7433621 フェイズドアレイテスラコイル防空システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-09

(45)【発行日】2024-02-20

(54)【発明の名称】フェイズドアレイテスラコイル防空システム

(51)【国際特許分類】

   F41H 11/02 20060101AFI20240213BHJP

   F41B 15/00 20060101ALI20240213BHJP

【ＦＩ】

F41H11/02

F41B15/00 Z

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2024003645

(22)【出願日】2024-01-14

【審査請求日】2024-01-14

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】593012963

【氏名又は名称】村上 博

(74)【代理人】

【識別番号】100205626

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 博

(72)【発明者】

【氏名】村上 博

【審査官】塚本 英隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１０３５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１６４６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－１６０４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１２７８１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ４１Ｈ １１／０２

Ｆ４１Ｂ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電力を供給する電力供給部と、
前記電力供給部から供給された電力を用いて高周波信号を生成する高周波信号発生装置と、
前記高周波信号発生装置からの一対の出力端子のうちの一方に接続され、二つの導体端部が大気中に間隔をあけて配置されるギャップスイッチと、
前記高周波信号発生装置からの一対の出力端子のうちの双方に接続されるキャパシタと、
前記高周波信号発生装置が生成した高周波の位相を指定分ずつ変化させる位相器を有するコイル別制御部と、
１次コイル、２次コイル、及び３次コイルの順にコイルの巻き数が多くなり、前記高周波信号発生装置からの出力が前記１次コイルの一端である第１接続点に入力し、前記ギャップスイッチからの出力が前記１次コイルと前記２次コイルとの接続部分である第２接続点に入力し、前記３次コイルの出力側端部に棒状のリードディレイを介して球状の球体アンテナが接続されるテスラコイルが、複数個を２次元に配置する配置方法であるアレイ状に複数個配置されるアレイテスラコイルと、
所望の方向へのビーム形成に必要な位相変化量を前記テスラコイルごとに生成して対応する前記位相器に出力する位相制御装置と、
前記高周波信号発生装置に対する制御信号と、前記位相制御装置に対する制御信号と、を生成して出力する主制御部と、
を備えるフェイズドアレイテスラコイル防空システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、防空システムに関する。

【背景技術】

【0002】

地球上において、戦争は絶えることがないのが現状である。そして、多くの戦争の場合、空を介して爆発物を敵の領内に送り込み、爆発させることにより敵国の装備や建物を破壊することが行われている。そして、多くの戦争に無関係な一般市民が犠牲となるのである。

【0003】

この点に関し、ニコラ・テスラ（Ｎｉｋｏｌａ Ｔｅｓｌａ：１８５６年７月１０日－１９４３年１月７日）はかつて、自身の発明した、いわゆるテスラコイルを使用し、敵国の飛翔体に電子ビームを照射することにより飛翔体を破壊する旨を考案していた。ニコラ・テスラはテスラコイルを一つだけ用いてビームを形成することを想定していたらしい（例えば、非特許文献１。）。

【0004】

しかしながら、テスラコイルを一つだけ用いてビームを形成することは、実際には困難である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】「テスラ・ファイル － 謎の極秘研究－」（https://www.amazon.co.jp/%E3%82%B3%E3%83%AD%E3%83%A9%E3%83%89%E5%AE%9F%E9%A8%93/dp/B09RK36KZT/ref=sr_1_1?__mk_ja_JP=%E3%82%AB%E3%82%BF%E3%82%AB%E3%83%8A&keywords=%E3%83%86%E3%82%B9%E3%83%A9%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB&qid=1705181624&s=instant-video&sr=1-1）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、飛翔体を効率的に破壊できる防空システムを提供することである。

