JP2005167692A

JP2005167692A - 電波レンズ

Info

Publication number: JP2005167692A
Application number: JP2003404646A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kimura; 功一木村; Masatoshi Kuroda; 昌利黒田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2023-12-03
Also published as: JP4089605B2

Abstract

【課題】半球状のルーネベルグレンズを半球状のレンズカバーで覆ってそのレンズよりも大サイズの反射板と組み合わせるアンテナ用の電波レンズに付いて、電気的性能の確保とシールの信頼性確保を両立させる。
【解決手段】ルーネベルグレンズ３に被せるレンズカバー４の開口縁のフランジ４ａを反射板の内部に入り込ませてレンズカバー４と反射板との間のシール部６を反射板の内部や裏側に設けた。反射板を、レンズ３を載せる第１反射板１と、レンズの周囲において第１反射板上に重ねる第２反射板２とで構成し、レンズカバーのフランジ４ａを第１反射板１と第２反射板２間に挟み込む構造にすると、反射面上に電波の反射に影響を与える部材を設けずに済み、アンテナの電気性能の低下を招かずに信頼性の高いシール部を構築することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、半球状のルーネベルグレンズと反射板を組み合わせて構成される電波レンズと、この電波レンズとＬＮＢ（低ノイズブロック）等の一次放射器とを組み合わせて構成される、静止衛星などとの間で電波の送受信を行うのに適したレンズアンテナ装置に関する。

アンテナ装置用の電波レンズとして、半球状のルーネベルグレンズと反射板を組み合わせて構成されるものが知られている。この種の電波レンズは、半球状のルーネベルグレンズを保護するためにそのレンズの外側に樹脂製レンズカバーを被せている。

そのレンズカバー（レドーム）を反射板の端部に接合したアンテナがある（例えば、特許文献１）。しかしながら、このアンテナは、サイズが大きく、また、中空のためレンズカバーを厚くせざるを得ず、電気特性の面でも問題がある。

また、レンズ径よりも大径の反射板上にレンズサイズに適合させた半球状のレンズカバーを配置するものもある（例えば、特許文献２〜４）。

半球レンズの保護方法として、レンズとレンズカバーを一体に成形したり、分割したレンズカバーを組み立てたりしてレンズの全体を覆う技術も提案されているが、実際の半球状レンズは、反射板のサイズがレンズよりも大きくなるため、このように全体を覆ってのシールは不可能である。

このため、特許文献２〜４のように、半球状のレンズカバーを反射板上に配置することがなされている。この構造は、コンパクトであり、また、レンズカバーを薄くしてアンテナの電気特性を高めることもできる。

ところが、半球状のレンズカバーを反射板上に配置する構造は、レンズカバーの開口縁と反射板との間のシールをレンズの全周に渡って行う必要があり、そのシールの信頼性確保が難しかった。例えば、強風や環境温度の急変などでレンズカバーが変形したり撓んだりすることがあり、そのようなときにシール部のシール効果が低下してレンズカバーの内部に雨水などが流入することがあった。

その対策として、レンズカバーの開口縁にフランジを設け、このフランジをボルトや接着剤で反射板上に固定することを試みたが、この構造では反射面（電波反射面）の一部がボルトや押さえリングなどに覆い隠されてアンテナの電気特性が低下した。

また、電波を透過させる樹脂製ボルトを用いて接着剤を使わずにフランジを締めつけることも試みたが、ボルトのみによる締付けではフランジの各部の締め付け圧に差が生じ、ボルトに直接締め付けられない部分でフランジが反射板の表面から浮き上がるなどの問題が生じて安定したシールができなかった。
特開２００２−２３２２３０号公報特開２００３−１１０３４９号公報特開２００３−１１０３５０号公報特開２００３−１１０３５２号公報

レンズカバー内部への浸水が起こると、アンテナの性能が著しく低下する。そこで、この発明の課題は、レンズカバーと反射板との間のシール性をアンテナの電気性能を低下させずに高めることである。

上記の課題を解決するため、この発明においては、半球状のルーネベルグレンズと、このルーネベルグレンズと組み合わせて電波を反射させるレンズ径よりも大サイズの反射板と、前記ルーネベルグレンズに被せるレンズカバーとを組み合わせて構成される電波レンズにおいて、前記レンズカバーの開口縁を反射板の内部に入り込ませてこのレンズカバーと反射板との間のシール部を反射板の内部又は裏側に設けた。

