レーダーは、電波を使用して遠くの物体の方向、速度、形状、範囲、およびその他の特性を検出する無線技術です。物体を検出するための電波の最初の使用は、20 世紀の初めまでさかのぼることができます。現在、この技術は非常に進歩しているため、物体の存在だけでなく、距離、形状、サイズ、速度、範囲も検出できます。
19 世紀の最後の四半期に、勤勉なハインリッヒ ヘルツは、ジェームズ クラーク マクスウェルが実際に正しいことを示しました。マクスウェルが電磁気学の理論で理論化したように、彼は、光とは異なり、肉眼では検出できない、私たちの宇宙に浸透する神秘的なエネルギーの波が存在することを実証しました.これらは電磁波と呼ばれ、可視光そのものが電磁波であることが判明しました。
光は電磁波です。 (写真提供:Pexels)
彼の一連の奇抜な実験では、これらの波が金属のような電気を伝導する物体によって反射されることも実証しました。彼の発見の応用について尋ねられたとき、ヘルツは陰気な答えをしました：「何もないと思います.しかし、彼の発見が最終的にすべての現代技術の根底にあることを彼はほとんど知りませんでした. RADAR はその技術の 1 つです。
無線検出と測距
レーダーは、Radio Detection and Ranging または Radio Direction and Ranging の頭字語です。ただし、この単語は現在では名詞として使用されているため、大文字で書かれることはめったにありません。レーダーは、その名前が示すように、電波を使用して遠くの物体の方向、速度、形状、範囲、およびその他の特性を検出する無線技術です。
(写真提供:RF カフェ)
物体を検出するための電波の最初の使用は、物理学者のアレクサンダー ポポフが 2 隻の船の間で通信のために送信された電波が別の船の通過によって中断されることを観察した 20 世紀の初めまでさかのぼることができます。人々は、濃霧に覆われた船を検出するために波をどのように使用できるかを認識しました。しかし、その技術ができることはそれだけです。その有用性は物体の存在を検出することだけに限定され、送信機からの距離は検出されませんでした。
今日、この技術は非常に進歩しているため、物体の存在だけでなく、距離、形状、サイズ、速度、範囲も検出できます。少なくとも距離を決定するためのメカニズムは非常に単純です。送信機は、物体に向かって短パルスまたは長パルスの電波を放射します。オブジェクトは電波エネルギーの一部を吸収し、残りを反射します。
受信機は、通常は送信機と同じ方向にあるわけではありませんが、エネルギーを受信し、その送信からの経過時間を測定します。距離は、私たちがすでに知っている波の速度に経過時間の半分を掛けることで計算されます。波は 2 回 (往復) 移動するため、時間を 2 で割ります。
ただし、オブジェクトの他の特性、たとえばその形状を決定することは、もう少し複雑です。たとえば、オブジェクトの速度を決定します。動いている物体がこちらに向かっているのか、遠ざかっているのかによって反射する周波数が変わるので難しいです。言い換えれば、ドップラー効果を説明する必要があります。これは、サイレンが近づくと大きく鳴り、遠ざかるにつれて弱まるのと同じ効果です。それにもかかわらず、現在の解像度は非常に優れているため、レーダーは何キロメートルも離れたところから飛んでいるパンのような小さくてとらえどころのないものを識別できます。
制約
ただし、このような法外な解像度には、減衰という代償が伴います。分解能は、波長が短くなるにつれて増加します。これは、波が物体からしか反射できないため、物体のサイズが波の波長に匹敵する場合にそれを検出するためです。より大きな波長の波は、小さな物体を見落とすだけです。
一方、低波長または高周波数の電磁波は、その移動中に、高波長または低周波数の波よりも大きな速度で強度を失う傾向があります。つまり、減衰と波長は反比例の関係にあり、減衰と分解能の間で妥協点を達成する必要があります。したがって、電力の損失を最小限に抑えるために、あいまいな識別を生成するか、驚異的な電力損失を伴うパンを識別することができます.
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私たちが電波を使ってワイヤレスで通信するのも、同じ逆の関係によるものです。電波は、電磁スペクトル全体の中で最も低い周波数を示します。これは、電波の減衰が最も少ないため、最長距離を移動できることを意味します。これは、紫外線や X 線などの高周波では実現できません。
パワーと範囲の間で別の妥協点を作る必要があります。レーダーの範囲を拡大するには、電力を同じ係数だけ増加させる必要はありませんが、同じ係数を 4 の累乗に上げる必要があります。つまり、単に射程を 2 倍にするためには、威力を 16 倍にしなければなりません。次に、エンジニアはこれらの品質について交渉し、特定のタイプのアプリケーション用に特定のタイプのレーダーを設計します。
アンダー ザ レーダー
ほとんどの人は、すべての航空機のダッシュボードに取り付けられた象徴的な緑色の文字盤でレーダーを知っていますが、現代の戦争ドラマを完全にすることはできません。ダイアルには、通常はブリップと呼ばれる白く点滅するドットが中央に向かって落ちて表示され、ミサイルまたは敵が近づいていることを示します。
レーダーは濃霧の中で行方不明になった船を発見するために開発されましたが、2 つの戦争の緊急事態により、レーダーの探知に対する深い適性は、最終的に陸、海、空のすべての領域で「ターゲット」を探知するために活用されました。当然のことながら、これらの標的はすぐに、秘密裏に活動する新しい方法を見つけ始めました。
Hertz が示したように、物体が電気を通す場合にのみ、物体は電波を反射します。これが、アルミニウム製の飛行機が敵と、非軍用機の場合は交通管制部隊の両方に発見されやすい理由です。密かに操作するためにできることは、非金属飛行機で飛ぶことです。これには、1930 年代に作られた木製の飛行機や、現在のように多くのカーボン ファイバー製の飛行機が含まれます。
エンジニアはまた、斬新で独創的な方法でこれらのステルス車両を構築します。それらは、電波を無計画に、または少なくとも受信機の範囲外で反射するジオメトリをそれに与えるか、または送信された無線エネルギーの大部分を吸収する材料または材料の複合体で航空機を構築し、したがって、必要以上に反射しません。十分な検出。その後、「レーダーの下」で飛行することもできます。
レーダーは見通し内技術です。送信機は電波の円錐を描き、その中にたまたまある物体を検出します。しかし、地球は丸く、円錐の側面は曲がらないため、地球の曲面を正しくトレースできません。したがって、航空機は、このコーンの下またはレーダーの下、地平線近くを飛行することにより、検出されずに飛行できます。コーンの厳しい側面は地形の突然のスランプを追跡できないため、航空機は影の下で密かに飛行できます
もちろん、レーダーの用途は戦争だけではありません。現在でも船舶の検出に使用されていますが、ナビゲーションや衝突回避にも役立ち、地質学者は地殻のマッピングに使用し、警察は車両の追跡に使用し、モバイルまたはワイヤレス通信技術の大部分の基盤となっており、不可欠です。人類の最も重要な発明の 1 つである自動ドアに。 「何もないと思います」と Hertz は陰気な反応を示しました。