【0007】

なお、上記の「背景技術」、および「発明が解決しようとする課題」に記載した内容は、本発明をするに至った契機（きっかけ）を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、また、本発明の技術的範囲の限定解釈を許容するものでもない（平成１７年（行ケ）第１００４２号、及び出願日における特許庁審査基準第ＩＩ部第２章 第２節３．２．１参照。）。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、交流電力を供給する電力供給部と、前記電力供給部から供給された電力を用いて高周波信号を生成する高周波信号発生装置と、前記高周波信号発生装置からの一対の出力端子のうちの一方に接続され、二つの導体端部が大気中に間隔をあけて配置されるギャップスイッチと、前記高周波信号発生装置からの一対の出力端子のうちの双方に接続されるキャパシタと、前記高周波信号発生装置が生成した高周波の位相を指定分ずつ変化させる位相器を有するコイル別制御部と、１次コイル、２次コイル、及び３次コイルの順にコイルの巻き数が多くなり、前記高周波信号発生装置からの出力が前記１次コイルの一端である第１接続点に入力し、前記ギャップスイッチからの出力が前記１次コイルと前記２次コイルとの接続部分である第２接続点に入力し、前記３次コイルの出力側端部に棒状のリードディレイを介して球状の球体アンテナが接続されるテスラコイルが、複数個を２次元に配置する配置方法であるアレイ状に複数個配置されるアレイテスラコイルと、所望の方向へのビーム形成に必要な位相変化量を前記テスラコイルごとに生成して対応する前記位相器に出力する位相制御装置と、前記高周波信号発生装置に対する制御信号と、前記位相制御装置に対する制御信号と、を生成して出力する主制御部と、を備えるフェイズドアレイテスラコイル防空システムを提供する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、飛翔体を効率的に破壊できる防空システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態に係るフェイズドアレイテスラコイル防空システムの構成を示すブロック図である。

【図2】テスラコイルを示す回路図である。

【図3】テスラコイルの分解側面図である。

【図4】テスラコイル４１の側面図である。

【図5】主制御部の動作を示すフローチャートである。

【図6】第２の実施形態に係るフェイズドアレイテスラコイル防空システムの構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の一実施形態に係るフェイズドアレイテスラコイル防空システム（以下、防空システム１という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0012】

（第１の実施形態）

【0013】

（システム構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る防空システム１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、防空システム１は、電力供給部１１と、高周波信号発生装置１２と、ギャップスイッチ１３と、キャパシタ２０と、コイル別制御部３０と、アレイ状（２次元状）に配置されるアレイテスラコイル４０と、主制御部１９と、位相制御装置１５と、合成器１７と、信号処理装置１８と、を備える。

【0014】

電力供給部１１は、交流電力を供給する。

【0015】

高周波信号発生装置１２は、電力供給部１１から入力した電力を用いて、ＭＨｚ～ＧＨｚの高周波信号を生成する。生成方法は、例えば従来のフェイズドアレイレーダにおいて用いられてきた公知の方法を用いることができる。この技術の詳細は、例えば、「レーダシステム入門」、メリルＩ．スコルニック（原著）、小椋 賢紀（翻訳）、プレアデス出版 、２０２３年７月２５日。以下、参考文献１という。）などに記載されている。

【0016】

高周波信号発生装置１２からの出力信号は、二つに分岐され、一方はギャップスイッチ１３に、また他方は第１分岐点１４を介してコイル別制御部３０のそれぞれの位相器３１に出力される。

【0017】

ギャップスイッチ１３は、二つの導体端部、例えば導体金属によって形成される球体が、大気中に間隔をあけて配置され、出力側は第２分岐点１６を介してアレイテスラコイル４０のそれぞれのテスラコイル４１の第２接続点Ｂ（図２参照。）に接続される。

【0018】

ギャップスイッチ１３の入力側と高周波信号発生装置１２の出力側には、ギャップスイッチ１３の入力側と高周波信号発生装置１２の出力側に接続端子がそれぞれ接続するキャパシタ２０が設けられる。