この電波レンズは、反射板を、ルーネベルグレンズを載せる第１反射板と、ルーネベルグレンズの周囲において第１反射板上に重ねるレンズカバー外径とほぼ同径の穴を有する第２反射板とで構成し、前記レンズカバーの開口部に設けたフランジを前記第１反射板と第２反射板間に挟み込んで前記シール部を構成すると好ましい。

また、反射板とレンズカバーとの間に形成されるシール部は、Ｏリング、パッキン、シーラント、接着剤などのシール材を併用してシールを行うのがよい。

なお、２枚の反射板の重ね部もこの発明では反射板の内部とみなす。

これらの電波レンズと、その電波レンズの電波の焦点部に配置する一次放射器と、この一次放射器を保持するホルダとを組み合わるとこの発明のレンズアンテナ装置ができる。

この発明の電波レンズ及びそれを用いたレンズアンテナ装置は、レンズカバーと反射板間のシールを反射板の内部で行うので、反射板の反射面上に電波の反射に影響を与える部材を設けずにすむ。従って、電波の反射が反射面の全域で正常になされ、アンテナの電気性能の低下が起こらない。

また、反射板の内部でシールを行うと、反射板からのアンテナカバーの浮き上がりやシール部のシール圧の不均一を無くしてシールの安定性を高めることができる。

アンテナカバーの開口縁にフランジを設けてそのフランジを第１、第２反射板間に挟み込むものは、挟み込むことでシール性を持たせることができるため、製造、組み立ても容易となる。

さらに、レンズカバーの開口縁に設けたフランジを反射面上に配置してシールを行う構造の場合、反射板のフランジ重ね部に段差や孔（例えば水切りのための孔）などによる凹凸が存在するとフランジと反射板間に凹凸による隙間ができて良好なシールを行うのが難しくなるが、反射板の内部でシールを行えばこの問題も解消できる。

なお、シール材を併用すればシール部の信頼性が増し、より安定したシールを行うことができる。

以下、この発明の電波レンズの実施形態を添付図面の図１乃至図４に基づいて説明する。

例示の電波レンズは、図２に示す第１反射板１および第２反射板２と、半球状のルーネベルグレンズ３と、このレンズ３に適合して被せる樹脂製の開口縁にフランジ４ａを有する半球状のレンズカバー４とを組み合わせて構成される。

第１反射板１は、ルーネベルグレンズ３よりもサイズが大きい。この第１反射板１には、レンズカバー４のフランジ４ａを嵌める円形の溝１ａを設けてあり、この溝１ａよりも内側の表面が電波の反射面１ｂとして使用され、その反射面１ｂ上にルーネベルグレンズ３がセットされる。

第２反射板２は、第１反射板１の反射面１ｂよりも外側の領域に適合して重なる形状にしてあり、レンズカバー４の外径とほぼ同径の円形穴２ａを有している。この第２反射板２は、表面の全域が反射面として使用される。

第１反射板１の少なくとも反射面１ｂの部分は、電波反射に支障のない平面度を有する。この第１反射板１は、軽量で安価なアルミニウムで形成すると好ましいが、樹脂製台板の表面に金属メッキを施して反射面１ｂを構成したものでもよい。また、電波の反射に支障の無い細径孔（例えば、直径１ｍｍ以下の孔）をあけた金属板や、目の間隔が小さい（例えば１ｍｍ以下）金属メッシュ板などであってもよい。反射面１ｂ部以外の材質は特に問わず、電波レンズ組み立て後に反射面の平面度を保持できる強度があればよい。

第２反射板２も、第１反射板１と同様、軽量で安価なアルミニウムで形成すると好ましいが、少なくとも反射面になる表面が金属で形成されていればよい。この第２反射板２も、電波の反射に支障の無い細径孔を有する金属板や、目の間隔が小さい金属メッシュ板などで形成することもできる。

ルーネベルグレンズ３は、比誘電率を中心から外周に向かって２〜１或いはそれに近似した値で変化させたものを用いる。

レンズカバー４の材料は、基本的には誘電損失が小さくて耐候性のある材料であれば何でもよいが、安価で加工し易い合成樹脂、中でも低誘電損失の面から、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン等の炭化水素系熱可塑性合成樹脂が望ましく、また、同じく低誘電損失の面からレンズカバー４の厚みは１ｍｍ以下にするのが望ましい。

