JP2002232231A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロ波の送受信を阻害する粉塵の堆積を
確実に防止し、長期間にわたり安定的に転炉内の溶銑レ
ベル等を測定することを可能ならしめる安価なアンテナ
装置を提供する。 【解決手段】 一次放射器１２ａから放射されるマイク
ロ波を主反射鏡１３の凹曲面方向に反射させる副反射鏡
１４に、マイクロ波の波長の１／４〜１／７の寸法であ
って、かつ総開口面積が、副反射鏡１４の総面積の０．
５〜０．８を占める複数の穴１４ａを明ければ、副反射
鏡１４により一次放射器１２ａから放射されたマイクロ
波をほぼ完全に反射させることができ、しかも副反射鏡
１４の上表面に粉塵が堆積するようなことがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナ装置の改
善に関し、より詳しくは、製鉄所における転炉、溶銑予
備処理炉、溶銑トーピードカー内の溶銑レベルや高炉内
の装入物レベル等の計測に使用するアンテナ装置の技術
分野に属するものである。

【０００２】

【従来の技術】製鉄所における転炉、溶銑予備処理炉、
溶銑トーピードカー内の溶銑レベルや高炉内の装入物レ
ベル等の測定には、高濃度の粉塵でも容易に透過し、し
かも減衰が少ないマイクロ波を利用したアンテナ装置が
用いられている。このようなアンテナ装置によって転
炉、溶銑予備処理炉、溶銑トーピードカー内の溶銑レベ
ルや高炉内の装入物レベル等を測定する場合には、アン
テナから測定対象物に向かってパルス状または連続した
マイクロ波（速度ｃ）を照射すると共に、測定対象物か
ら反射してきた反射波を受信し、照射から受信するまで
の時間ｔを測定してアンテナから測定対象物までの距離
Ｌを、Ｌ＝（ｃ×ｔ）／２の式によって求めるものであ
る。

【０００３】このようなアンテナ装置は、狭隘な場所
で、しかも高温の測定対象物からの高温の輻射熱を回避
するために、一般に測定対象物から遠く離れた位置に配
設されるから、可能な限り前方でマイクロ波を絞る必要
がある。そのため、指向性が優れた、後述するような構
成になるパラボラ型の反射鏡を備えたアンテナ装置が使
用されている。

【０００４】上記従来例１に係るパラボラ型の反射鏡を
備えたアンテナ装置は、その斜視図の図５に示すよう
に、マイクロ波を送受信する送受信装置１ａと、分波装
置１ｂと、方形導波管１ｃとからなる電子回路装置１を
備えている。そして、この電子回路装置１の前記方形導
波管１ｃに一端側が接続されてなる管状の導波管２がパ
ラボラ型の反射鏡３の径方向の中心であって、かつ凸部
側から貫通すると共に、前記導波管２の貫通側の他端側
が前記反射鏡３の凹曲面側においてほぼ半円状に曲げ形
成され、先端部に設けられた一次放射器２ａから、前記
反射鏡３の凹曲面に向かってマイクロ波を照射するよう
に構成されている。

【０００５】ところで、前記アンテナ装置により転炉、
溶銑予備処理炉、溶銑トーピードカー内の溶銑レベルや
高炉内の装入物レベル等を測定する場合には、反射鏡３
の開口側を下方に向ける必要があるが、下方からは高濃
度の粉塵を含むガス流が上昇するため、上向きに開口す
る一次放射器２ａに粉塵が侵入し、侵入した粉塵が導波
管２内に堆積する。この導波管２内における粉塵の堆積
量が多くなると、堆積した粉塵によりマイクロ波が減衰
されてしまうので、遂にはマイクロ波の照射は勿論のこ
と、受信も不可能になるという問題が生じる。

【０００６】このような不具合を防止するために、この
従来例１に係るパラボラ型の反射鏡を備えたアンテナ装
置の場合には、前記導波管２の方形導波管１ｃと反射鏡
３との間にパージ用圧縮空気供給管（図示省略）を連通
させる。そして、空気供給源からこのパージ用圧縮空気
供給管を介して導波管２内に圧縮空気を供給して、一次
放射器２ａから圧縮空気を吹き出すことによって、前記
一次放射器２ａからの粉塵の堆積を防止するようにして
いる。なお、前記導波管２のパージ用圧縮空気供給管の
連通部位の方形導波管１ｃ側に、電子回路装置１内への
圧縮空気の流入を阻止するシールが設けられている。

