メモ：フェーズドアレイ

　遅延量の計算は以下ページの下の方の図がわかりやすい。
Radar Basics - Phased Array Antenna

　平面(焦点が無限遠)の合成波を作りたい場合、アンテナ面からの角度をθ、素子間隔をdとして、d sin θで遅延量が計算できる(開口が線上にある場合)。
　比較的近い距離に焦点を結びたい場合の計算は書いてない気がするが、焦点から開口までの距離を波長で割った余りが遅延量となる。

　ざっくりと計算してみたけど、意外とサイドローブが多い印象。もっとも、無指向性の開口で計算してるから、半値角90°くらいの開口なら、ある程度サイドローブは減らせそう。
　簡単な計算だと、2次元でしか表示できないので、平面に置こうとすると、開口は1次元にしか作れない。2次元平面に開口を置いた計算をやってみたいけど、かなり面倒そう。

　超音波素子で開口合成をやったら楽しいかな、と思ってた。レーダーだと法的に厳しいし、高周波扱うの面倒だし、光速の計測は大変だし、ということで、遊びでやるなら超音波が楽かな～と思った次第。

　すでに、開口数百素子の超音波フェーズドアレイ素子ってのを作ってる研究室があるらしい。これはもっぱら非接触で物体を操作するための物。
　受粉を機械的に行う、とか応用が書いてあって面白い。現在でも植物(果物、野菜、etc)の受粉は風や蜜蜂任せだが、自然相手なので扱いづらい。特に蜜蜂は使用できる農薬等の制限が厳しいらしい(うろおぼえ)。植物工場とかだと、ほぼ無菌状態で栽培できるので、農薬が一切不要、かつ出荷時・出荷後の洗浄が不要、という利点があるが、蜜蜂等を持ち込むとその利点がなくなってしまう。そういう環境では、多少高コストな機材が必要でも、うまく付加価値をつけれればちゃんとやっていけそう。


　マイコンでフェーズドアレイをやるのはどうやれば低コストでできるかな、と考えてみても、いまいちいい方法が思いつかない。
　STBee F4miniだとFPUがあるので、位相計算は楽だけど、せいぜい32素子くらいしか扱えない。それに外部回路もかなり大量に必要になる。データレートもかなり必要になるので、そのあたりも不安。
　件の研究室でも、やはり小型化・低コスト化がネックっぽい。超音波AESAだと計算量はそれほど多くない気がするけど、ピン数がかなり大量に必要になる(数百～)。こういうのはFPGAでやるより、ASICで量産したほうが低コスト化できそう。基準クロックと位相シフト量を与えればいいだけなので、それほど頻繁に回路を書き換えるわけでもないし、頻繁に変わる部分はFPGAにしちゃえばいいし。


　AESAの計算のついでに、FRESCANも試してみた。並べた開口に、順番に波を入れれば、d=n wavelengthの場合はまっすぐに波が合成されるが、周波数を変えると、d != n wavelengthで、合成波が斜めになる、というタイプ。
　古くは対空レーダーや、最近では車載レーダーに使われてるらしい。メリットはRF周りの低コストさ。パッシブフェーズドアレイでも増幅器は必要だし、移相器も必要になる。アクティブフェーズドアレイも言わずもがな。FRESCANは送受信機が1個で済み、周波数を変えるだけでスキャンできるという利点がある。
　一方で(軍用レーダーでは致命的なことだが)、開口の周期で周波数が固定されてしまう、というデメリットが有る。これは敵からすれば、周波数を見るだけでレーダーがどっちを向いているかがわかってしまう。周波数と角度の関係がわかれば、特定の周波数を入れれば、特定の角度に偽像を表示することができる。他にも色々ありそう。
　FRESCANは電磁波(光速に近い伝搬速度)には便利だが、超音波でやろうとすると、とても面倒なことになる。ということで、この方向は見込み無しということで、あんまりちゃんと確認してない。


　対空ミサイルの仕組みを調べると結構面白いし、レーダーの仕組みも面白いし、F-35Bとかも面白そうだし、こういうの作ってみたいなぁ、とは思うけど。
　ミサイルはモデルロケットで、ターゲットはPhantomでも借りれば、誘導の実験くらいはできるかもしれないが。
　レーダーは法的につらい。超音波で首振りくらいならできそうな気もするけど、あんまりおもしろくなさそう。
　ラジコン飛行機はやってみたい分野だけど、アレもお金かかるからなぁ。2.4GHz化で一気にアビオニクスの値段が上がってしまった感じがある。一昔のラジコン飛行機は安かったのになぁ(10年位前の話。入門用の1.5mくらいのEP機がフルセット1.5万円だった)。

　対空ミサイルは、レーダー誘導ならアンテナでどうにかしてるんだろうなーって気がするし、赤外線誘導もなんとなく想像できるし、GPS誘導爆弾は作れそうな気もするけど、レーザー誘導爆弾は全く想像できない。シーカーってどうなってるんだろうか。


　最近、気力ゲージの減り方がヤバイ。寒いからかなぁ。でも夏は夏で暑いと言って似たような感じだし、いつもこんなもんな気もする。