方向探知

RDFに関する最初の実験は1888年に行われ、ハインリッヒ・ヘルツがアンテナとして使用される開いたループ状のワイヤーの指向性を発見しました。アンテナを信号に向けると最大のゲインが得られ、正面から見ると信号はゼロになりました。これは、信号の位置が常に曖昧であることを意味し、信号がアンテナの前方にあるか後方にあるかに関わらず、同じ出力が得られました。後の実験者たちは、逆の方向に動作するダイポールアンテナも使用しました。ダイポールアンテナは、直角で最大のゲインが得られ、正面から見るとゼロになります。機械的にスイングするループアンテナまたはダイポールアンテナを使用するRDFシステムは、20世紀初頭には一般的になりました。著名な例としては、 1902年にジョン・ストーン・ストーン（米国特許第716,134号）が、1904年にリー・デ・フォレスト（米国特許第771,819号）が特許を取得したものが挙げられます。

1900年代初頭までに、多くの実験家が送信機の位置を特定するためにこの概念を利用する方法を模索していました。初期の無線システムは一般的に中波と長波信号を使用していました。特に長波は、地面との相互作用が限られているため、長距離伝送特性が優れており、送信機に直接向かう優れた大圏経路の地表波伝搬を提供していました。長波信号に対するRDFを実行する方法は、1900年代と1910年代の主要な研究分野でした。^{[ 3 ]}

アンテナは一般的に、波長の相当部分以上の長さを持つ場合にのみ信号に感度を持ちます。ほとんどのアンテナは波長の少なくとも 1/4、より一般的には 1/2 の長さを持ち、半波長ダイポールは非常に一般的な設計です。長波用途では、このため、一辺が数十フィートのループアンテナが使用され、信号を改善するために複数のループが接続されることがよくありました。この問題に対する別の解決策は、 1905 年にマルコーニ社によって開発されました。これは、共通の中心点から外側に向かって配置された多数の水平ワイヤーまたはロッドで構成されていました。可動スイッチによってこれらのワイヤーの反対のペアを接続してダイポールを形成することができ、スイッチを回転させることでオペレーターは最も強い信号を探すことができました。^{[ 4 ]}米海軍は、船にアンテナを取り付けて円を描くように航行することで、この問題をある程度克服しました。^{[ 5 ]}このようなシステムは扱いにくく、多くの用途には実用的ではありませんでした。^{[ 6 ]}

RDFの概念における重要な改良は、1909年にエットーレ・ベッリーニとアレッサンドロ・トージによって導入されました（米国特許第943,960号）。彼らのシステムは、直角に配置された2つのアンテナ（通常は三角形のループアンテナ）を使用しました。アンテナからの信号は、飲料缶ほどの大きさの木製フレームに巻き付けられたコイルに送られ、コイル間の領域で信号が再生成されました。この領域に配置された別のループアンテナを使用することで、メインアンテナを動かすことなく方向を探索することができました。これによりRDFははるかに実用的になり、すぐに広範囲にわたって航法に利用されるようになり、多くの場合、地上局が航空機の無線機に照準を合わせる最初の航空航法として利用されました。ベッリーニ＝トージ式方向探知機は、 1920年代から1950年代にかけて広く普及しました。

初期のRDFシステムは、主に長波信号に有効でした。これらの信号は非常に長距離を伝搬できるため、長距離航法に役立ちました。しかし、同じ技術をより高い周波数に適用すると、電離層からの高周波信号の反射により予期せぬ問題が発生しました。RDF局は、特に日中、2つ以上の場所から同じ信号を受信する可能性があり、位置特定に深刻な問題が生じました。このため、1919年にアドコックアンテナ（英国特許130,490）が導入されました。これは、2つのループアンテナの代わりに4つの独立したモノポールアンテナで構成され、水平成分を排除することで、電離層から反射されるスカイウェーブを除去しました。アドコックアンテナは、1920年代以降、ベッリーニ・トージ検出器とともに広く使用されました。

1931年、アメリカ陸軍航空隊は商用局をビーコンとして使用する原始的な無線コンパスをテストした。^{[ 7 ]}

RDF技術の大きな改良は、ロバート・ワトソン＝ワットが、船員や飛行士に雷雨の方向を示す方法として落雷の位置を特定する実験の一環として導入したものです。彼は長年、従来のRDFシステムを使用していましたが、落雷の信号はすぐに消えてしまうため、使いこなすのが困難でした。彼は早い段階で、これらの信号をほぼ瞬時に表示するためにオシロスコープの使用を提案しましたが、気象庁で働いていた間はオシロスコープを見つけることができませんでした。気象庁が移転すると、無線研究ステーションという新しい勤務地でアドコックアンテナと適切なオシロスコープの両方を入手できたため、1926年に新しいシステムを発表しました。