【0019】

コイル別制御部３０は、位相器３１と、増幅器３２と、サーキュレータ３３と、制限器３４と、を備える。

【0020】

位相器３１は、入力される高周波信号の位相を位相制御装置１５によって設定される位相シフト量だけずらして出力する。

【0021】

増幅器３２は、位相器３１から入力した高周波信号を増幅する。

【0022】

サーキュレータ３３は、入力した信号を時計回りの次の出力端子から出力する。従って、増幅器３２からの出力信号は、アレイテスラコイル４０のそれぞれのテスラコイル４１の第１接続点Ａ（図２参照。）に入力される。

【0023】

また、サーキュレータ３３は、アレイテスラコイル４０のそれぞれのテスラコイル４１の第１接続点Ａから入力した受信信号を制限器３４に出力する。

【0024】

制限器３４は、過大な電力及び後続の装置に有害となる周波数をフィルタリングする。制限器３４からの出力信号は、合成器１７に入力される。

【0025】

合成器１７は、それぞれのコイル別制御部３０の制限器３４からの周波信号を合成し、信号処理装置１８に出力する。

【0026】

信号処理装置１８は、合成された受信信号に施されていた変調を復調し、主制御部１９が処理可能な信号に変換して主制御部１９に出力する。

【0027】

主制御部１９は、演算装置、記憶装置、入出力装置などを備える、いわゆるコンピュータを用いることができる。主制御部１９は、高周波信号発生装置１２に対する制御信号と、位相制御装置１５に対する制御信号と、を出力し、信号処理装置１８からの入力信号を用いて、入出力装置に画像出力するほか、次の攻撃態勢への縦鼻などを行う。

【0028】

なお、上記の各構成要素の形成方法や動作、並びに制御方法等は、上記の参考文献１に詳しく記載されている公知の方法等を用いることができる。

【0029】

（テスラコイル）
１．テスラコイルの構成
図２は、テスラコイル４１を示す回路図である。図３は、テスラコイル４１の分解側面図である。図４は、テスラコイル４１の側面図である。

【0030】

図２から図４に示すように、テスラコイル４１は、一端が第１接続点Ａに接続し、他端が第２接続点Ｂを介してギャップスイッチ１３及び２次コイル４１Ｂに接続する１次コイル４１Ａと、一端がギャップスイッチ１３及び２次コイル４１Ｂに接続し、他端が３次コイル４１Ｃに接続する２次コイル４１Ｂと、一端が２次コイル４１Ｂの他端に接続し、他端がリードディレイ４１Ｄを介して球体アンテナ４１Ｅに接続する３次コイル４１Ｃと、一端が３次コイル４１Ｃの他端に接続し、他端が球体アンテナ４１Ｅに接続するリードディレイ４１Ｄと、リードディレイ４１Ｄの他端に接続する球体アンテナ４１Ｅと、を備える。

【0031】

テスラコイル４１の通電部分である１次コイル４１Ａ、２次コイル４１Ｂ、３次コイル４１Ｃ、リードディレイ４１Ｄ、球体アンテナ４１Ｅ、及びこれらを接続する接続線は、銅や金などの導体金属の単体または合金を用いることができる。１次コイル４１Ａ、２次コイル４１Ｂ、３次コイル４１Ｃ、及びリードディレイ４１Ｄに用いられる各線材は絶縁被覆される。

【0032】

なお、１次コイル４１Ａ、２次コイル４１Ｂ、３次コイル４１Ｃ、リードディレイ４１Ｄ、球体アンテナ４１Ｅ、及びこれらを接続する接続線は、通常用いられる導体材料のほか、超電導材料を用いて形成することもできる。超電導材料は、例えばレアアース系高温超電導線材を用いることができる。

【0033】

レアアース系高温超電導物質としては、例えば、ＨｇＢａＣａＣｕＯ、ＴｌＢａＣａＣｕＯ、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ、ＹＢａＣｕＯなどを用いることができる。レアアース系高温超電導物質は、液体窒素による冷却でも超電導状態を示す。また、従来の超電導物質、例えばＭｇＢ２、Ｎｂ３Ｓｎなども用いることができる。従来の超電導物質は液体ヘリウムによって冷却することにより超電導状態を示す。これらの線材は、例えば株式会社フジクラから既に市販されている公知のものを用いることができる。

