JP2009284287A - レドーム - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ波帯、ミリ波帯のアンテナに用いる単層誘電体板レドームにおいて、反射の少ない周波帯域が従来よりも広くなるレドームの実現。
【解決手段】レドームの形状を、アンテナへの取付周縁を含む面より一方側に頂点を有する凸面形状とする。この構造により、レドームをアンテナに取り付けたときに、アンテナ開口面とレドームとの間の距離が、アンテナ開口面における位置によって異なることになり、アンテナ開口面から放射され、一部レドームで反射されて開口面へ戻って来た反射波は開口面上の位置によって伝搬した距離が異なることにより位相が異なっている。これらが合成された場合、相殺される部分が生じ、従来のように平面レドームで反射され、同相で戻って来た場合に較べて結果的に反射が少なくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波、ミリ波帯等の高周波帯のアンテナに用いられるレドームの技術分野に属する。

従来、マイクロ波、ミリ波帯におけるアンテナ用レドーム、特に２０ＧＨｚを越える周波数帯のレドームは、平面形状の単層誘電体板であり且つレドームでの反射を少なくするために、その厚みが実効半波長である半波長板レドームが使用され、これを図４のようにアンテナ開口面に平行に装着している。厚みを実効半波長またはその整数倍とすることにより反射が小さくなり、アンテナにレドームを装荷したことによるアンテナ特性への影響を小さくすることが出来るからである（例えば、非特許文献１参照）。
（社）電子情報通信学会、「アンテナ工学ハンドブック」、第１版、オーム社、平成１１年３月５日、Ｐ．３０１−３０２

しかしながら、図４のようにアンテナ開口面に平行に装着されているから、平面レドーム２からアンテナ開口面に向けて反射される反射波は、どの場所からも同相の反射波となっており、相殺し合うことがないうえ、半波長板レドームは厚さをアンテナの中心周波数における波長で規定しているため、どうしても反射が少ない周波数帯域幅が狭く、広帯域アンテナに装着した場合にアンテナの広帯域特性を損なってしまうことになる。

また、狭帯域アンテナに使用する場合であっても、品質のばらつきによりレドームの厚さがアンテナの中心周波数に対する実効半波長からずれてしまったり、或いは誘電体の誘電率が変わってしまった場合には、その状態での実効半波長に対応する中心周波数が、アンテナの中心周波数からずれてしまい、狭帯域性と相俟って、レドームを装着した状態でのアンテナの総合特性が劣化してしまうという問題がある。

本発明の課題は、上記従来の技術における問題に鑑みて、レドームからの反射の少ない帯域が従来よりも広くなるレドームを実現することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために以下の各構成を有する。
本発明の第１の構成（基本構成）は、アンテナに装着する単層誘電体板レドームであって、その形状がアンテナへの取付周縁を含む面より一方側に頂点を有する凸面形状となっていることを特徴とするレドームである。

本発明の第２の構成は、前記第１の構成において、凸面形状が四角錐形であることを特徴とするレドームである。

本発明の第３の構成は、前記第１の構成において、凸面形状が円錐形であることを特徴とするレドームである。

本発明の第４の構成は、前記第１の構成において、凸面形状がドーム形であることを特徴とするレドームである。

本発明の第５の構成は、前記第１ないし第４の構成のいずれか１つの構成において、頂点が、アンテナへの取付周縁を含む面に直角で該面の中心を通る軸上にあることを特徴とするレドームである。

本発明のレドームは図１の（ａ）に示すように、従来のような平面形ではなく、アンテナ開口面から高さｄの頂点を有する凸面形状となっている。これをＡ方向からの断面で示すと（ｂ）の斜線で示したようになり、アンテナ３がその下に配置されることになる。両者間の上下方向の矢印はアンテナ３から放射される電磁波と、凸面形状レドーム１からアンテナ３の方へ一部反射される電磁波とを示している。
凸面形状レドーム１は傾斜しているから厳密には反射波の方向は放射波とは異なるが、事実上無視し得るので同一線で示してある。

（ｂ）の図から明らかなように凸面形状レドーム１は、アンテナ開口面に対して傾斜しているのでアンテナ３との距離は傾斜に応じて異なることになる。即ち、アンテナ３から放射されてレドームで反射されて、再びアンテナ３へ戻って来る距離はアンテナ３の横方向の位置によって異なる。そのため、アンテナ３の開口面に達したときの位相が場所によって異なることになる。