このシステムは一般に公開され、その測定結果は英国で広く報道されたにもかかわらず、RDF技術への影響は奇妙なほど控えめだったようだ。開発は1930年代半ばまで限定的で、その後、英国の各軍がこれらの「高周波方向探知」、あるいは「ハフダフ」システムの広範な開発と配備を開始した。RDFを回避するため、ドイツ軍は訓練を受けたベッリーニ・トージのオペレーターが方向を特定するために必要な60秒よりも短い30秒未満の短いメッセージを送信する方法を開発した。しかし、これは信号を数秒でかなり正確に特定するハフダフシステムに対しては役に立たなかった。ドイツ軍は戦争中盤までこの問題に気づかず、1944年までこの問題に対処するための本格的な措置を講じなかった。その時点で、ハフダフはUボート艦隊に対するすべての攻撃の約4分の1で役立っていた。

第二次世界大戦中および戦後の電子工学における数々の発展により、信号の位相比較方法が大幅に改善されました。さらに、位相同期ループ（PLL）によって、ドリフトのない信号の容易な同調が可能になりました。真空管の改良とトランジスタの導入により、より高い周波数を経済的に利用できるようになり、VHFおよびUHF信号の普及につながりました。これらの変化すべてが、RDFの新しい手法と、そのより広範な利用へとつながりました。

特に、信号の位相を比較できるようになったことで、位相比較式方向探知機（RDF）が開発され、これは今日おそらく最も広く使われている技術です。このシステムでは、ループアンテナの代わりに、2つの直交する面にループが巻き付けられた正方形のフェライトコアが用いられます。ループからの信号は位相比較回路に送られ、その出力位相によって信号の方向が直接示されます。これを任意の表示装置に送り、PLLを用いて信号をロックすることで、放送局の方向を連続的に表示できます。操作は放送局の周波数を合わせるだけで済み、非常に自動化されているため、これらのシステムは通常、自動方向探知機と呼ばれています。

より高い精度が求められる用途向けに、他のシステムが開発されてきた。擬似ドップラー無線方向探知システムは、リング状に配置された一連の小型ダイポールアンテナを使用し、電子スイッチングによって受信機に入力するダイポールを高速に選択する。得られた信号は処理され、音声トーンが生成される。この音声トーンの位相は、アンテナの回転方向と比較して、信号の方向によって変化する。ドップラーRDFシステムは、瞬時に消える信号の位置特定において、ハフダフ方式に取って代わる存在として広く普及している。

海上での位置を特定するための無線方向探知の様々な手順は、 1999年から施行されている海上安全システムGMDSSにはもはや含まれていません。補助アンテナが取り付けられた印象的な十字型フレームアンテナは、干渉がなく、解体費用が高額になるため、一部の古い船舶の信号マストにのみ設置されています。

GPS、DGPS、レーダー、そして現在では旧式となったLoran Cといった最新の測位方法は、無線方向探知方式を採用しているが、今日のニーズに対して精度が低い。

無線方向探知ネットワークももはや存在しない。^{[ 8 ]}しかし、英国のRNLI救命艇 などの救助船や捜索救助ヘリコプターには、海上VHF信号とEPIRB およびPLBビーコンに組み込まれた121.5MHzホーミング信号用の方向探知受信機が搭載されているが、最新のGPS-EPIRBおよびAISビーコンによってこれらは徐々に不要になりつつある。

方向探知の一種では、特定の方向に対して感度が高い指向性アンテナが使用されます。多くのアンテナ設計はこの特性を備えています。例えば、八木アンテナは非常に強い指向性を持つため、信号レベルが最大となる方向にアンテナを向けることで送信源を特定できます。指向性は非常に広範囲に及ぶ可能性があるため、精度を向上させるために大型アンテナを使用したり、角度分解能を向上させるためにヌル点を利用したりすることがあります。

2つのアンテナの信号の電子解析

高精度な方向探知システムには、一般的にフェーズドアレイなどの高度な技術が用いられます。現代のシステムは、第二次世界大戦中に信号情報（SIGINT）で用いられた、2つ以上の整合した基準アンテナの受信信号の差を比較して方向を測定する方向探知回路になぞらえて、ゴニオメーターと呼ばれています。ESL社は1972年には既に、米国政府向けに最新のヘリコプター搭載型方向探知システムを設計していました。 

