型護衛艦、スペイン海軍のアルバロ・デ・バサン級フリゲート、ノルウェー海軍のフリチョフ・ナンセン級フリゲート、韓国海軍の世宗大王級駆逐艦に搭載。
- アメリカ海軍のズムウォルト級ミサイル駆逐艦、ジェラルド・R・フォード級航空母艦に搭載されているアクティブフェーズドアレイレーダー。複数の周波数帯（SバンドおよびXバンド）で動作するデュアルバンドレーダー（DBR: Dual Band Radar）である。
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- フランス海軍のフォルバン級駆逐艦と、イタリア海軍のアンドレア・ドーリア級駆逐艦・カルロ・ベルガミーニ級フリゲート・軽空母「カヴール」に搭載されているパッシブフェーズドアレイレーダー。
- 4面固定式のアクティブフェーズドアレイレーダー。イスラエル海軍のサール5型コルベットに近代化改修により追加装備されるほか、インド海軍のコルカタ級駆逐艦に新造時から装備される。
- 346型
- 蘭州級駆逐艦に搭載（アクティブ式）。
- H/LJG-346
- 遼寧に搭載（アクティブ式）。
- ドイツ海軍のザクセン級フリゲート、オランダ海軍のデ・ゼーヴェン・プロヴィンシェン級フリゲート、デンマーク海軍のアイヴァー・ヒュイトフェルト級フリゲートに搭載されているアクテイブフェーズドアレイレーダー。4面でイージスより多い同時32目標に対応可能で、イルミネーター（送信機）としても1面で8目標を照射可能な「射撃指揮・照射兼用レーダー」である。
- ヨーロッパ各国の防空艦や韓国海軍の独島級揚陸艦に搭載されている長距離捜索用アクティブフェーズドアレイレーダー。ヨーロッパ各国が防空艦用に開発した射撃指揮レーダー（上記のEMPAR、SAMPSON、APAR）は捜索距離に問題があるため、それを補完するために搭載されている。
- MRR-3D-NG
- ミストラル級強襲揚陸艦と、南アフリカ海軍のヴァラー級フリゲートに搭載されるレーダー。
- フランス海軍のアキテーヌ級駆逐艦、シンガポール海軍のフォーミダブル級フリゲートに搭載されている多用途パッシブフェーズドアレイレーダー。
- 海上自衛隊の艦載用パルス・レーダー。捜索・射撃指揮用と後に追加された照射用の二種で構成される。ひゅうが型護衛艦とあきづき型護衛艦に搭載されている（アクティブ式・射撃管制装置として制式化）。派生型としてFCS-3から照射用レーダーと射撃管制機能を取り除き、機能を対空捜索と航空管制に限定したOPS-50があり、いずも型護衛艦に搭載されている。
- マルス・パッサート
- アドミラル・クズネツォフとバクーに搭載される艦載用フェーズドアレイレーダー（パッシブ式）。簡易型としてフォールム-2Mが存在し、こちらはワリヤーグに搭載された。
- 3R41
- S-300F フォールトの管制レーダー（アクティブ式）。
- フルケ
- ステレグシュチイ級コルベットが搭載するレーダー（アクティブ式）。
- ポリメント
- アドミラル・ゴルシコフ級フリゲートが搭載するレーダー（アクティブ式）。
航空機用
- アメリカ空軍のF-15用のパルス・ドップラー・レーダー（アクティブ式）。（V）2は一部のMSIP-2改修機に搭載される。（V）3はF-15の近代化改修（ゴールデンイーグル）とシンガポール空軍のF-15EおよびF-15SEに搭載される。
- アメリカ空軍のF-22用のパルス・ドップラー・レーダー（アクティブ式）。
- アメリカ海軍のF/A-18E/F用のパルス・ドップラー・レーダー（アクティブ式）。Block 2以降の機体に搭載され、搭載機は本レーダーを用いた簡易的な電子妨害を行うことも可能となる。
- F-35に搭載されるパルス・ドップラー・レーダー（アクティブ式）。
- アメリカ空軍のF-15Eに搭載される予定のパルス・ドップラー・レーダー（アクティブ式）。AN/APG-79をベースに改良し、射程拡大、目標同時追跡能力等の強化などが見込まれている。
- B-1B用のレーダー（パッシブ式）。
- B-2に搭載されるレーダー 。当初はパッシブ式だったが、2002年よりアクティブ式のものが開発され搭載されている。
- AN/APY-1、AN/APY-2
- MESA
- E-737に搭載されているレーダー（アクティブ式）。
- ノースロップ・グラマン社が既存のF-16向けにAN/APG-81をベースに開発したもので、容易に搭載改修が可能としている。B-1向けのSABR-GSもある。
- AN/APY-9
- E-2Dに搭載されるレーダー（アクティブ式）。
- AN/ASQ-236
- ノースロップ・グラマンが開発したF-15E用合成開口レーダーポッド。アクティブ式のレーダーを搭載する。
- 航空自衛隊のF-2用のパルス・ドップラー・レーダー（アクティブ式）。世界で初めて量産戦闘機に装備されたアクティブ式フェーズドアレイレーダーである。発展型としてJ/APG-1を改修し探知距離を延長したJ/APG-2が存在する。
- HPS-104
- HPS-106
- 気球用捜索レーダー（アクティブ式）。
- EL/M-2075の発展型。ガルフストリームG550 CAEWに搭載されている。
