JP2007110201A - 円偏波アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナのサイズを変更することなく、円偏波発生器の取り付け時における導波管、垂直偏波抑圧格子及びフレア部の開口面に対する平行度の確保と、製造コストの低減とを共に実現する円偏波アンテナを提供する。
【解決手段】フレア部１４は、開口２８側に拡開するテーパ状に形成され、拡開した前面側は開口面２２とされ、縮径した背面側には、導波管１２と垂直偏波抑圧格子１３とが配置されている。レドーム板１５は、開口面２２を覆うように配置され、該レドーム板１５の背面側には、円偏波発生器１６が接着固定されている。円偏波発生器１６は、レドーム板１５及び開口面２２と平行に配置された複数の基板１９及び複数のスペーサ２０が交互に積層されることにより構成され、該円偏波発生器１６の側部は、フレア部１４を構成するテーパ部２３に沿ってテーパ状に形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、テーパ状に拡開するフレア部の開口面をレドーム板で覆い、このフレア部に、導波管スロットアレイを有する導波管と、垂直偏波抑圧格子と、円偏波発生器とをそれぞれ配置した円偏波アンテナに関する。

従来より、港湾や沿岸を航行する船舶等の物標を監視し、又は観測するために陸上に設置されたレーダ装置では、当該船舶に搭載されたレーダ装置と同じ直線偏波用のアンテナが用いられている場合が多い。この場合、陸上に設置された前記レーダ装置の観測性能と方位分解能とを向上させる目的で、このレーダ装置では、アンテナの開口面を水平方向に十分大きく取った直線偏波用のアンテナが多く採用されている。

しかしながら、このアンテナでは、監視又は観測すべき物標の反射信号が雨や雪での反射に起因する不要な反射信号により抑圧され、十分なレーダ性能を発揮することができない。そこで、前記レーダ装置では、前記不要な反射信号を抑圧し且つ低減する目的で、円偏波を放射する円偏波アンテナを採用する場合がある。

図６は、特許文献１に開示されている円偏波アンテナ１０の断面図である。

この円偏波アンテナ１０において、アンテナ外板１１の内方には、上側金属板１４ａ及び下側金属板１４ｂによりテーパ状に形成されたフレア部１４が配置され、このフレア部１４の拡開した前面側（図６の左側）は開口面２２とされている。一方、フレア部１４の縮径した背面側（図６の右側）には、各金属板１４ａ、１４ｂにより形成された凹部２４に導波管１２が嵌合し、この導波管１２の近傍に垂直偏波抑圧格子１３及び円偏波発生器１６がそれぞれ配置されている。さらにまた、開口面２２は、レドーム板１５で覆われている。

ここで、導波管１２の開口面２２側には、スロット１７からなる導波管スロットアレイ２１が設けられ、垂直偏波抑圧格子１３にはスロット１８が設けられ、円偏波発生器１６は、図示しないミアンダラインがそれぞれ形成された複数の基板１９及び複数のスペーサ２０を積層して構成されている。

特許第３３４３４０８号公報

前述した円偏波アンテナ１０の製造時において、導波管１２は凹部２４に嵌合されているので、フレア部１４への取り付けは容易である。

これに対して、円偏波発生器１６は、フレア部１４を構成するテーパ部２３に沿って当該フレア部１４の背面側に取り付けなければならないので、導波管１２、垂直偏波抑圧格子１３及びフレア部１４の開口面２２に対する平行度を確保しながら取り付けることは困難である。また、フレア部１４への円偏波発生器１６の取り付け時に、前記平行度が確保されていない場合には、円偏波発生器１６が取り付けられたフレア部１４を円偏波アンテナ１０の輻射部材として使用することができないので、結局、該フレア部１４と円偏波発生器１６とを共に取り替えなければならず、製造コストが高騰するという問題がある。