【０００７】また、パラボラ型の反射鏡を有するカセグ
レンアンテナと呼ばれるアンテナ装置も使用されてい
る。この従来例２に係るアンテナ装置は、その模式的構
成説明図の図６に示すように、電子回路装置１１からパ
ラボラ型の主反射鏡１３の径方向の中心であって、かつ
その凸部側に連通する管状の導波管１２と、前記主反射
鏡１３の凹曲面側に開口し、この主反射鏡１３の開口側
方向にマイクロ波を照射する一次放射器１２ａと、平板
状または若干曲面状に形成され、前記一次放射器１２ａ
から照射されたマイクロ波を前記主反射鏡１３の凹曲面
側に反射させる副反射鏡（リフレクタと呼ばれてい
る。）１４とから構成されている。この従来例２に係る
アンテナ装置の場合には、一次放射器１２ａの開口部が
下向きであるため、導波管１２内に粉塵が堆積するよう
な恐れがない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例１に係るパ
ラボラ型の反射鏡を備えたアンテナ装置または上記従来
例２に係るカセグレンアンテナと呼ばれるアンテナ装置
は何れも有用であって、短期的な観点からすれば何らの
問題がないと考えられる。しかしながら、付帯設備コス
トや長期的な観点からすると、それぞれ下記に説明する
ような解決すべき課題がある。

【０００９】先ず、上記従来例１に係るアンテナ装置の
場合は、２前後の比重の粉塵を、僅か０．００１３程度
の比重の空気で吹き飛ばさなければならないのであるか
ら、高圧、かつ大量の圧縮空気を供給する必要がある。
そのためには、例え十分な高圧空気供給源があったとし
ても配管工事が必要になるし、殊に、ない場合には新た
に高圧空気供給源を用意しなければならないから、付帯
設備コストやランニングコストに関して経済的に不利に
なる。

【００１０】さらに、上記のとおり、導波管のパージ用
圧縮空気供給管の連通部位の方形導波管側に、電子回路
装置側への圧縮空気の流入を防止するシールを設けなけ
ればならないから、導波管の構造が複雑となり、アンテ
ナ装置自体のコストに関しても経済的に不利になるとい
う解決すべき課題がある。勿論、一次放射器の開口部
に、マイクロ波が透過する材質からなるキャップを被せ
るという手段も考えられる。しかしながら、粉塵がキャ
ップの外表面に次第に堆積して、マイクロ波の透過を阻
害することになるので、安価ではあるものの、この手段
では抜本的な解決策とはなり得ない。

【００１１】また、上記従来例２に係るアンテナ装置の
場合は、導波管内に粉塵が堆積しないものの、副反射鏡
の上表面に粉塵が次第に堆積してしまうから、マイクロ
波の反射が阻害され、上記従来例１に係るアンテナ装置
の場合と同様に、遂にはマイクロ波の照射、受信が不可
能になるという解決すべき課題が生じる。つまり、この
従来例２に係るアンテナ装置の場合にあっても、副反射
鏡の上表面から粉塵を吹き飛ばすために圧縮空気を吹き
つけなければならない。

【００１２】従って、本発明の目的は、マイクロ波の送
受信を阻害する粉塵の堆積を確実に防止し、長期間にわ
たり安定的に転炉、溶銑予備処理炉、溶銑トーピードカ
ー内の溶銑レベルや高炉内の装入物レベル等を測定する
ことを可能ならしめる安価なアンテナ装置を提供するこ
とである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】発明者らは、導波管内に
粉塵が堆積することのない上記従来例２に係るカセグレ
ンアンテナと呼ばれるアンテナ装置を用い、そして副反
射鏡の上表面に粉塵が堆積しない構成にすると共に、マ
イクロ波の反射に悪影響を及ぼさない構成にしてやれ
ば、従来例に係るアンテナ装置が持つ上記課題を解決す
ることができると考えて、本発明をなしたものである。

【００１４】従って、上記課題を解決するために、本発
明の請求項１に係るアンテナ装置が採用した手段の特徴
とするところは、パラボラ型の主反射鏡を備え、この主
反射鏡の径方向の中心位置で凹曲面側に開口する一次放
射器から放射されるマイクロ波を、前記主反射鏡の凹曲
面方向に反射させる副反射鏡を備えてなるアンテナ装置
において、前記副反射鏡に、前記マイクロ波の波長の１
／４〜１／７の寸法であって、かつ総開口面積が、この
副反射鏡の総面積の０．５〜０．８を占める複数の開口
が設けられてなるところにある。