【0034】

図３及び図４に示すように、１次コイル４１Ａの高さＬ４Ｈ、２次コイル４１Ｂの高さＬ３Ｈ、及び３次コイル４１Ｃの高さＬ２Ｈは、球体アンテナ４１Ｅの直径とほぼ同じ長さであることが効率の点から望ましいが、それぞれ互いに異なっていても構わない。

【0035】

１次コイル４１Ａ、２次コイル４１Ｂ、３次コイル４１Ｃは、円筒形状をなす。１次コイル４１Ａの直径Ｌ４Ｄは２次コイル４１Ｂの直径Ｌ３Ｄより大きく、互いに電磁誘導が生じない大きさより小さい。２次コイル４１Ｂの直径Ｌ３Ｄは３次コイル４１Ｃの直径Ｌ２Ｄより大きく、互いに電磁誘導が生じない大きさより小さい。３次コイル４１Ｃの直径Ｌ２Ｄはリードディレイ４１Ｄの水平切断面の平面視の直径より大きい。

【0036】

リードディレイ４１Ｄの高さは、１次コイル４１Ａの高さＬ４Ｈ、２次コイル４１Ｂの高さＬ３Ｈ、及び３次コイル４１Ｃの高さＬ２Ｈより高さＨ１だけ高い。従って、球体アンテナ４１Ｅは、全部が１次コイル４１Ａ、２次コイル４１Ｂ、及び３次コイル４１Ｃの外部に露出する。

【0037】

３次コイル４１Ｃの巻き数は２次コイル４１Ｂの巻き数より多い。例えば、３次コイル４１Ｃの巻き数を２次コイル４１Ｂの巻き数より１０倍～１００倍多くすることができる。

【0038】

２次コイル４１Ｂの巻き数は１次コイル４１Ａの巻き数より多い。例えば、２次コイル４１Ｂの巻き数を１次コイル４１Ａの巻き数より１０倍～１００倍多くすることができる。

【0039】

１次コイル４１Ａの巻き数は、例えば１巻きでもよい。

【0040】

図４に示すように、１次コイル４１Ａ、２次コイル４１Ｂ、３次コイル４１Ｃ、リードディレイ４１Ｄ、球体アンテナ４１Ｅ、及びこれらを接続する接続線を、超電導材料を用いて形成する場合には、これらの部材を全て収容する冷却用機５０を設置する。

【0041】

冷却用機５０は、内部に図４に示すように１次コイル４１Ａ、２次コイル４１Ｂ、３次コイル４１Ｃ、リードディレイ４１Ｄ、及びこれらを接続する接続線の全部、及び球体アンテナ４１Ｅの少なくとも上半分を収容する。冷却用機５０は、内部に液体冷却材を流入させる流入孔５１と、気化した液体冷媒を放出する気圧弁５２と、を備える。

【0042】

液体冷却材は、超電導材料を超電導状態になるまで低温に冷却できる液体、例えば液体ヘリウム、液体窒素などを用いることができる。

【0043】

２．テスラコイルの動作
テスラコイル４１は、電磁誘導によって１次コイル４１Ａに入力した高周波信号を、２次コイル４１Ｂ及び３次コイル４１Ｃを用いて昇圧し、周波をより高周波にする。

【0044】

ところで、テスラコイル４１には、ギャップスイッチ１３とキャパシタ２０が接続されているが、この動作は以下のようになる。

【0045】

地球の地殻のコアには鉄（Ｆｅ）が含まれている。つまり、地球は導体である鉄の球体と言える。そして、地球は自転しながら太陽と公転しているのだが、太陽には磁場があり、しかもこの磁場は磁気嵐などのようにしばしば変化する。