そこで、本出願人は、円偏波発生器１６の取り付け時における前記平行度を確保するために、上記の円偏波アンテナ１０を改善した図７に示す円偏波アンテナ３０を案出した。

この円偏波アンテナ３０では、レドーム板１５と開口面２２との間に円偏波発生器１６を配置しているので、フレア部１４に対する円偏波発生器１６の取り付けが容易になり、且つ前記平行度を確保することが可能である。しかしながら、開口面２２を覆うように円偏波発生器１６を配置しているので、これに対応してアンテナ外板１１を前方側に拡張する必要があり、この結果、円偏波アンテナ３０の輻射部分（アンテナ外板１１の内側部分）が大型化する。また、この輻射部分の大型化に伴う重量の増大により、該輻射部分を回転させる図示しない回転駆動機構の回転力を増大させる必要がある。従って、この円偏波アンテナ３０では、製造コストが却って高騰する。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、アンテナのサイズを変更することなく、円偏波発生器の取り付け時における導波管、垂直偏波抑圧格子及びフレア部の開口面に対する平行度の確保と、製造コストの低減とを共に実現する円偏波アンテナを提供することを目的とする。

本発明に係る円偏波アンテナは、テーパ状に拡開した前面側が開口面とされたフレア部と、前記フレア部における縮径した背面側に配置される導波管に形成された複数のスロットからなる導波管スロットアレイと、前記フレア部内の前記導波管スロットアレイ近傍に配置された垂直偏波抑圧格子と、前記開口面を覆うレドーム板と、前記フレア部内の前記開口面近傍に配置され且つ側部が前記フレア部に沿ってテーパ状に形成された円偏波発生器とを備え、前記垂直偏波抑圧格子は、前記導波管スロットアレイから放射された直線偏波の垂直偏波成分を抑圧して、抑圧した前記直線偏波を前記開口面側に放射させ、前記円偏波発生器は、放射された前記直線偏波を円偏波に変換して、変換した前記円偏波を前記レドーム板を介して外部に放射させることを特徴とする。

この構成によれば、前記フレア部内の前記開口面近傍に前記円偏波発生器を配置したので、従来技術に係る円偏波アンテナと比較して、前記フレア部の開口面、前記導波管、前記垂直偏波抑圧格子に対する前記円偏波発生器の平行度の調整が容易となる。また、前記円偏波発生器が前記フレア部内に配置されているので、本発明に係る円偏波アンテナは、外見上、従来技術に係る直線偏波アンテナと同一サイズとなり、この結果、耐風速性能を確保することが可能になると共に、従来より用いられている回転駆動機構を用いてアンテナの輻射部分（前記フレア部の内側や前記レドーム板を含む部分）を回転させることができる。

また、前記円偏波発生器の側部が前記フレア部のテーパに沿った形状であるため、前記フレア部に対して前記円偏波発生器を容易に位置決めすることができる。

従って、本発明によれば、従来技術に係る直線偏波アンテナと同一サイズのアンテナを実現して前記回転駆動機構の設計変更を不要とし、且つ前記円偏波発生器の取り付け時における前記平行度を容易に確保することができると共に、アンテナの製造コストを低減することが可能となる。

ここで、前記円偏波発生器は、前記レドーム板の背面側に固定されることが好ましい。これにより、前記円偏波発生器が前記レドーム板の補強部材の役割を果たすことになり、前記レドーム板の機械的強度が向上する。この場合、無溶剤型接着剤により前記円偏波発生器を前記レドーム板の背面側に固定すると、接着剤による前記レドーム板及び前記円偏波発生器への侵食を防止することができる。

また、前記円偏波発生器は、ミアンダラインが形成された複数の基板を前記開口面と平行に積層することにより構成され、あるいは、複数のグリッド及び複数の偏波線がそれぞれ形成された複数の基板を前記開口面と平行に積層することにより構成されることが好ましい。この場合、前記各基板をそれぞれ発泡シートを介して積層し、前記各基板及び前記各発泡シートを無溶剤型接着剤により互いに接着固定すれば、接着剤による前記基板及び前記発泡シートへの侵食を防止することができる。

