JP2010028458A - 多層レドーム - Google Patents

Abstract

【課題】 送信電力の大きいアンテナからの送信電波を透過する多層レドームについて、電波透過性能を損なわずにレドーム内部温度を測定することを目的とする。
【解決手段】 内側誘電体スキンと外側誘電体スキンの間にコア材を挟んで内層誘電体スキンを配置し、内層誘電体スキンにおけるアンテナからの電波の通過領域に誘電体から成る光ファイバ温度センサを設け、光ファイバ温度センサに光ファイバを接続して内層誘電体スキンに沿って光ファイバを配線する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、アンテナを保護する多層レドームに関するものである。

アンテナを保護するレドームにおいては、レドームを通過する電波の一部がレドームで熱となり、レドームの温度が上昇する。特に、送信電力が大きいレーダシステムの場合、送信電波によるレドーム温度の上昇量は大きくなる。温度上昇によりレドームを構成する材料の変形および焼損が起こると、レドーム強度の低下および電波の通過性能低下が発生するため、アンテナ使用時の最大温度で変形および焼損しない材料をレドームに使用することが一般的である。

レドームの温度上昇に対する対策の一例として、送信電力が集中する多層レドームの先端部に熱伝導性が良好なコア材を使用する従来技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−４６１１９号公報

しかしながら、従来の特許文献１のような多層レドームにおいては、熱伝導性が良好なコア材は一般に高価であり、またレドームの電波透過性能が劣化するという問題が生じる。

他方、アンテナ使用時にレドームの温度をモニタし、温度制御装置により温度に応じて送信電力を調整したり多層レドームを冷却したりすることにより、多層レドームを構成する材料の許容温度を越えないようにする制御する方法がある。

この方法の場合、多層レドームの電波透過性能を損なわずに多層レドームの温度をモニタするために、多層レドームの表面に温度センサを付着させる。また、温度センサの出力信号は信号ケーブルを介して温度制御装置に入力されるが、信号ケーブルは多層レドームの表面に沿って配線される。

しかしながら、多層レドームに例えばサーミスタのような温度センサを取り付けて、多層レドームの表面温度を計測する場合、温度センサおよび信号ケーブルが多層レドームを透過する電波の通過領域内に設置される。このため、温度センサおよび信号ケーブルが電波の通過領域を遮蔽し、電波の散乱や電波干渉を引き起こすとともに、多層レドームの電波透過特性を損なうという問題が依然として発生する。この問題は、アンテナの送信電力が大きい程顕著になる。

また、温度センサを多層レドームの表面に設置する場合、多層レドームを構成する内層のスキン材料が断熱性の高いコア材に挟まれて放熱しにくいため、多層レドーム表面に当たる外層のスキン材料と比べて温度が高くなる。このため、多層レドームの内部温度を測定する必要がある。

この発明は、係る課題を解決するために成されたものであり、電波透過性能を損なわず、多層レドームの内部温度を測定できるようにしたことを目的とする。

この発明による多層レドームは、内側誘電体スキンおよび外側誘電体スキンと、上記内側誘電体スキンと外側誘電体スキンの間に配置された内層誘電体スキンと、上記内側誘電体スキンと内層誘電体スキンの間、および上記内層誘電体スキンと外側誘電体スキンの間にそれぞれ接着されたコア材と、上記内層誘電体スキンにおけるアンテナからの電波の通過領域に設けられ、誘電体から成る光ファイバ温度センサと、上記光ファイバ温度センサに接続されて内層誘電体スキンに沿って配線され、上記光ファイバ温度センサの出力信号を伝搬する光ファイバと、を備えたものである。

この発明の多層レドームによれば、温度センサおよび光ファイバが電波干渉の影響を受けず、多層レドームの電波透過性能への影響が小さく、なおかつ電波の送信時でも多層レドームの内部温度を測定することができるという効果を奏する。

実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態１について説明する。
図１は実施の形態１による多層レドームの構成を示す図である。