例示の電波レンズは以下のようにして組み立てる。即ち、図１に示すように、第１反射板１の反射面１ｂ上にルーネベルグレンズ３を載せ、このレンズの表面にレンズカバー４を被せる。このとき、溝１ａに入れるフランジ４ａの表面、または、溝１ａの内面に水密シールのためのシール剤５を塗布しておき、その後に溝１ａにフランジ４ａを入れると好ましい。シール剤５は、例えば、シリコン系のコーティング剤やシーラントだけでもよいし、これらとゴムパッキン、Ｏリングなどを組み合わせて使用してもよい。このシール剤５は、フランジ４ａと第２反射板２との間にも配置してよい。

溝１ａにフランジ４ａを入れたら、第２反射板２を第１反射板１上に重ねて接合する。第１反射板１と第２反射板２の接合は、接着、溶接のどちらで行ってもよい。樹脂ボルトによる締結でも、フランジ４ａが反射板から浮き上がることがないのでシール性を従来以上に高めることができる。

以上の行程を経ると、図３に示すようなシール部６ができる。

なお、第１反射板１に溝１ａを形成することは必須の事項ではない。反射面にできる段差は電波の反射に影響を及ぼすので許容範囲内（例えば１ｍｍ以下）に抑える必要があり、その要求を満たすために、必要があれば第１反射板１に溝を設ける。或いは、図４に示すように反射板１、２の双方に反射板の高さ位置を揃えるための段差を予めつけておく。

また、図のように反射板を第１反射板１と第２反射板２に分けてこれを組み立てると、反射板の加工、電波レンズの組み立てが容易になるが、反射板を２つに分けることも必須の事項ではない。

また、図５に示すようにレンズカバー４と第１反射板１との間にＯリング７を配置してシールを行ったり、図６に示すように、レンズカバー４のフランジ４ａを反射板の裏側に配置してそのフランジ４ａと反射板との間のシールを反射板の裏側で実施してもよい。この図６の電波レンズは、第１反射板１と第２反射板２を裏側において連結リング８で連結し、この連結リング８でシール部６を覆って保護した構造になっている。第１反射板１と第２反射板２の連結は、周方向に間隔をあけて配置する複数個（例えば１２個程度）の連結部材を用いて行ってもよく、連結部材がリングであることは必須の事項ではない。

図７、図８に示すように、レンズカバー４のフランジ４ａをボルト９で第１、第２反射板１、２のどちらかに固定することもできる。このように、反射面上に現れないボルト９でフランジ４ａを締めつけてシール部６の信頼性をより高めることも可能である。図７の電波レンズは、第１反射板１に溝１ａに抜けるボルト操作穴１ｃを設け、ボルト９の締めつけ後にそのボルト操作穴１ｃにシール剤５を充填した構造にしている。

レンズカバー４のフランジ４ａに代えて図９に示すようにネジ部４ｂを形成し、そのネジ部４ｂを反射板に設けたネジ穴にねじ込む構造も考えられ、この場合には、第１、第２反射板を一体に形成することが可能である。

以下に、効果の確認試験結果を示す。試験は、図１に示す構造の電波レンズ（発明品）と、図１０〜図１２に示す構造の電波レンズ（比較例）を用いて行った。ルーネベルグレンズ３は、外径３７０ｍｍのものを用いた。このルーネベルグレンズ３とレンズカバー４は、発明品、比較例とも同じものである。

発明品は、第１、第２反射板１、２を接着して一体化し、第１反射板１との突き合わせ面にシリコン系コーティング剤を塗布したレンズカバーのフランジ４ａを、その第１、第２反射板１、２間に挟み込んでいる。

図１０の電波レンズ（比較例１）は、上面が平坦な反射板１０にレンズカバーのフランジ４ａを計１２本の金属ボルト１１で固定したものである。フランジ４ａと反射板１０間にはシール剤５を設けている。

図１０の金属ボルト１１を樹脂製ボルトに置き換えた電波レンズ（比較例２）も用意した。

図１０の電波レンズの金属ボルト１１を樹脂製ボルト１２に置き換え、さらに、樹脂で形成された押さえリング１３（厚み２、５、１０ｍｍの３種）を設けてその押さえリング１３でフランジ４ａを加圧した図１１の電波レンズ（比較例３）、フランジ４ａを接着剤１４で反射板１０上に単に接着しただけの図１２の電波レンズ（比較例４）も用意した。

この発明の電波レンズと、比較例の電波レンズをレンズの焦点部に配置する一次放射器（ＬＮＢ）及びその一次放射器を保持するホルダＨ（図１参照）と組み合わせてアンテナ装置を構成し、各アンテナ装置のゲイン（ｄＢｉ）を測定した。