なお、上記した無溶剤型接着剤は、シリコン変成ポリマー系接着剤であることが好ましい。

さらに、上記の円偏波アンテナを港湾や沿岸を監視又は観測するレーダ装置に適用すると好適である。

本発明によれば、アンテナのサイズを変更することなく、円偏波発生器の取り付け時における導波管、垂直偏波抑圧格子及びフレア部に対する平行度の確保と、製造コストの低減とを共に実現することができる。

本発明に係る円偏波アンテナについて、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態に係る円偏波アンテナ４０の斜視図であり、図２は、円偏波アンテナ４０の分解斜視図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であり、図４及び図５は、円偏波アンテナ４０を構成する円偏波発生器１６の分解斜視図である。

なお、本実施形態において、図６に示す従来技術に係る円偏波アンテナ１０及び図７に示す本出願人が案出した円偏波アンテナ３０と同じ構成要素については、同一の参照符号を付けて説明する。

本実施形態に係る円偏波アンテナ４０は、港湾や沿岸を航行する船舶等の物標を監視し、又は観測するために陸上に設置された図示しないレーダ装置に適用される円偏波発生用のアンテナであり、図１〜図３に示すように、箱形状で金属製又はＡＡＳ（Acrylonitrile Acrylate Styrene）樹脂製のアンテナ外板１１を有し、このアンテナ外板１１は、回転軸４２を介して台座部４４上に支持されている。また、このアンテナ外板１１の側面３８に設けられた開口２８（図２及び図３参照）は、例えば、表面がＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）で被覆されたウレタンフォームから構成されるレドーム板１５により塞がれている。なお、前記レーダ装置の観測性能と方位分解能とを向上させる目的で、開口２８は、図１及び図２に示すように、水平方向（図１及び図２の左右方向）に十分大きく取って形成されている。

台座部４４は、図示しない回転駆動機構を内蔵し、この回転駆動機構による駆動作用でアンテナ外板１１を回転軸４２を中心に回転させることができる。

アンテナ外板１１の内部には、図２及び図３に示すように、導波管１２、垂直偏波抑圧格子１３、フレア部１４及び円偏波発生器１６がそれぞれ配置され、該アンテナ外板１１の側面３８とフレア部１４との間にレドーム板１５が配置されている。

フレア部１４は、金属製の上側金属板１４ａ及び下側金属板１４ｂにより開口２８側に拡開するテーパ状に形成され、開口２８側に拡開したフレア部１４の前面側（図２及び図３のレドーム板１５側であり且つ図３の左側）は、開口２８と同様に、前記水平方向に十分大きく取られた開口面２２とされ、一方で、縮径した背面側（図２及び図３の導波管１２側であり且つ図３の右側）には、各金属板１４ａ、１４ｂの各端部３２ａ、３２ｂを接触させることにより構成される凹部２４と、この凹部２４に連通し且つフレア部１４を構成するテーパ部２３に連結された凹部２６とがそれぞれ形成されている。

凹部２４には、金属製で断面略矩形状の導波管１２が嵌合し、凹部２６には、金属製で断面略Π字状の垂直偏波抑圧格子１３が嵌合している。

導波管１２の開口面２２側には、この導波管１２が延在する方向（図２の左右方向）に沿って複数のスロット１７が所定間隔で形成され、これらのスロット１７により導波管スロットアレイ２１が構成される。この場合、各スロット１７は、前記左右方向に対して異なる斜め方向に互い違いに形成されている。また、垂直偏波抑圧格子１３の開口面２２側には、前記左右方向に沿って複数のスロット１８が所定間隔で形成されている。

レドーム板１５は、図３に示すように、開口面２２を覆うように、アンテナ外板１１の側面３８とフレア部１４との間で狭持され、このレドーム板１５の背面側には、図示しない無溶剤型接着剤（例えば、シリコン変成ポリマー系接着剤）により円偏波発生器１６が接着固定されている。