図において、アンテナ１は、曲面形状を成す多層レドーム２の内側に配置され、多層レドーム２に覆われている。アンテナ１は多層レドーム２を介して大電力の電波を送信し、多層レドーム２の外部に存在する目標（電波反射体）で反射された電波を受信する。送受信装置１０は、高周波の電気信号を変調するとともに大電力に増幅して、アンテナ１に電力を給電する。また、送受信装置１０は、アンテナ１で受電した電波を低雑音増幅するとともに高周波の電気信号を復調する。多層レドーム２は、外側スキン３と、内層スキン４と、内側スキン５と、コア材６を積層し、接着剤により固着して構成された複合材パネルである。外側スキン３と内層スキン４の間と、内層スキン４と内側スキン５の間には、それぞれ例えば紙や発泡材等の誘電正接の小さい誘電体材料からなるコア材６が配置される。コア材６は、各スキン間に所定の距離を設けて各スキンを多層化して固定し、多層レドーム２全体として所定の強度を保っている。外側スキン３、内層スキン４、および内側スキン５は、例えばガラスファイバのように電波を透過する誘電体材料で構成される。
なお、多層レドーム１０の形状は平面でも、多角形でも良い。

光ファイバ温度センサ７は光ファイバ８の一端部に接続される。光ファイバ温度センサ７は光ファイバの先端が温度センサとなっている電波を透過する誘電体により構成される。光ファイバ温度センサ７はアンテナ１から放射される電波の通過領域内に配置され、内層スキン４の表面に固着される。光ファイバ８は内層スキン４の表面に沿って配線され、光ファイバ８の他端部は多層レドーム２の端部から外部に突出する。温度センサ７および光ファイバ８は、多層レドーム２を多層化するときに層間に埋め込んでおく。外部に突出した光ファイバ８の他端部は、多層レドーム２外部の温度制御装置９に接続される。温度制御装置９は光ファイバ温度センサ７における温度を測定する。また、温度制御装置９は、測定した光ファイバ温度センサ７の温度に基づいて多層レドーム２の温度が、レドーム２の損傷や特性劣化を生じない程度の所定の温度範囲内になるように、アンテナ１の送信電力を調整したり多層レドーム２を冷却するなどして、温度制御を行う。
なお、光ファイバ温度センサ７および光ファイバ８は、多層レドーム２の温度を測定するための所望の箇所に設置し、温度測定箇所の数だけ配置する。

次に動作について説明する。
製造時において、多層レドーム２内部の内層スキン４の表面に光ファイバ温度センサ７および光ファイバ８を接着しておく。その後、コア材６を間に挟んで、内層スキン４の両側に外側スキン３と内側スキン５をそれぞれ積層することで、多層レドーム２を形成し、接着剤を固化させて各スキンおよびコア材を固着する。

この際、例えば、多層レドーム２の製造が完了した後に光ファイバ温度センサ７を多層レドーム表面に設置すると、多層レドーム２の内部温度を測定できなくなる。特に、多層レドーム２の場合、内層スキン４は断熱性の高いコア材６に挟まれ放熱しにくいため、表面のスキンと比べて温度が高くなる。

しかし、この実施の形態１による多層レドーム２では、光ファイバ温度センサ７が多層レドーム２の内部で内層スキン４に配置されるので、アンテナ１から電波が送信されたとき、温度制御装置９を動作させることによって、光ファイバ温度センサ７により計測される多層レドーム２の内部温度を温度制御装置９により測定することができる。このとき、光ファイバ温度センサ７の計測情報は、光ファイバ８を通じて温度制御装置９に伝えられ、温度制御装置９は光ファイバ温度センサ７の計測情報に基づいて多層レドーム２内部の温度計測データを求める。

温度制御装置９は、多層レドーム２内部の温度計測データに基づいて、多層レドーム２の内部温度が、多層レドーム２や光ファイバ温度センサ７を損傷しない程度の所定の閾値以下となるように、アンテナ１の送信電力を制御する。或いは、温度制御装置９は、多層レドーム２内部の温度計測データに基づいて、多層レドーム２に熱的に接続された外部冷却装置（図示せず）を駆動し、多層レドーム２の内部温度が上記所定の閾値以下となるように外部冷却装置を制御する。

アンテナ１の送信および受信時、電波が光ファイバ温度センサ７および光ファイバ８に照射される。しかし、温度センサ７および光ファイバ８は主として誘電体で構成されており、電波の透過率が高いため、レドーム２の電波透過性能への影響は小さい。すなわち、光ファイバ温度センサ７および光ファイバ８は、電波による干渉を受けずに測定できること、および光ファイバ自体が電波を通しやすい誘電体であるためレドームの電波透過性能を損なわない。また、光ファイバ温度センサ７および光ファイバ８は電波による干渉の影響を受けないため、送信時でも温度測定が問題なく行える。