到着時間差法は、2つ以上の異なるアンテナにおける電波の到着時間を比較し、この時間情報から電波の到来方向を推定する手法である。この方法では、機械的に単純な非可動式の無指向性アンテナ素子をマルチチャンネル受信システムに接続して使用することができる。

無線方向探知の一形態は、異なる方向を向いた指向性アンテナの信号強度を比較することによって機能します。当初、このシステムは、角度指示器に接続された単純な回転式ループアンテナを使用して、陸上および海上無線通信士によって使用されました。このシステムは後に船舶と航空機の両方に採用され、1930 年代と 1940 年代に広く使用されました。第二次世界大戦前の航空機では、RDF アンテナは胴体の上または下に取り付けられた円形のループとして容易に識別できます。後のループアンテナの設計は、空気力学的な涙滴型のフェアリングで覆われていました。船舶や小型ボートでは、RDF 受信機は最初に航空機と同様の大型の金属製ループアンテナを使用しましたが、通常は携帯型のバッテリー駆動受信機の上に取り付けられていました。

RDFオペレーターは、まず受信機を正しい周波数に合わせ、次にループを手動で回転させ、Sメーターを聴取または監視して、長波（LW）または中波（AM）放送ビーコンまたは放送局のヌル（特定の信号が最も弱い方向）の方向を特定します（ヌルを聴取する方がピーク信号を聴取するよりも簡単で、通常はより正確な結果が得られます）。このヌルは対称であるため、ラジオのコンパスローズにマークされた正しい方位と、その180度反対の方向の両方を特定できます。この情報は、放送局から船または航空機までの基準線を提供しますが、航海士は、180度間違った方向にコースをプロットしないように、自分が放送局の東側にいるのか西側にいるのかを事前に知る必要があります。2つ以上の放送局の方位を測定し、交差する方位をプロットすることで、航海士は自分の船または航空機の相対位置を特定できます。

その後、RDF セットには回転可能なフェライト ループスティックアンテナが装備され、セットの携帯性と小型化が図られました。一部は後に電動アンテナ (ADF) によって部分的に自動化されました。重要なブレークスルーは、正しい方位を裏付け、航海士が実際の進行方向と 180 度反対の方位をプロットすることを避けることができる二次垂直ホイップまたは「センス」アンテナの導入でした。センス アンテナを使用した米国海軍 RDF モデル SE 995 は、第一次世界大戦中に使用されました。^{[ 10 ]}第二次世界大戦後、 Apelco、Aqua Guide、Bendix、Gladding (およびその海洋部門である Pearce-Simpson)、Ray Jefferson、Raytheon、Sperryなど、船員向けの方向探知装置を製造する大小さまざまな企業がありました。 1960年代までには、これらのラジオの多くはパナソニック、富士電機、光電電子株式会社といった日本の電子機器メーカーによって製造されていた。 航空機用機器においては、ベンディックスとスペリー・ランドがRDFラジオや航法計器の大手メーカーであった。

シングルチャネルDFは、シングルチャネル無線受信機を備えたマルチアンテナアレイを使用します。このDF方式には、いくつかの利点と欠点があります。受信機を1台しか使用しないため、機動性と低消費電力という利点があります。複数の受信機を使用する場合（NチャネルDFとも呼ばれる）のように、各アンテナを同時に監視する機能がないため、受信機に信号を送るためにアンテナ側でより複雑な処理が必要になります。

単一チャネルのDFアルゴリズムは、主に振幅比較と位相比較の2つのカテゴリに分類されます。一部のアルゴリズムは、これら2つの手法を組み合わせたハイブリッド型です。

無線方向探知機（Radio Direction Finder、RDF）は、かつては航空航行の主要な補助装置でした。（レーダーの前身を表す略語は、レンジ・アンド・ディレクション・ファインディングでした。^{[ 2 ]}）ビーコンは、「航空路」の交差点をマークし、出発および進入手順を定義するために使用されました。送信される信号には方位や距離に関する情報が含まれていないため、これらのビーコンは航空業界では無指向性ビーコン（NDB）と呼ばれています。1950年代以降、これらのビーコンは一般的にVORシステムに置き換えられました。VORシステムでは、航行補助装置への方位は信号自体から測定されるため、可動部品のある特殊なアンテナは必要ありません。購入、維持、校正のコストが比較的低いため、NDBは現在でも小規模な飛行場や重要なヘリコプター着陸地点の位置を示すために使用されています。