【００１５】また、本発明の請求項２に係るアンテナ装
置が採用した手段の特徴とするところは、パラボラ型の
主反射鏡を備え、この主反射鏡の径方向の中心位置で凹
曲面側に開口する一次放射器から放射されるマイクロ波
を、前記主反射鏡の凹曲面方向に反射させる副反射鏡を
備えてなるアンテナ装置において、前記副反射鏡の径方
向の中心を中心とする複数の同心円線上に、幅が前記マ
イクロ波の波長の１／４〜１／７の寸法であって、かつ
総開口面積が、この副反射鏡の総面積の０．５〜０．８
を占める複数の円弧状スリットが設けられてなるところ
にある。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態１に係
るカセグレンアンテナと呼ばれるアンテナ装置を、その
主要部斜視図の図１と、その副反射鏡部の拡大図の図２
（ａ）と、副反射鏡の他の例を示す図の図２（ｂ）とを
参照しながら説明する。但し、本実施の形態１が上記従
来例２と相違するところは副反射鏡の構成にあり、それ
以外は同構成であるから、同一のもの並びに同一機能を
有するものに同一符号を付して、主としてその相違する
点について説明する。

【００１７】図１、図２（ａ）に示す符号１３は、パラ
ボラ型の主反射鏡であって、この主反射鏡１３の径方向
の中心位置に、図示しない電子回路装置からマイクロ波
を案内する導波管１２が連通すると共に、この導波管１
２の前記主反射鏡１３からの突出端に一次放射器１２ａ
が形成されている。そして、前記一次放射器１２ａの前
記導波管１２の外周にアーム１５ａを備えた一対のバン
ド金具１５が機械的手段（ボルトおよびナット）により
固着されており、これら一対のバンド金具１５のアーム
１５ａの先端に、前記一次放射器１２ａから放射された
マイクロ波を前記主反射鏡１３の凹曲面方向に反射させ
る、後述する構成になる副反射鏡１４が支持されてい
る。

【００１８】前記副反射鏡１４には、図１および図２
（ａ）に示すように、複数の円形の開口である穴１４ａ
が明けられている。これら穴１４ａそれぞれの直径は、
一次放射器１２ａから照射されるマイクロ波の波長の１
／４以下の寸法に設定されている。また、これらの穴１
４ａの数は、これらの穴１４ａの総開口面積Ｓが、副反
射鏡１４の総面積Ｓ0 の０．５〜０．８（Ｓ／Ｓ0 ）に
なるように設定されている。なお、穴１４ａの直径の下
限は、直径が小さ過ぎると副反射鏡１４の上表面に粉塵
が堆積する恐れがあるので、マイクロ波の波長の１／７
程度以上に設定するのが好ましい。

【００１９】ところで、本実施の形態１に係るアンテナ
装置の副反射鏡１４の場合には、上記のとおり、各穴１
４ａの形状は何れも円形に形成されている。しかしなが
ら、特に円形である必要がなく、例えば図２（ｂ）に示
すように、副反射鏡の外径側が大寸で、中心側が小寸の
複数の扇状に形成されてなる穴であっても同等の効果を
期待することができる。また、各穴１４ａの直径は、何
れも同寸法に設定されているが、必ずしも同寸法でなけ
ればならない訳ではなく、マイクロ波の波長の１／４〜
１／７の範囲内であれば、直径が相違していても実用上
何らの支障もないものである。

【００２０】前記穴１４ａそれぞれの直径をマイクロ波
の波長の１／４以下の寸法に設定したのは、下記の理由
による。即ち、マイクロ波は、理論上、半波長以下の寸
法の開口を通過しない。しかしながら、波長の１／２程
度の寸法の開口では、回折現象によりマイクロ波が副反
射鏡の後方に漏れる場合があった。そこで、穴の直径寸
法を変えて、マイクロ波の漏れの有無を調べた結果、穴
の直径をマイクロ波の波長の１／４以下にすれば、マイ
クロ波をほぼ完全に反射させることができるということ
を確認することができたからである。

【００２１】また、複数の穴１４ａの総開口面積Ｓが、
副反射鏡１４の総面積Ｓ0 の０．５〜０．８になるよう
に設定したのは、面積比Ｓ／Ｓ0 を変えて調べた結果に
よるものである。即ち、面積比Ｓ／Ｓ0 が０．８よりも
大きくなると、副反射鏡１４の後方にマイクロ波が漏れ
ることがあり、逆に面積比Ｓ／Ｓ0 が０．５よりも小さ
くなると、副反射鏡１４の上表面に粉塵が堆積し始める
が、面積比Ｓ／Ｓ0 が０．５〜０．８である場合に、副
反射鏡１４の後方にマイクロ波を漏らすことなく反射さ
せることができ、しかもこの副反射鏡１４の上表面に粉
塵が堆積するようなことがないということが判明したか
らである。