【0046】

鉄の球体である地球がこの磁場を移動する際には、地球の内部に誘導電流が発生する。そして、地球には絶縁体であり静電容量を有する大気に覆われている。

【0047】

つまり、地球は大きなコンデンサのような状態になっており、地殻には電流が存在し、大気は静電容量を蓄えている。

【0048】

ニコラ・テスラはこの地殻内の電流を発見し、定常波と呼んだ。

【0049】

ここで、キャパシタ２０への入力電力が容量に達すると、キャパシタ２０はギャップスイッチ１３方向に放電する。

【0050】

ギャップスイッチ１３は、この放電により二つの導体端部の間の大気がイオン化し、通電する状態になる。

【0051】

この時、大気が持っていた静電容量のうちの一部が、ギャップスイッチ１３を介してテスラコイル４１に流れ込む。

【0052】

従って、テスラコイル４１は、ギャップスイッチ１３からも電力の入力があるため、電力供給部１１から供給される電力よりはるかに大きいスパークを放電することが可能である。

【0053】

（ビーム出力）
本実施形態の防空システム１は、フェイズドアレイレーダのビーム送信信号の生成方法と同様の方法によって、ビームスパークを所望の方向に照射する。

【0054】

ビームフォーミングの方法については、例えば参考文献１に詳細な例が記載されており、これらの公知の方法を用いることができる。

【0055】

（ビーム照射対象の補足）
本実施形態の防空システム１は、フェイズドアレイレーダの対象補足方法と同様の方法によって、ビーム照射対象の位置を特定する。

【0056】

フェイズドアレイレーダの対象補足方法については、例えば参考文献１に詳細な例が記載されており、これらの公知の方法を用いることができる。

【0057】

（破壊対象物の機器破壊方法）
爆発物を搭載した飛翔体などは、自国内における誤爆を防止するために、飛翔体自体を破壊する爆破装置を通常搭載している。

【0058】

そして、飛翔体が所望の起動を外れた場合などには、飛翔体に信号を送信し、飛翔体を爆破させる。

【0059】

ここで、この信号を受信するためにはアンテナが必要である。そして、このアンテナは、内部の回路において用いる高周波信号の周波数λに対してλ／４の整数倍の長さを有している。このアンテナは、周波数λの高周波信号を受け入れ、これ以外の周波数は反射する。

【0060】

従って、この周波数λによりスパークを照射すれば、強力な電力がアンテナから入力され、飛翔体を効果的に破壊することができる。

【0061】

図５は、防空システム１の主制御部１９の動作を示すフローチャートである。図５に示すように、ステップＳ１０１において、主制御部１９は、高周波信号発生装置１２に周波数を掃引するように指示する。掃引範囲は、通常通信に用いる周波数帯内である。

【0062】

ステップＳ１０２において、主制御部１９は、掃引周波数ごとの受信信号の強度をモニタし、受信信号の強度が他の周波数より低くなる反射ギャップ周波数を検知する。

【0063】

ステップＳ１０３において、主制御部１９は、反射ギャップ周波数をスパークの出力周波数にセットする。

【0064】

ステップＳ１０４において、主制御部１９は、反射ギャップ周波数以外の周波数である反射周波数によって破壊対象物を追跡する。

【0065】

ステップＳ１０５において、主制御部１９は、発射指示があったかを判定する。主制御部１９は、発射指示があったと判定した場合（ステップＳ１０５のＹ）、ステップＳ１０６に進み、発射指示があったと判定しない場合（ステップＳ１０５のＮ）、ステップＳ１０５に戻る。

【0066】

ステップＳ１０５において、主制御部１９は、位相制御装置１５にスパーク照射方向へのビームを生成させる位相を計算させ、それぞれのコイル別制御部３０の位相器３１に位相変化量を送信させる。そして、主制御部１９は、高周波信号発生装置１２に対してハイパワーの反射ギャップ周波数の高周波の出力を指示する。

【0067】

生成されたハイパワーの反射ギャップ周波数の高周波信号は、コイル別制御部３０を介して位相が調整された状態により各テスラコイル４１に入力されるとともに、キャパシタ２０の放電によってギャップスイッチ１３がＯＮ（通電可能状態）になり、大気中に蓄えられた電力がギャップスイッチ１３から流入してくる。