沿岸地域に設置された同様のビーコンは、ほぼすべての船舶に方向探知機（DF）が搭載されていたため、海上無線航行にも使用されていました（Appleyard 1988）。船舶がGPS航行を優先し、RDFによる航行を放棄したため、現在（2008年）稼働している海上無線航行ビーコンはごくわずかです。

英国では、遭難または困難に直面している航空機パイロット向けに、121.5  MHz と 243.0  MHz で無線方向探知サービスが提供されています。このサービスは、民間および軍用空港と特定の英国沿岸警備隊基地に設置された多数の無線 DF ユニットに基づいています。^{[ 11 ]}これらの基地は航空機の位置を特定し、無線でパイロットに送信できます。

海上および航空機の航行

R-5/ARN7型無線方位磁石の構成部品。無線制御ボックス（左）、指示器（中央）、無線方位磁石ユニット（右）を示す。

航空および海上航行用の無線送信機はビーコンと呼ばれ、無線における灯台に相当するものです。送信機は、長波（150～400kHz ）または中波（520～1720kHz ）の周波数でモールス信号を送信し、局の識別情報を含めて局とその運用状況を確認します。これらの無線信号は日中、全方向に送信されるため（無指向性）、信号自体には方向情報は含まれません。そのため、これらのビーコンは無指向性ビーコン（NDB）と呼ばれます。  

商用中波放送帯はほとんどのRDFユニットの周波数範囲内にあるため、これらの放送局とその送信機は航法測位にも利用できます。これらの商用ラジオ局は高出力で主要都市に近いという利点がありますが、放送局と送信機の間には数マイルの距離がある場合があり、放送都市に近づくと測位精度が低下する可能性があります。また、一部のAMラジオ局は日中は無指向性で、夜間は出力を下げて指向性信号に切り替えるという点も考慮すべきです。

RDFはかつて航空機と船舶の航行における主要な手段でした。ビーコン列が空港から空港へと「航空路」を形成し、船舶用NDBと商用AM放送局は、陸地に接近する小型船舶に航行支援を提供していました。米国では、商用AMラジオ局は、パイロットや船員が航行補助として利用できるよう、1時間に1回局識別信号を放送することが義務付けられていました。1950年代には、航空用NDBはVORシステムによって補完され、VORでは信号自体からビーコンの方向を抽出できるため、無指向性ビーコンと区別されます。北米では、1970年代にLORANが開発されたことで、船舶用NDBの使用はほぼ廃止されました。

今日では、より高速で精度の高いGPS航法システムに取って代わられ、多くのNDB（航法ビーコン）が廃止されました。しかし、ADF（自動方向探知）システムとRDF（無線方向探知）システムの低コスト、そしてAM放送局（北米以外の国々の航法ビーコンも含む）の継続的な存在により、これらの機器は主に小型船舶において、GPSの補助またはバックアップとして機能し続けています。

第二次世界大戦中、方向探知によって英国（UK）の秘密送信機を特定するために多大な努力が払われた。この作業は無線保安局（RSS、別名MI8）によって行われた。当初、1939年に郵便総局によって3つのU Adcock HF DF局が設置された。宣戦布告後、MI5とRSSはこれをより大規模なネットワークに発展させた。英国の広大な地域をカバーする上での問題の一つは、上層大気の電離層から反射される電離層反射波信号を受信するために、地域全体をカバーするのに十分なDF局を設置することであった。ネットワークが拡張された後も、一部の地域は十分にカバーされていなかったため、最大1700人のボランティア傍受者（アマチュア無線家）が募集され、地表波による違法送信の検出にあたった。固定局に加えて、RSSは英国各地で移動式DF車両の隊列を​​運用した。固定DF局またはボランティア傍受者によって送信機が特定されると、移動ユニットがその地域に派遣され、送信源を特定した。移動ユニットはHF Adcockシステムであった。

1941年までに、英国で確認された違法送信機はわずか数台だった。これらは「寝返った」ドイツのスパイで、MI5の管理下で送信を行っていた。ヨーロッパの占領国や中立国にいたドイツのスパイから発信された違法送信は多数記録されていた。これらの通信は貴重な情報源となったため、RSSの管理はその後、英国国外からの秘密情報を担当するMI6に移管された。方向探知と傍受作戦は、1945年まで規模と重要性を増していった。