- ユーロファイターのトランシェ3Bより搭載予定のレーダー（アクティブ式）。首振り機構を持つ。
- グリペンNGに搭載されるレーダー（アクティブ式）。首振り機構を持つ。
- 海洋監視用レーダーでヘリコプター、航空機に搭載できる（アクティブ式）。
- 小型航空機向けレーダー。
- 1475型（KLJ-5）
- J-20に搭載されるレーダー。
- エリクソンが開発したAEW&Cレーダー（アクティブ式）。エンブラエル EMB-145、サーブ 2000、サーブ 340に搭載されている。
- エリクソンが開発した火器管制レーダー。
- レーニネツ
- Su-34に搭載されるフェーズドアレイレーダー（パッシブ式）。
- イールビスの発展型でT-50が搭載するアクティブ式のもの。派生型としてN036B-1-01B、N036L-1-01がある。
- Su-27のメーチやMiG-29のルービンレーダーのアップグレード用フェーズドアレイアンテナ（パッシブ式）。
- MiG-29UBT及びMiG-21用のアップグレード用フェーズドアレイレーダー（パッシブ式）。この種のレーダーとしてはかなり小型である。
- 小型機用のレーダー。Su-35などの尾部に搭載する後方探知レーダーとして提案が行われていた（パッシブ式）。
- Su-27のレーダー換装用に開発されたフェーズドアレイレーダー（パッシブ式）。
- MiG-29のレーダー換装用に開発されたフェーズドアレイレーダー（パッシブ式）。
- Su-30MK3が搭載するフェーズドアレイレーダー（パッシブ式）。
- MiG-35が搭載するフェーズドアレイレーダー（アクティブ式）。
地上用
- 空軍の警戒管制レーダー。
- 陸軍・海兵隊の前線防空レーダー。パッシブ式。
- 防空レーダー。パッシブ式。
- 防空レーダー。アクティブ式。
- 弾道ミサイルの探知、追尾用。パッシブ式。
- 前線防空レーダー。
- エグリン空軍基地サイトC-6
- AN/MPQ-53およびAN/MPQ-65
- パトリオットミサイルのレーダー（アクティブ式）。
- H200
- KS-1の管制レーダー（アクティブ式）。
- 前線対空レーダー。
- 防衛庁（現・防衛省）が開発した地上設置型の警戒管制レーダー。旧称「FPS-XX」。将来警戒型で、ミサイル防衛の要となる。直径18mのドームに亀甲模様が刻まれた特異な形状から、通称「ガメラレーダー」とも呼ばれる（アクティブ式）。
- 2015-17年度に5基設置予定。遠距離用1面と近距離用3面の2タイプで1セット。レドームに隠されている。（アクティブ式）
- 長距離防空レーダー。アクティブ式。
ミサイルシーカー
以下のミサイルではスタンドオフレンジや自立誘導距離などの性能向上のためシーカー部にAESA方式のアンテナを搭載している。
気象用
- 気象観測レーダー（気象庁）
- 2014年度配備予定。Xバンドを使い、10秒で全天を走査する（10秒かかる理由は、レーダー本体では水平方向の走査が構造上できず、アンテナを機械的に回転させて水平方向の走査を行うからである）[12]。情報量が1カ所100Mbpsとなるので情報処理技術の開発が求められている[13][14]。
脚注
- ^ a b 吉田孝「第4章 アンテナ」『改訂 レーダ技術』電子情報通信学会、1996年、93-151頁。ISBN 978-4885521393。
- ^ Norman Friedman (1981). Naval Radar. Naval Institute Press. p. 165. ISBN 9780870219672
- ^ a b c d 吉田孝「第11章 特殊なレーダ技術」『改訂 レーダ技術』電子情報通信学会、1996年、273-298頁。ISBN 978-4885521393。
- ^ a b 最強 世界の軍用機図鑑 学研 p72 - 73
- ^ a b 吉田孝「第5章 レーダ送信機」『改訂 レーダ技術』電子情報通信学会、1996年、152-174頁。ISBN 978-4885521393。
- ^ 直接スペクトラム拡散。ひとつの電波を広い帯域に拡散し、それを集めるため非常に少ない出力でレーダー探知を行える。
- ^ 周波数ホッピング方式スペクトラム拡散
- ^ 「直接スペクトラム拡散」では、レーダー出力が非常に小さく、その上広範囲に広がっているため、周波数帯が同じでも非常に探知しにくい。
- ^ 同時探知目標数は数百といわれる。
- ^ 特に海上、砂漠、極地、高地などでの過酷な環境に耐えられる。
- ^ レイセオン公式（英語）
- ^ 128本のスロットアレイアンテナによる「デジタルビームフォーミング（DBF）」である。横倒しにした長さ2mのスロットアンテナを縦方向に128本並べ（サイズは約2m×2m、ビーム幅は約1°）、縦方向（仰角方向）に電子走査を行う1次元FAアンテナであり、解像度は1°である。半径15〜60km、高度14kmまで観測できる。
- ^ 日本初 「フェーズドアレイ気象レーダ」を開発 情報通信研究機構 2013年8月31日
- ^ 「レーダー、竜巻検知速く」 日本経済新聞 2013年9月17日
関連項目
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