円偏波発生器１６は、レドーム板１５及び開口面２２と平行に配置された複数の基板１９及び複数のスペーサ２０が交互に積層されることにより構成され、該円偏波発生器１６の側部は、フレア部１４のテーパ部２３に沿ってテーパ状に形成されている。

この場合、基板１９は、図４に示すように、絶縁性のシートで構成され、その表面には、蛇行状の導体線路である複数のミアンダライン４６が水平方向（図４の左右方向）に対して所定角度（例えば、４５°）だけ傾斜し且つ所定間隔で配置されている。一方、スペーサ２０は、基板１９よりも厚肉で且つ絶縁性の発泡シートで構成されている。そして、複数の基板１９と複数のスペーサ２０とは、前述した無溶剤型接着剤（シリコン変成ポリマー系接着剤）により互いに接着固定されている。

また、基板１９表面の構成としては、図４のミアンダライン４６に代えて、図５に示すように、矩形状の導体片である複数のグリッド４８から構成される複数のグリッドアレイ５２を水平方向（図５の左右方向）に対して所定角度（例えば、４５°）だけ傾斜して配置し、各グリッドアレイ５２の間に直線状の導体線路としての偏波線５０を前記水平方向に対して前記所定角度だけ傾斜して配置することも可能である。

本実施形態に係る円偏波アンテナ４０は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用と効果とについて、図１〜図７を参照しながら説明する。

台座部４４内の回転駆動機構による回転軸４２の駆動作用に基づいてアンテナ外板１１が回転しているときに、円偏波アンテナ４０から円偏波を放射する場合、図示しない給電回路からの給電により導波管１２内で発生した電磁波は、導波管スロットアレイ２１から直線偏波として開口面２２側に放射され、垂直偏波抑圧格子１３によりその垂直偏波成分が抑圧されて、抑圧された前記直線偏波がスロット１８から開口面２２側に放射される。抑圧された前記直線偏波は、テーパ部２３を介して円偏波発生器１６に入射して、ミアンダライン４６又はグリッドアレイ５２及び偏波線５０により円偏波に変換され、変換された前記円偏波が円偏波発生器１６からレドーム板１５を介して外部に放射される。

一方、外部に放射された前記円偏波が監視又は観測すべき物標（船舶等）で反射し、その反射波（円偏波）を円偏波アンテナ４０で受信する場合、前記反射波は、レドーム板１５を介して円偏波発生器１６に入射され、ミアンダライン４６又はグリッドアレイ５２及び偏波線５０により直線偏波に変換される。変換された前記直線偏波は、円偏波発生器１６から導波管１２側に放射され、放射された前記直線偏波は、テーパ部２３、垂直偏波抑圧格子１３及び導波管スロットアレイ２１を介して導波管１２に入射される。導波管１２に入射された前記直線偏波は、前記給電回路で反射信号に変換される。

このように、本実施形態に係る円偏波アンテナ４０では、フレア部１４内の開口面２２近傍に円偏波発生器１６を配置したので、従来技術に係る円偏波アンテナ１０（図６参照）や本出願人が案出した円偏波アンテナ３０（図７参照）と比較して、フレア部１４の開口面２２、導波管１２、垂直偏波抑圧格子１３に対する円偏波発生器１６の平行度の調整が容易となる。また、円偏波発生器１６がフレア部１４内に配置されているので、本実施形態に係る円偏波アンテナ４０は、外見上、従来技術に係る直線偏波アンテナと同一サイズとなり、この結果、耐風速性能を確保することが可能になると共に、従来より用いられている回転駆動機構を用いてアンテナの輻射部分（フレア部１４の内側やレドーム板１５を含むアンテナ外板１１の内側部分）を回転させることができる。

また、円偏波発生器１６の側部がフレア部１４のテーパ部２３に沿った形状であるため、フレア部１４に対して円偏波発生器１６を容易に位置決めすることができる。

従って、本実施形態に係る円偏波アンテナ４０では、従来技術に係る直線偏波アンテナと同一サイズの円偏波アンテナを実現して、前記回転駆動機構の設計変更を不要とし、且つ円偏波発生器１６の取り付け時における前記平行度を容易に確保することができると共に、アンテナの製造コストを低減することが可能となる。