HF アドコック局は、 受信機と方位角を取得するために調整された無線ゴニオメーター を備えた小さな木造のオペレーター小屋を囲む 4 本の 10 m 垂直アンテナで構成されていました。MF 局も使用され、4 本の支線付き 30 m 格子塔アンテナが使用されました。1941 年、RSS は、マルコーニ社と英国国立物理研究所 によって開発された間隔ループ方向探知機の実験を開始しました。これらは、回転可能な 3 ～ 8 m のビームの両端にある1 ～ 2 m 四方の 2 つの平行ループで構成されていました 。ビームの角度は、無線ゴニオメーターの結果と組み合わせて方位を提供します。得られた方位は U アドコック システムで得られたものよりもかなりシャープでしたが、曖昧さがあったため、提案された 7 つの SL DF システムの設置はできませんでした。SL システムのオペレーターは、アンテナの下にある金属製の地下タンク内にいました。7 つの地下タンクが設置されましたが、SL システムが設置されたのは、ノーフォークのワイモンドハムとヨークシャーのウィーバーソープの 2 つだけでした。問題が発生したため、残りの5つの地下タンクにはアドコックシステムが設置された。回転式のSLアンテナは手動で回す必要があったため、連続測定はゴニオメーターのダイヤルを回すよりもはるかに時間がかかった。

1942年には、航空省のためにアバディーン近郊に半地下のコンクリート製バンカーを備えた実験的な間隔ループ局が建設された。しかし、これも運用上の問題から放棄された。1944年までに、移動式の間隔ループが開発され、ノルマンディー上陸作戦後、フランスでRSSによって使用された。

第二次世界大戦中、米軍は「DAB」と呼ばれる、間隔ループ式方向探知（DF）の陸上設置型バージョンを使用した。ループはビームの両端に配置され、ビーム全体は木造の小屋の中に設置されていた。電子機器は大型のキャビネットに収められ、ビームの中央には陰極線管ディスプレイが配置され、すべてが中央軸で支えられていた。ビームはオペレーターが手動で回転させた。

イギリス海軍は1944年、北大西洋でUボートを追跡するために、陸上HF方向探知局の改良型を導入した。5つの方向探知局をグループとして構築し、グループ内の各局からの方位角を組み合わせて平均値を算出する方式を採用した。イギリス国内では、エセックス州フォード・エンド、コーンウォール州グーンハーバーン、スコットランド高地のアンストラザーとボワーマデンに、それぞれグループが構築された。アイスランド、ノバスコシア、ジャマイカにも同様のグループが構築された。当初期待された改善は実現しなかったものの、後の統計的研究によってシステムは改良され、グーンハーバーンとフォード・エンドのグループは冷戦中も引き続き使用された。イギリス海軍は、ドイツの潜水艦を探知するために、対潜水艦戦任務に就く艦艇に方向探知装置も配備した。例えば、キャプテン級フリゲート艦には、中周波方向探知アンテナ（MF/DF）（艦橋前方に設置）と高周波方向探知（HF/DF、「ハフダフ」）FH 4型アンテナ（メインマスト上部に設置）が装備されていた。^{[ 12 ]}

第二次世界大戦中の無線方向探知に関する包括的な参考書は、ハンスロープ・パークのRSSのエンジニアリング部門の責任者であったローランド・キーンによって書かれた。ここで言及されているDFシステムは、彼の1947年の著書『無線方向探知』に詳細に説明されている。^{[ 13 ]}

第二次世界大戦終結後、多数のRSS DF局は、英国の信号情報機関であるGCHQの管理下で冷戦期まで運用を継続した。

現在（2009年）、英国における方向探知活動のほとんどは、無許可の「海賊」FMラジオ放送の発信源を特定することに向けられている。遠隔操作式のVHF方向探知機のネットワークが主に主要都市周辺に設置されて使用されている。携帯電話端末からの発信源も、周辺のローカル「セル」受信機の信号強度を比較する方向探知の一種によって特定される。この技術は、英国の刑事訴訟において証拠として提出されることが多く、ほぼ間違いなくSIGINT（信号情報）目的でも使用されている。^{[ 14 ]}

緊急位置指示救助ビーコンは、民間航空機や船舶に広く配備されている。従来、緊急位置発信機はトーン信号のみを送信し、ビーコンの位置特定は捜索機の方向探知に頼っていた。現代の緊急ビーコンは、送信機の正確な位置特定に役立つGPS位置情報を含む固有の識別信号を送信する。

雪崩トランシーバーは標準的な457kHzで動作し 、雪崩に埋もれた人や機材の位置特定に役立つように設計されています。ビーコンの出力が非常に低いため、無線信号の指向性は小規模な電界効果によって支配され^{[ 15 ]}、位置特定が非常に複雑になる場合があります。