図４に示す従来のように、同相で戻って来た電磁波が合成される場合に較べて、位相が異なる状態で戻って来た電磁波を合成すると相殺される部分が生じて、反射波の合成結果は、図４のような平面レドーム２の場合に較べて、図１のように、アンテナ３の開口面とレドームまでの距離が、アンテナ３の横方向の位置によって異なる場合の方が小さくなる。即ち、結果的に反射が少なくなるということになる。
図１では、四角錐形の凸面形状レドームであるが、これに限られるものではなく、アンテナ開口の範囲内に頂点を有し、周縁との間で直線的又は曲線的な傾斜、例えば円錐形或いはドーム形になっていれば、アンテナの横方向の位置によって、アンテナ開口面とレドーム間の距離は変化するから相殺される部分を生じ反射は小さくなる。

以上のように、本発明の第１の構成（基本構成）のレドームは、アンテナへの取付周縁を含む面、即ちアンテナ開口面より一方側（前方側）に頂点を有する凸面形状であることによって、レドームとアンテナ開口面との間の距離がアンテナ開口面上の位置によって異なるため、その位置によって反射波に位相差を生じ、それを合成した場合、相殺される部分を生じ、従来のように同相である場合に較べて反射が小さくなるという効果がある。

本発明第２の構成は、凸面形状が図１のような四角錐形である場合であり、第３の構成は円錐形、第４の構成はドーム型の場合であり、第１の構成と同じ効果を有する。
第１の構成ないし、第４の構成では頂点の位置は特定されていないが、第５の構成は頂点の位置をアンテナへの取付周縁を含む面に直角で該面の中心を通る線上に設けるようにしたことにより、製造のし易さおよび外観バランスが良好であるという効果を有している。

レドームの形状は、アンテナ開口面が正方形ないし長方形である場合には、四角錐形が最良であり、アンテナ開口面が円形の場合は円錐形が最良である。
また、レドームの頂点の位置はアンテナ指向性の指向軸対称性からみて、開口面の中心を通る軸上になるようにするのが最良である。
また、頂点の高さは、反射に対する計算値および実験値からみて、１．０〜１．５波長とするのが最良である。

以下、本発明のレドームの実施例を図面を参照して説明する。
図１は、四角錐形レドームの実施例の斜視図および断面図である。ｄはレドームの頂点（レドームピーク）の長さ寸法である。

図２は、２００mm×２００mmのレドームにおいて、平面レドームと四角錐レドームの反射係数の比を反射抑圧量と定義し、特定周波数における、レドームピーク高さｄ／λ_０に対する反射抑圧量を計算した結果を示したものである。この結果によると、ｄを１波長以上にすると充分な反射抑圧が得られることが分かる。

図３は、ｄ＝０（平面）のレドームと、ｄ＝１．０λ_０の四角錐形レドームについて、反射係数（ＶＳＷＲ）の周波数特性の計算値と実測値を比較して示したものである。
平面と四角錐形のそれぞれについて、実測値は計算結果の傾向と一致し、
また、ｄ＝１．０λ_０の場合がｄ＝０の場合に較べて低反射帯域が広帯域となっていることが分かる。

本発明の四角錐形レドームの実施例の斜視図および断面図である。 平面レドームの反射係数を０ｄＢとし、レドームピーク高さを０から大きくして行ったときの反射係数を反射抑圧量と定義してグラフ化した図である。 ｄ＝０（平面）のレドームと、ｄ＝１．０λ_０の四角錐形レドームについて、反射係数（ＶＳＷＲ）の周波数特性の計算値と実測値を比較した図である。 平面レドームとアンテナの位置関係を側面から見た図である。

符号の説明

１ 凸面形状レドーム
２ 平面レドーム
３ アンテナ

Claims (5)

1. アンテナに装着する単層誘電体板レドームであって、その形状がアンテナへの取付周縁を含む面より一方側に頂点を有する凸面形状となっていることを特徴とするレドーム。
2. 凸面形状が四角錐形であることを特徴とする請求項１記載のレドーム。
3. 凸面形状が円錐形であることを特徴とする請求項１記載のレドーム。
4. 凸面形状がドーム形であることを特徴とする請求項１記載のレドーム。
5. 頂点が、アンテナへの取付周縁を含む面に直角で該面の中心を通る軸上にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレドーム。

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