2019 Fiscal Year Research-status Report
-忍者アレーアンテナ-モノスタティックレーダーに不可視のビーム走査アレーアンテナ
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18K13736
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
今野 佳祐 東北大学, 工学研究科, 准教授 (20633374)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | フェーズドアレー / リフレクトアレー / レーダー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電磁波に対する不可視性とビーム走査能力を両立したアンテナは実現し得るのか、という学術上の疑問に対し、非同一素子から成る周期的アレーアンテナを提案してそれを実現した。提案アレーアンテナは忍者アレーアンテナと呼ばれ、後方散乱が小さいので、広帯域パルス電磁波を用いたモノスタティックレーダーに不可視である。
後方散乱が小さく、広帯域パルス電磁波を用いたモノスタティックレーダーに不可視な性質を有するアレーアンテナの実現は、セキュリティ上の観点から重要な意義を持つ。アレーアンテナは、空港のボディスキャナーや航空・気象レーダーに用いられることが多く、その性能は最高機密に属する。その一方で、このようなアレーアンテナは周期構造を持つので、後方散乱が大きくなり、広帯域パルス電磁波を用いたモノスタティックレーダーに捕捉されてしまう。このような、アレーアンテナが持つセキュリティ脆弱性は長年問題になっていたが、有効な解決策はこれまでに提案されていなかった。本研究で提案する忍者アレーアンテナが実現されれば、後方散乱の小さいフェーズドアレーが実現され、レーダーとしての機能を損なうことなく、セキュリティの脆弱性を解消することができる。したがって、本研究の果たす社会的意義は大きい。
今年度は、前年度に確立した忍者アレーアンテナの設計法に基づき、アンテナを試作し，その有効性を実験的に明らかにした。また、関連技術としてアレーアンテナの電磁界数値解析法や、電流分布推定法等に関する研究を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画では、本年度の研究予定は以下の通りであった。まず、忍者アレーアンテナの広帯域化を図る。広帯域な特性を示すことが知られている素子である対数周期ダイポールアレーアンテナを用い、忍者アレーアンテナを設計する。素子が大型化するので、高速モーメント法とスーパーコンピュータを用いた効率的な設計法を構築して設計を実施する。
本年度は、基本的にはこの計画に基づいて研究を進めることを考えたが、前年度で想定を超える進捗が得られ、広帯域素子の導入による忍者アレーアンテナの設計については概ね達成できていた。そこで、忍者アレーアンテナの試作とその特性の測定を実施する方向に切り替えた。線状および板状の導体を用いて、八木・宇田アレー素子から成る忍者アレーアンテナを試作し、電波無響室における散乱特性と放射特性を測定した。
また、アレーアンテナの電磁界数値解析法や電流分布推定法等の研究も関連・応用研究として行った。これらの研究は、当初の計画にはなかったものの、忍者アレーアンテナとの関連が深いので遂行したものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究で、モノスタティックレーダーに不可視な(=後方散乱の小さい)忍者アレーアンテナの基本的な設計法および試作・測定法については一定の知見が得られたと考えている。今後の研究では、忍者アレーアンテナの効率的な設計技術や高度化、周辺技術の研究に軸足を移していく予定である。
例えば、複雑な高速モーメント法の簡易化や、アンテナに接続する可変の集中定数を効率的に取り扱う設計法の研究を実施する予定である。特に近年では、アクティブに指向性をコントロールできるようなフェーズドアレーが求められており、そのようなフェーズドアレーの設計法も求められている。したがって、上記の研究を実施することで、忍者アレーアンテナの高度化・アクティブ化を図る。また、深層学習や固有モード電流を用いた故障診断法などの研究を加速する予定である。このような技術は、忍者アレーアンテナが実用化された際の保守点検に関わる技術であり、忍者アレーアンテナの高度化や実用面でのロバスト性を向上させるものである。当初予定に加え、これらの周辺技術を研究することで、研究計画を発展・加速させる予定である。
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| Causes of Carryover |
当初予定よりも研究の進捗が順調であり、少ない消耗品で研究が進んだこと、学生への謝金が当初予定よりも少なくなったことの2点が次年度使用額が生じた理由として挙げられる。次年度使用額として繰り越した金額は、順調に得られた研究成果の外部への公表や、周辺技術の研究のための消耗品等に充てる予定である。
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