無線タグを装着した動物の位置を三角測量で特定する方法は、動物の移動を研究するための広く用いられている手法です。この手法は、無線送信機とバッテリーが野生動物に取り付けられるほど小型化された1960年代初頭に初めて用いられ、現在では様々な野生動物研究に広く活用されています。無線送信機を装着した野生動物の追跡は、ほとんどの場合、フィールド研究者が携帯型の無線方向探知装置を用いて行います。研究者が特定の動物の位置を特定したい場合、複数の場所から送信機への方向を三角測量することで、その動物の位置を特定することができます。

フェーズドアレイアンテナをはじめ​​とする高度なアンテナ技術は、ロケットシステムの発射とその後の軌道を追跡するために利用される。これらのシステムは、防衛目的だけでなく、他国のミサイル運用に関する情報収集にも使用できる。また、これらの技術は、従来型の航空機の探知と追跡にも用いられている。

未知の場所にある送信機の位置を特定するために無線方向探知技術を使用するイベントは、第二次世界大戦終結以来人気を博している。^{[ 16 ]}これらのイベントの多くは、災害対応や民間防衛の目的で無線方向探知技術を使用する練習、または無線周波数干渉源の位置特定を練習するために最初に推進された。世界中で最も人気のあるこのスポーツの形式は、アマチュア無線方向探知（ARDF）として知られている。この活動の別の形式は、「送信機ハンティング」、「モバイルTハンティング」、「フォックスハンティング」として知られており、大都市の都市圏などのより広い地理的エリアで行われ、ほとんどの参加者は自動車で移動しながら、無線方向探知技術を使用して1つ以上の無線送信機の位置を特定しようとする。

20世紀初頭には、真空管（熱電子管）が送信機や受信機に広く使用されていましたが、その高周波性能は伝搬時間の影響によって制限されていました。^{[ 20 ] : 192 [ 21 ] : 394 [ 22 ] : 206} EF50で使用されているフレームグリッド構造や平面構造^{[ 20 ] : 192}などの リード線の長さを短縮する特殊なプロセスを使用しても、UHFを超える周波数で動作できる真空管はごくわずかでした。^{[ 23 ]}

1930年代には、マイクロ波帯専用の送信管を開発するために集中的な研究が行われ、特にクライストロン^{[ 24 ] [ 20 ] : 201} 、 キャビティマグネトロン^{[ 20 ] : 347 [ 24 ] : 45} 、進行波管（TWT）^{[ 20 ] : 241 [ 24 ] : 48}などが含まれていた。これらの管の開発が成功した後、次の10年間で大規模生産が行われた。

マイクロ波信号は波長が短いため、 RFシステムと比較してターゲットの解像度が大幅に向上します。これにより、複数のターゲットをより適切に識別でき、方向精度も向上します。^{[ 25 ]}また、アンテナは小型であるため、コンパクトなアレイに組み立てることができ、さらに、レーダーやデータリンクで好まれる高利得の狭いビームを提供できる明確なビームパターンを実現できます。

新たに利用可能になったマイクロ波帯のその他の利点としては、フェージング（短波無線（SW）帯でしばしば問題となる現象）が発生しないこと、そして既に混雑しているRF帯と比較して信号スペクトルが大幅に増加したことが挙げられる。より多くの信号を伝送できるようになっただけでなく、スペクトラム拡散や周波数ホッピングといった技術も利用可能になった。

マイクロ波技術が確立されると、軍事および商業ユーザーの両方によって、この帯域への利用が急速に拡大した。

方向探知（DF）用アンテナは、レーダーや通信リンク用アンテナとは異なる要件を満たす必要があります。レーダーや通信リンク用アンテナでは、通常、ビーム幅が狭く高利得のアンテナが有利です。しかし、方向探知を行う場合、音源の方位が不明な場合があるため、アンテナのボアサイト利得は低くなりますが、ビーム幅の広いアンテナが一般的に選択されます。さらに、アンテナは広い周波数帯域をカバーする必要があります。

図は、水平面における典型的なアンテナ利得特性の正規化極座標プロットを示しています。主ビームの半値幅は2 × Ψ ₀です。方向探知に振幅比較法を用いる場合、主ローブはガウス特性に近似することが望ましいです。図にはサイドローブも示されていますが、 DFアレイでアンテナを使用する場合は、サイドローブは大きな問題にはなりません。

一般的に、アンテナのボアサイトゲインはビーム幅に関係します。^{[ 26 ]： 257}長方形ホーンの場合、 $$ゲイン ≈ 30,000 / BW_h × BW_v$$ ここで、 BW _hとBW _vはそれぞれ水平方向と垂直方向のアンテナビーム幅（度）です 。ビーム幅BW _cの円形開口部の場合、$$ゲイン\approx 30,000/(BW_c)^2$$