【００２２】このことは、副反射鏡に穴が設けられてい
ない場合には、粉塵を含む上昇ガス流が副反射鏡の上面
側に渦流となって巻き込まれるのに対して、副反射鏡に
穴が設けられている場合には、粉塵を含む上昇ガス流が
穴を通過してそのまま上昇してしまうからであると理解
することができる。

【００２３】以上に述べたように、本実施の形態１に係
るアンテナ装置によれば、副反射鏡１４に複数の穴１４
ａが明けられていても、この副反射鏡１４の後方にマイ
クロ波を漏らすことなくほぼ完全に反射させることがで
き、しかもこの副反射鏡１４の上表面に粉塵が堆積して
しまうようなことがないから、長期間にわたり安定的に
転炉、溶銑予備処理炉、溶銑トーピードカー内の溶銑レ
ベルや高炉内の装入物レベル等を測定することができ
る。

【００２４】従って、本実施の形態１に係るアンテナ装
置によれば、粉塵を除去するために導波管に圧縮空気を
供給する必要がなく、また導波管に電子回路装置側への
圧縮空気の流入を防止するシールを設ける必要がないか
ら、導波管の構造が簡単であり、ランニングコストやア
ンテナ装置自体のコストに関して、従来例１よりも有利
になる。また、上記のとおり、副反射鏡１４の上表面に
粉塵が堆積してしまうようなことがないから、従来例２
に係るアンテナ装置のように、副反射鏡の上表面への粉
塵の堆積による反射不能により、マイクロ波の照射、受
信が不可能になるようなことがない。

【００２５】

【実施例】次に、本実施の形態１に係るアンテナ装置に
より、転炉、溶銑予備処理炉、溶銑トーピードカー内の
溶銑レベルを測定した場合の例を、溶銑レベルの測定状
態説明図の図３を参照しながら説明する。このアンテナ
装置の場合、使用するマイクロ波は１０ＧＨｚであっ
て、その波長が３０ｍｍであるので、副反射鏡１４には
直径６ｍｍφ（波長の１／５）の複数の穴があけられて
おり、そして副反射鏡１４の総面積Ｓ0 に対する穴の総
開口面積Ｓの面積比Ｓ／Ｓ0 が０．７になるように設定
されている。

【００２６】このような副反射鏡１４を有するアンテナ
装置の下方位置に測定対象物である溶銑を合わせると共
に、導波管１２の先端の一次放射器１２ａから１０ＧＨ
ｚのマイクロ波を照射する。さすれば、一次放射器１２
ａから照射されたマイクロ波は、副反射鏡１４により反
射され、さらに主反射鏡１３によって反射される。そし
て、主反射鏡１３により反射されたマイクロ波は溶銑に
より反射され、主反射鏡１３により反射され、さらに副
反射鏡１４により反射され、導波管１２を介して反射波
として電子回路装置１１の送受信装置に取り込まれる
が、この取り込まれた反射波と、照射中のマイクロ波と
から得られるビート波を周波数解析したスペクトルか
ら、Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 の後述する三つのピークが観測さ
れた。

【００２７】先ず、前記ピークＰ1 は副反射鏡１４から
の反射波によるものであり、前記ピークＰ2 はアンテナ
装置と溶銑の間に介在する粉塵に散乱されて戻ってきた
弱い反射波によるものであり、また前記ピークＰ3 は溶
銑からの反射波によるものである。このピークＰ3 の溶
銑からの反射波により、アンテナ装置と溶銑との間の距
離を知ることができた。

【００２８】因みに、本実施の形態１に係るアンテナ装
置の有用性を実証するために、穴が明けられていない通
常の副反射鏡を有するアンテナ装置により同様の測定を
行ったが、両者のピークＰ1 同志の間、およびピークＰ
3 同志の間に殆ど差異を認めることができなかった。ま
た、当初の狙いどおり、副反射鏡１４の上表面に粉塵は
堆積していなかった。

【００２９】次に、本発明の実施の形態２に係るアンテ
ナ装置を、その副反射鏡の構成説明図の図４を参照しな
がら説明する。但し、本実施の形態２が上記実施の形態
１と相違するところは副反射鏡の穴の形状にあり、それ
以外は同構成であるから、同一のもの並びに同一機能を
有するものに同一符号を付して、主としてその相違する
点について説明する。