その結果、発明品のゲインは３１．７ｄＢｉであり、１枚の平面反射板を使用したもの（レンズカバーをシールを行わずに反射板上に載置しただけのもの）と全く差がなかった。

これに対し、金属ボルト１１を使用した図１０の電波レンズ（比較例１）は、ゲインが３１．２ｄＢｉ、また、樹脂製押さえリング１３を使用した図１１の電波レンズ（比較例３）は、押さえリング厚み２ｍｍ時のゲインが３１．５ｄＢｉ、押さえリング厚み５ｍｍ時のゲインが３１．４ｄＢｉ、押さえリング厚み１０ｍｍ時のゲインが３１．２ｄＢｉであり、いずれもアンテナの電気特性が悪かった。

なお、レンズカバーのフランジ４ａを樹脂製ボルトで反射板に固定した電波レンズ（比較例２）と、レンズカバーのフランジ４ａを接着剤のみで反射板に固定した図１２の電波レンズ（比較例４）はゲインが共に３１．７ｄＢｉであり、発明品と差がなかった。

次に、発明品とゲインに差がなかった比較例２（図１０の金属ボルト１１を樹脂製ボルトに置き代えたもの）及び図１２の比較例４と発明品について、ＪＩＳＣ０９２０保護等級３（防雨型）に準じた防雨性能試験をそれぞれ実施した。

試験は、約１０リットル／ｍｉｎの条件で水を散布し、それにアンテナ装置を晒す方法で行い、散水５分経過後に装置の表面の水滴をきれいに拭き取って試験前後のゲインを比較した。

その結果、発明品のゲインは、試験前後とも３１．７ｄＢｉであり、防水性が維持されていることを確認した。

これに対し、比較例２と比較例４は、いずれも、目視によりアンテナカバーの内部に浸水していることを確認した。浸水後のゲインは３１．５ｄＢｉであり、浸水による電気性能の低下が認められた。

比較例２、４の構造ではフランジ部の撓みなどが原因で反射板との間の界面を信頼性良くシールすることができず、また、押さえリングを使用して図１１の構造でシールの信頼性を高めようとすると押さえリングを樹脂で形成してもそのリングによるゲイン低下が起こり、比較例の構造では電気的性能の確保とシールの信頼性確保を両立させることができない。

これに対し、この発明の電波レンズは電気的性能の確保とシールの信頼性確保を両立させることができる。上記の実験結果がそれを証明している。

この発明の電波レンズの実施形態を示す断面図図１の電波レンズの構成部品を示す分解斜視図図１のシール部の拡大断面図他の実施形態の要部を示す断面図さらに他の実施形態の要部を示す断面図さらに他の実施形態の要部を示す断面図さらに他の実施形態の要部を示す断面図さらに他の実施形態の要部を示す断面図さらに他の実施形態の要部を示す断面図比較例１の電波レンズの断面図比較例３の電波レンズの断面図比較例４の電波レンズの断面図

符号の説明

１第１反射板
１ａ溝
１ｂ反射面
１ｃ操作穴
２第２反射板
２ａ円形穴
３ルーネベルグレンズ
４レンズカバー
４ａフランジ
４ｂネジ部
５シール剤
６シール部
７Ｏリング
８連結リング
９ボルト

Claims

半球状のルーネベルグレンズと、このルーネベルグレンズと組み合わせて電波を反射させるレンズ径よりも大サイズの反射板と、前記ルーネベルグレンズに被せるレンズカバーとから成り、前記レンズカバーの開口縁を反射板の内部に入り込ませてこのレンズカバーと反射板との間のシール部を反射板の内部又は裏側に設けた電波レンズ。
前記反射板を、ルーネベルグレンズを載せる第１反射板と、ルーネベルグレンズの周囲において第１反射板上に重ねるレンズカバー外径とほぼ同径の穴を有する第２反射板とで構成し、前記レンズカバーの開口部に設けたフランジを前記第１反射板と第２反射板間に挟み込んで前記シール部を構成した請求項１に記載の電波レンズ。
前記シール部のシールを、Ｏリング、パッキン、シーラント、接着剤などのシール材を併用して行った請求項１又は２に記載の電波レンズ。
請求項１乃至３のいずれかに記載の電波レンズと、その電波レンズの電波の焦点部に配置する一次放射器と、この一次放射器を保持するホルダとを組み合わせて構成されるレンズアンテナ装置。