方向探知（DF）によく用いられるアンテナの種類としては、キャビティバック型スパイラルアンテナと ホーンアンテナの2種類がある。

• 
  アンテナの極座標プロット
• 
  アンテナログプロット
• 
  空洞裏打ちスパイラル
• 
  ピラミッド型の角

スパイラルアンテナは非常に広い帯域幅を実現でき^{[ 26 ] : 252 [ 27 ]}、公称半値幅は約70度であるため、4、5、または6つのアンテナを含むアンテナアレイに非常に適しています。^{[ 18 ] : 41}

より狭いビーム幅を必要とする大規模なアレイには、ホーンアンテナが使用されることがある。ホーンアンテナの帯域幅は、二重リッジ導波管給電^{[ 28 ] [ 18 ] : 72および内部リッジ付きホーン[ 29 ] : 267 [ 30 ] : 181}を使用することで拡大できる。

マイクロ波周波数への移行は、DFシステムの要件の再評価を意味した。^{[ 37 ]}受信機は、測定を実行するための連続信号ストリームに頼ることができなくなった。狭いビームを持つレーダーは、DFシステムのアンテナをめったに照射しない。さらに、検出を避けたいレーダー（密輸業者、敵対的な船舶、ミサイルのレーダー）は、信号をめったに、そして多くの場合低電力で放射する。^{[ 38 ]}このようなシステムは、低被探知確率レーダーと呼ばれる。^{[ 39 ] [ 40 ]}マイクロ波リンクなどの他のアプリケーションでは、送信機のアンテナがDF受信機にまったく向けられない場合があり、受信はアンテナのサイドローブ からの信号漏洩によってのみ可能となる。さらに、隠蔽データリンク^{[ 41 ]}は、高データレートシーケンスを非常にまれにしか放射しない可能性がある。

一般的に、現代の状況に対応するためには、単一パルス（振幅モノパルスと呼ばれることが多い）を検出して高い「捕捉確率」（PoI）を達成できるように、ブロードバンドマイクロ波DFシステムは高感度で360°のカバー範囲を持つことが求められる。^{[ 42 ]}

円形アレイの隣接する2つのアンテナを用いた2チャンネル方向探知（DF）は、最大信号の信号電力と2番目に大きい信号の信号電力を比較することによって実現されます。2つのアンテナが傾斜角Φで描く円弧内の入射信号の方向は、受信信号の相対的な電力を比較することによって得られます。信号が一方のアンテナの正面にある場合、もう一方のアンテナの信号は約12  dB低くなります。信号方向が2つのアンテナの中間にある場合、信号レベルは等しくなり、 正面の値より約3 dB低くなります。その他の方位角φでは、信号レベルの中間的な比率によって方向がわかります。

アンテナの主ローブパターンがガウス特性を持ち、信号電力が対数で表されている場合（例えば、ボアサイト値に対するデシベル（dB））、方位角φと電力レベル差の間には線形関係があります。 $${\displaystyle \varphi \propto P_{1}({\text{dB}})-P_{2}({\text{dB}}),}$$ ここで、_P1 （ dB）とP2（dB）_は隣接する2つのチャネルの出力値です。サムネイルは典型的なグラフを示しています。

360°のカバー範囲を確保するため、円形アレイのアンテナは、各アンテナで受信される信号レベルに応じてペアで選択されます。アレイにN個のアンテナがあり、角度間隔（スキュー角）がΦである場合、Φ = 2π/ Nラジアン（= 360/ N度）となります。

方位角処理に第3アンテナからの振幅データを含めることで、方位角精度が向上する可能性がある。^{[ 48 ] [ 44 ]： 157}

3チャンネルDFでは、3つのアンテナが角度Φで傾けられているため、最も大きな信号を含むチャンネルの信号電力と、その両側に位置する2つの隣接チャンネルの信号電力を比較することで、入射信号の方向が得られます。

円形アレイのアンテナの場合、受信信号レベルに応じて3つのアンテナが選択され、中央チャネルで最大の信号が検出される。

信号がアンテナ 1 の軸線上にある場合 ( φ = 0 )、他の 2 つのアンテナからの信号は等しくなり、約 12  dB 低くなります。信号方向が 2 つのアンテナの中間にある場合 ( φ = 30° )、信号レベルは等しくなり、 軸線上の値より約 3 dB 低くなり、3 番目の信号は約 24  dB 低くなります。その他の方位角φでは、信号レベルの中間的な比率によって方向がわかります。