【００３０】即ち、副反射鏡１４の径方向の中心を中心
とする複数の同心円線上に、幅がマイクロ波の波長の１
／４以下の寸法であって、かつ総開口面積Ｓが、この副
反射鏡１４の総面積Ｓ0 の０．５〜０．８になる複数の
円弧状スリット１４ａが設けられている。勿論、副反射
鏡１４の中心側になるほど、円弧状スリット１４ａの長
さが短くなるように配慮されている。但し、この副反射
鏡１４の中心部ではスペースが狭いので、扇型の穴にな
っている。

【００３１】従って、上記実施の形態２に係るアンテナ
装置によれば、上記のとおり、円弧状スリット１４ａの
幅がマイクロ波の波長の１／４以下で、副反射鏡１４の
総面積Ｓ0 に対する穴の総開口面積Ｓの面積比Ｓ／Ｓ0
が０．５〜０．８であるから、副反射鏡１４に円弧状ス
リット１４ａが設けられていても、この副反射鏡１４の
後方にマイクロ波を漏らすことなくほぼ完全に反射させ
ることができ、しかもこの副反射鏡１４の上表面に粉塵
が堆積してしまうようなことがないから、本実施の形態
２に係るアンテナ装置は、上記実施の形態１に係るアン
テナ装置と同効である。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１に
係るアンテナ装置によれば、副反射鏡に、マイクロ波の
波長の１／４〜１／７の寸法であって、かつ総開口面積
が、この副反射鏡の総面積の０．５〜０．８を占める複
数の開口が設けられ、また本発明の請求項２に係るアン
テナ装置によれば、副反射鏡の径方向の中心を中心とす
る複数の同心円線上に、幅がマイクロ波の波長の１／４
〜１／７の寸法であって、かつ総開口面積が、この副反
射鏡の総面積の０．５〜０．８を占める複数の円弧状ス
リットが設けられているが、副反射鏡の後方にマイクロ
波を漏らすことなくほぼ完全に反射させることができ、
しかもこの副反射鏡の上表面に粉塵が堆積するようなこ
とがない。

【００３３】従って、本発明の請求項１または２に係る
アンテナ装置によれば、粉塵を除去するために導波管に
圧縮空気を供給する必要がなく、また導波管に電子回路
装置側への圧縮空気の流入を防止するシールを設ける必
要がないから、導波管の構造が簡単であり、ランニング
コストやアンテナ装置自体のコストに関して、従来例１
よりも有利になる。また、上記のとおり、副反射鏡の上
表面に粉塵が堆積してしまうようなことがないから、従
来例２に係るアンテナ装置のように、粉塵の堆積により
マイクロ波の照射、受信が不可能になるようなことがな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の主
要部斜視図である。

【図２】本発明の実施の形態１に係り、図２（ａ）はア
ンテナ装置の副反射鏡部の拡大図、図２（ｂ）は副反射
鏡の他の例を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態１に係り、溶銑レベルの測
定状態説明図である。

【図４】本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の副
反射器の構成説明図である。

【図５】従来例１に係るアンテナ装置の斜視図である。

【図６】従来例２に係るアンテナ装置の模式的構成説明
図である。

【符号の説明】

１１…電子回路装置 １２…導波管，１２ａ…一次放射器 １３…主反射鏡 １４…副反射鏡，１４ａ…穴または円弧状スリット（開
口） １５…バンド金具，１５ａ…アーム Ｓ…穴または円弧状スリットの総開口面積 Ｓ0 …副反射鏡の総面積

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パラボラ型の主反射鏡を備え、この主反
   射鏡の径方向の中心位置で凹曲面側に開口する一次放射
   器から放射されるマイクロ波を、前記主反射鏡の凹曲面
   方向に反射させる副反射鏡を備えてなるアンテナ装置に
   おいて、前記副反射鏡に、前記マイクロ波の波長の１／
   ４〜１／７の寸法であって、かつ総開口面積が、この副
   反射鏡の総面積の０．５〜０．８を占める複数の開口が
   設けられてなることを特徴とするアンテナ装置。
2. 【請求項２】 パラボラ型の主反射鏡を備え、この主反
   射鏡の径方向の中心位置で凹曲面側に開口する一次放射
   器から放射されるマイクロ波を、前記主反射鏡の凹曲面
   方向に反射させる副反射鏡を備えてなるアンテナ装置に
   おいて、前記副反射鏡の径方向の中心を中心とする複数
   の同心円線上に、幅が前記マイクロ波の波長の１／４〜
   １／７の寸法であって、かつ総開口面積が、この副反射
   鏡の総面積の０．５〜０．８を占める複数の円弧状スリ
   ットが設けられてなることを特徴とするアンテナ装置。