【0068】

そして、テスラコイル４１は位相調整されたスパークを対象物にビーム状に照射し、対象物は破壊される。

【0069】

以上述べたように、本実施形態の防空システム１は、交流電力を供給する電力供給部１１と、電力供給部１１から供給された電力を用いて高周波信号を生成する高周波信号発生装置１２と、高周波信号発生装置１２からの一対の出力端子のうちの一方に接続され、二つの導体端部が大気中に間隔をあけて配置されるギャップスイッチ１３と、高周波信号発生装置１２からの一対の出力端子のうちの双方に接続されるキャパシタ２０と、高周波信号発生装置１２が生成した高周波の位相を指定分ずつ変化させる位相器３１を有するコイル別制御部３０と、１次コイル４１Ａ、２次コイル４１Ｂ、及び３次コイル４１Ｃの順にコイルの巻き数が多くなり、高周波信号発生装置１２からの出力が１次コイル４１Ａの一端である第１接続点Ａに入力し、ギャップスイッチ１３からの出力が１次コイル４１Ａと２次コイル４１Ｂとの接続部分である第２接続点Ｂに入力し、３次コイル４１Ｃの出力側端部に棒状のリードディレイ４１Ｄを介して球状の球体アンテナ４１Ｅが接続されるテスラコイル４１が、アレイ状に配置されるアレイテスラコイル４０と、所望の方向へのビーム形成に必要な位相変化量をテスラコイル４１ごとに生成して対応する位相器３１に出力する位相制御装置１５と、高周波信号発生装置１２に対する制御信号と、位相制御装置１５に対する制御信号と、を生成して出力する主制御部１９と、を備える。

【0070】

従って、本発明によれば、飛翔体を効率的に破壊できる防空システムを提供することが出え切るという効果がある。

【0071】

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る防空システム１の構成を示すブロック図である。以下、第１の実施形態との差分のみを説明する。

【0072】

本実施形態においては、ギャップスイッチ１３の出力側と各テスラコイル４１の第２接続点Ｂへの入力端子との間の第２分岐点１６の後段に、位相器３１に指示される位相変化量を位相制御装置１５から入力し、指示された位相変化量に基づいてギャップスイッチ１３から入力した高周波信号の位相を変化させる位相器３１Ａをさらに備える。

【0073】

従って、本発明の第２の実施形態に係る防空システム１によれば、ギャップスイッチ１３からの入力信号も位相を揃えることができるため、より効率的に対象物を破壊することができるという効果がある。

【符号の説明】

【0074】

１ 防空システム
１１ 電力供給部
１２ 高周波信号発生装置
１３ ギャップスイッチ
１４ 第１分岐点
１５ 位相制御装置
１６ 第２分岐点
１７ 合成器
１８ 信号処理装置
１９ 主制御部
２０ キャパシタ
３０ コイル別制御部
３１ 位相器
３１Ａ 位相器
３２ 増幅器
３３ サーキュレータ
３４ 制限器
４０ アレイテスラコイル
４１ テスラコイル
４１Ａ １次コイル
４１Ｂ ２次コイル
４１Ｃ ３次コイル
４１Ｄ リードディレイ
４１Ｅ 球体アンテナ
５０ 冷却用機
５１ 流入孔
５２ 気圧弁
Ａ 第１接続点
Ｂ 第２接続点

【要約】

【課題】飛翔体を効率的に破壊できる防空システムを提供する。
【解決手段】テスラコイル４１をアレイ状に配置し、位相を制御した高周波信号と、ギャップスイッチ１３からの入力電力をビーム状のスパークに形成して対象物に照射する。テスラコイル４１は超電導材料を用いることができ、この場合には液体へイルムなどの液体レイク薬剤を用いて冷却する。ギャップスイッチ１３からの入力電力を位相器３１Ａによって位相を揃えてもよい。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】