アンテナ構造の機械的欠陥、受信機ゲインのゲインマッチング不良、または非理想的なアンテナゲインパターンなど、方位誤差の原因の多くは、校正手順と補正ルックアップテーブルによって補償できますが、熱雑音は常に劣化要因となります。すべてのシステムは熱雑音を発生させるため^{[ 49 ] [ 50 ]}、受信信号のレベルが低い場合、受信チャネルの信号対雑音比が悪くなり、方位予測の精度が低下します。

一般的に、ベアリングの不確実性に関するガイドは、^{[ 45 ] [ 51 ] : 82 [ 31 ] : 91 [ 52 ] : 244に示されている。}

$${\displaystyle \Delta \varphi _{\text{RMS}}=0.724{\frac {2\Psi _{0}}{\sqrt {{\text{SNR}}_{0}}}}\quad {\text{[degrees]}}}$$

クロスオーバー時の信号の場合、SNR ₀はボアサイトで適用される信号対雑音比です。

特定の方位角におけるより精度の高い予測を得るために、対象となる信号の実際のS/N比が用いられる。（結果は、ノイズによる誤差が差分を無相関ノイズに関連付けることで近似されると仮定して導出できる。）

例えば、チャネル1とチャネル2を使用した隣接処理の場合、方位の不確実性（角度ノイズ）、Δφ （rms）は以下のように表されます。^{[ 18 ][ 31 ] : 91 [ 53 ]}これらの結果では、二乗法則検出が仮定されており、SNR の数値は、方位角φのビデオ (ベースバンド) 信号に対するものです。

$${\displaystyle \Delta \varphi _{\text{RMS}}={\frac {\Phi }{2}}{\frac {\Psi _{0}^{2}}{-\ln(0.5)\Phi }}{\sqrt {{\frac {1}{{\text{SNR}}_{1}}}+{\frac {1}{{\text{SNR}}_{2}}}}}\quad {\text{[rads]}}}$$

ここで、SNR ₁とSNR ₂は、二乗法則検出を使用した場合のアンテナ1とアンテナ2のチャネルのビデオ（ベースバンド）信号対雑音比の値である。

3チャネル処理の場合、3つのチャネルすべてでS:N比が1を超える場合（ 3つのチャネルすべてでln(1 + 1/SNR) ≈ 1/SNRが成り立つ場合）に適用できる式は次のようになります。

$${\displaystyle \Delta \varphi _{\text{RMS}}={\frac {1}{-2\ln(0.5)}}{\frac {\Psi _{0}^{2}}{\Phi ^{2}}}{\sqrt {\left(\varphi +{\frac {\Phi }{2}}\right)^{2}{\frac {1}{{\text{SNR}}_{2}}}+{\frac {4\varphi ^{2}}{{\text{SNR}}_{1}}}+\left(\varphi -{\frac {\Phi }{2}}\right)^{2}{\frac {1}{{\text{SNR}}_{3}}}}}}$$

ここで、SNR ₁、SNR ₂、SNR ₃は、それぞれ方位角φにおけるチャンネル1、チャンネル2、チャンネル3のビデオ信号対雑音比の値である。

図には、6つのアンテナ^{[ 54 ] [ 55 ]}を使用する可能性のあるDFシステムの概略図^{[ 18 ]： 101が示されています。}

アンテナで受信した信号は、まず低雑音プリアンプで増幅され、その後検出器対数ビデオアンプ（DLVA）で検出されます。^{[ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]} DLVAからの信号レベルを比較して、到来角を決定します。DLVAによって提供される対数スケールで信号レベルを考慮すると、広いダイナミックレンジが実現されます^{[ 56 ]： 33。}さらに、前述のように、アンテナパターンの主ローブがガウス特性を持つ場合、方向探知の計算が簡略化されます。

DF解析の必須部分は、最大の信号を含むチャネルを特定することであり、これは高速比較回路によって実現されます。^{[ 44 ]} DFプロセスに加えて、パルス幅、周波数、パルス繰り返し周波数（PRF）、変調特性など、信号の他の特性も調査できます。^{[ 45 ]}入力信号の方位が隣接する2つのチャネルに類似した振幅の信号が含まれるような場合、選択プロセスでのジッタを回避するために、比較動作には通常ヒステリシスが含まれます。

広帯域アンプは、多くの場合、入力リミッターやフィルタによって、局所的な高出力源（船舶など）から保護されています。同様に、アンプには、システムが弱い信号を処理する能力を損なう可能性のある、既知の不要な信号を除去するためのノッチフィルタが組み込まれている場合もあります。これらの問題の一部は、「RFチェーン」で説明されています。