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THAADシステムにおけるレーダーフェーズドアレイアンテナの役割

2023-07-03

フェーズドアレイアンテナ

段階的なアレイ技術は、最初に軍事問題に適用されました。 1960年代、最も典型的なものは、米国のAN/FPS-85と旧ソビエト連邦の「犬の犬小屋」でした。急速に移動する空気のターゲットを検出、追跡、識別し、ミサイル、追跡、カタログの衛星などに早期警告を与えるために使用されました。

フェーズドアレイアンテナテクノロジーの主要な技術は材料です。アンテナの材料には、正確な電気特性と高誘電率が必要です。バイブレーターは一般に特別なPCBを採用します。特別なPCBは、ナノシルバーのアクティブな特性を導体として使用し、テフロンにナノ銀をスプレーします。ナノ銀の厚さの範囲と周囲温度のスプレープロセスの要件は、プロセスフローの鍵にすぎません。真空噴霧は、絶縁層と導電層、高酸化抵抗、高温抵抗と低温抵抗の間の高い接着の特性を実現でき、処理プロセスは主に2つの手順を採用します：フォトリソグラフィと物理エッチング。各アンテナユニットの送信（または受信）信号の位相と信号振幅は、指向性が高い数十の空間ビームを生成します。フェーズドアレイアンテナは、濃縮エネルギーのあるビームを生成し、このビームをターゲットに正確に指します。フェーズドアレイアンテナアレイは、多くの放射要素と受信要素（配列要素と呼ばれる）で構成されています。これらの要素は、アレイアンテナを形成するために平面上に定期的に配置されています。各アンテナユニットには、アンテナバイブレーターだけでなく、位相シフターなどの必要なデバイスもあります。異なる発振器は、位相シフターを介して異なる位相の電流を供給することができ、したがって、空間内の異なる方向のビームを放射します。アンテナ要素が多いほど、空間内のビームの方向性が高くなります。

フェーズドアレイアンテナの利点：

（1）コンピューターの制御下で、ビームポインティングは柔軟であり、慣性なしで高速スキャンを実現でき、データレートが高い。

（2）レーダーは、複数の独立したビームを同時に形成し、検索、識別、追跡、ガイダンス、パッシブ検出などのさまざまな機能を実現できます。

（3）ターゲット容量は大きく、何百ものターゲットを監視して、空域で同時に追跡できます。

（4）複雑なターゲット環境への強力な適応性。

（5）優れた干渉防止パフォーマンス。ソリッドステートフェーズドアレイレーダーは、いくつかのコンポーネントが故障しても、正常に機能する場合でも、信頼性が高くなります。

短所：

複雑な構造（プロセッサと位相シフター）、高コスト、および限られたビームスキャン範囲、90〜120の最大スキャン角。

フェーズドアレイレーダー、すなわちフェーズドアレイは電子的にスキャンされたアレイレーダー（PAR）で、個別に制御された多数の小さなアンテナ要素を使用してアンテナアレイを形成します。各アンテナ要素は、独立した位相シフトスイッチによって制御され、各アンテナ要素の位相を制御することにより、異なる位相ビームを合成できます。フェーズドアレイの各アンテナ要素によって放出される電磁波は、干渉原理によってほぼまっすぐなレーダーメインローブに結合されますが、側葉は各アンテナ要素の不均一性によって引き起こされます。

段階的な配列は、パッシブパッシブタイプ（PESA）とアクティブアクティブタイプ（AESA）に分割できます。その中には、1980年代には、技術的なパフォーマンスが低いパッシブタイプが船舶と中/小航空機に展開されていますが、アクティブなパフォーマンスを備えたアクティブなタイプは展開されています。、より良い開発の見通しとより高い技術的パフォーマンスは、1990年代後半に実用的な戦闘機と造船システムを開始し始めました。

Phased-Arrayレーダーは、従来の機械的スキャンレーダーのあらゆる種類の先天性問題を根本的に解決します。同じ開口部と動作波長の下で、反応速度、ターゲット更新レート、マルチターゲット追跡能力、解像度、汎用性、電子対策能力が従来のレーダーのレーダーよりもはるかに優れていますが、比較的コストがかかります。高価で、より高い技術的要件、より高い消費電力と冷却要件。