また、円偏波発生器１６をレドーム板１５の背面側に無溶剤型接着剤で接着固定することにより、円偏波発生器１６がレドーム板１５の補強部材の役割を果たすことになり、レドーム板１５の機械的強度が向上すると共に、接着剤によるレドーム板１５及び円偏波発生器１６への侵食を防止することができる。

さらに、円偏波発生器１６を構成する基板１９及びスペーサ２０を無溶剤型接着材で互いに接着固定することにより、接着剤による基板１９及びスペーサ２０への侵食を防止することが可能となる。

なお、本発明に係る円偏波アンテナは、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。

本実施形態に係る円偏波アンテナの斜視図である。 図１の円偏波アンテナの分解斜視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図２及び図３の円偏波発生器の分解斜視図である。 図２及び図３の円偏波発生器の分解斜視図である。 従来技術に係る円偏波アンテナの断面図である。 本出願人が案出した円偏波アンテナの断面図である。

符号の説明

１１…アンテナ外板 １２…導波管
１３…垂直偏波抑圧格子 １４…フレア部
１４ａ…上側金属板 １４ｂ…下側金属板
１５…レドーム板 １６…円偏波発生器
１７、１８…スロット １９…基板
２０…スペーサ ２１…導波管スロットアレイ
２２…開口面 ２３…テーパ部
２８…開口 ４０…円偏波アンテナ
４６…ミアンダライン ４８…グリッド
５０…偏波線 ５２…グリッドアレイ

Claims (7)

1. テーパ状に拡開した前面側が開口面とされたフレア部と、
   前記フレア部における縮径した背面側に配置される導波管に形成された複数のスロットからなる導波管スロットアレイと、
   前記フレア部内の前記導波管スロットアレイ近傍に配置された垂直偏波抑圧格子と、
   前記開口面を覆うレドーム板と、
   前記フレア部内の前記開口面近傍に配置され、且つ側部が前記フレア部に沿ってテーパ状に形成された円偏波発生器と、
   を備え、
   前記垂直偏波抑圧格子は、前記導波管スロットアレイから放射された直線偏波の垂直偏波成分を抑圧して、抑圧した前記直線偏波を前記開口面側に放射させ、
   前記円偏波発生器は、放射された前記直線偏波を円偏波に変換して、変換した前記円偏波を前記レドーム板を介して外部に放射させる
   ことを特徴とする円偏波アンテナ。
2. 請求項１記載の円偏波アンテナにおいて、
   前記円偏波発生器は、前記レドーム板の背面側に固定される
   ことを特徴とする円偏波アンテナ。
3. 請求項２記載の円偏波アンテナにおいて、
   前記円偏波発生器は、無溶剤型接着剤により前記レドーム板の背面側に固定される
   ことを特徴とする円偏波アンテナ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の円偏波アンテナにおいて、
   前記円偏波発生器は、ミアンダラインが形成された複数の基板を前記開口面と平行に積層することにより構成され、あるいは、複数のグリッド及び複数の偏波線がそれぞれ形成された複数の基板を前記開口面と平行に積層することにより構成される
   ことを特徴とする円偏波アンテナ。
5. 請求項４記載の円偏波アンテナにおいて、
   前記各基板は、それぞれ発泡シートを介して積層され、
   前記各基板及び前記各発泡シートは、無溶剤型接着剤により互いに接着固定される
   ことを特徴とする円偏波アンテナ。
6. 請求項３又は５記載の円偏波アンテナにおいて、
   前記無溶剤型接着剤は、シリコン変成ポリマー系接着剤である
   ことを特徴とする円偏波アンテナ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の円偏波アンテナは、港湾や沿岸を監視又は観測するレーダ装置に適用される
   ことを特徴とする円偏波アンテナ。

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