段階的アレイレーダーは1937年に米国によって開発され、1955年に2つのシステムが開発されました。アクティブなフェーズドアレイレーダーの典型的な代表は、アメリカのバーククラス駆逐艦の/SPY-1、/fps-115「舗装足」のspy-1です。長距離警告、AN/APG-77 F-22戦闘機などのアクティブフェーズドアレイレーダーなど。英国AR-3D、フランス語AN/TPN-25、日本のNPM-510およびJ/NPQ-P7、イタリアのラット31Sおよびイタリアのラット31SおよびドイツのKR-75。中国のタイプ052D駆逐艦のタイプ346Aは、アクティブな段階的な配列レーダーでもあります。

いわゆるTHAAD抗ミサイルシステム

システムは、主に4つの部分で構成されています：①レーダー、②火災制御システム、③発射車両、④インターセプター。

作業原則は4つのステップに分かれています。

1）レーダーはミサイル攻撃を検出します。

2）コマンドおよび火災制御システムは、ターゲットを確認およびロックします。

3）起動車両の起動インターセプター。

4）ミサイルを傍受して、空気中の入ってくるミサイルを破壊します。

インターセプターシステムとレーダーシステムの2つのコアコンポーネントがあります。

AN/TPY-2フェーズドアレイレーダーは、ターゲットを検出および追跡するために使用されるレーダーシステムです。いわゆるフェーズドアレイレーダーは、フェーズドアレイアンテナテクノロジーを使用します。

AN/TPY-2レーダーシステム

AN/TPY-2レーダーシステムは、Xバンド（9.5GHz）で動作し、アンテナアレイ領域は9.2m2、数万のウルトラマイクロ波アンテナユニット、デジタルビームフォーミング（DBF）プロセッサを備えています。方位角の機械的回転範囲は178〜+178、ピッチ角の機械的回転範囲は0〜90、アンテナ、ピッチ角、方位角の電気スキャン範囲は0〜50です。検出、検索、追跡、ターゲット認識などの多機能タスクを実現します。狭い波クラスターを使用して、ターゲット弾頭の予想される位置を正確に評価し、偽の弾頭を識別できます。

AN/TPY-2レーダーシステムの組成は、次の図に示すように、主に5つの部分に分割されます。

1.フェーズドアレイアンテナ

2.電子機器ユニット（車）

3. 1 MWの主電源ユニット（車）

4.主にアンテナアレイに冷却を提供する冷却装置ユニット（車）。

5.オペレーション、メンテナンス、通信監視のための組み込み操作コンソールを備えた操作制御車両（独自の電源システムを使用）

フェーズドアレイアンテナ機器

5G outdoor antenna

AN/TPY-2レーダーシステムの構成

電子車両はモジュラートレーラーで統合されたトレーラーであり、そのトランクには、核および生化学的保護能力と環境制御装置を備えた密閉された保護カバーが装備されています。主な機器は、データ処理用の2つのVAX7000コンピューター、4つのMP2大規模な並列信号プロセッサ、受信機/励起者、テストターゲットジェネレーター、高速レコーダーなどです。

MP2プロセッサは、スペクトル分析、パルス圧縮と連続検出、および受信機からのデジタルレーダーエコーサンプルの予備画像処理に使用される、大規模な並列処理技術の最初の軍事応用です。 VAX7000コンピューターは、実際の戦闘タスクの計算、タスクの前後のデータ処理などを担当します。

電源車両は、内燃機関、オルタネーター、コントロールパネル、トランスファースイッチで構成され、1.1メガワットの電力を提供できます。

冷却車両は、長さ12m、重量が16.3トンの閉じたトレーラーです。車両には、アンテナ冷却用の液体冷却装置と、アンテナおよび電子機器の配電用のデバイスが装備されています。

5G indoor antenna

冷却装置の配置