また、光ファイバ温度センサ７および光ファイバ８はレドーム内部に存在するため、光ファイバ温度センサ７および光ファイバ８は外部環境から保護された状態とすることができ、外部要因による破損を生じ難くなる。

この例では、レドームの構造をスキン材料が３層の構造として説明したが、スキン材料の積層枚数が４以上となる他の多層構造のレドームについても、同じ効果が得られる。また、この例における光ファイバを使用した温度センサとして、光ファイバの先端が温度センサとなっているものについて説明したが、光ファイバ自体が温度センサとなっているものを使用し、温度測定する箇所を通過するように光ファイバを設置した場合についても同じ効果が得られる。

また、アンテナの種類として、開口面アンテナやアレーアンテナなどあるが、これら全ての種類について同じ効果が得られる。また、レドーム内に複数のアンテナが存在する場合について同じ効果が得られる。また、レドームを通過する電波以外のレドームの温度を上昇させる要因に対しても同じ効果が得られる。また、レドームの温度上昇だけでなく、温度低下が問題になる場合や、温度変動が問題になる場合についても同じ効果が得られる。

次に、光ファイバ温度センサ７について詳細を説明する。
図２は、実施の形態１による光ファイバ温度センサの構成例を説明するための図である。
図において、光ファイバ温度センサ７は、一端部が光ファイバ８の端部に当接しており、光ファイバ８の外被により覆われている。光ファイバ温度センサ７は温度に応じて長さが変化する、高熱膨張率の誘電体を用いている。光ファイバ温度センサ７の他端部には反射材１２が設けられている。光ファイバ８の他端部には、温度制御装置９を構成する光送信器から信号光（入射光）が入射される。この入射光は光ファイバ８を伝搬し、光ファイバ温度センサ７の他端部にて反射材１２により反射される。反射材１２による反射光は、再び光ファイバ８を伝搬し、温度制御装置９を構成する受信器に入射する。温度制御装置９では、信号光が光送信器から送信され受光器において受信するまでの間の光信号の伝搬時間や信号位相を測定する。このとき、温度に応じて光ファイバ温度センサ７の長さが変化するので、温度に応じて光信号の伝搬時間や信号位相に差を生じるので、温度に応じた光信号の伝搬時間や信号位相を既知の値として計測しておくことにより、この既知の値と計測される光信号の伝搬時間や信号位相との比較に基づいて、光ファイバ温度センサ７における温度を計測し、その温度計測データを得ることができる。

また、光ファイバ温度センサの他の構成例として、光ファイバ温度センサ７に、温度に応じて光の減衰量が変化する素材を用いても良い。この素材としては、ガリウム砒素系の素材が適切であり、温度に応じて光の吸収量が変化するので、温度制御装置９が、光送信器から送信され受光器にて受信される光信号について、その吸収量の変化を計測することで、光ファイバ温度センサ７における温度変化を検出することができる。したがって、温度に応じた光信号の吸収量の変化を既知の値として計測しておくことにより、この既知の値と計測される光信号の吸収量の変化との比較に基づいて、光ファイバ温度センサ７における温度を計測し、その温度計測データを得ることができる。
なお、ガリウム砒素系の素材を用いると光ファイバ温度センサ７の部分での電波の透過特性は劣化するが、その代わりに光ファイバ温度センサ７の大きさをｍｍ単位の大きさにまで極めて小さくすることができるので、アンテナ１からの送信電波全体への影響は無視し得る程度になる。

この発明の実施の形態１による多層レドームの構成を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による光ファイバ温度センサの構成例を説明するための図である。

符号の説明

１ アンテナ、２ レドーム、３ 内側スキン材料、４ 内層スキン材料、５ 外側スキン材料、６ コア材料、７ 光ファイバ温度センサ、８ 光ファイバ、９ 温度制御装置、１０ 多層レドーム。

Claims (2)

1. 内側誘電体スキンおよび外側誘電体スキンと、
   上記内側誘電体スキンと外側誘電体スキンの間に配置された内層誘電体スキンと、
   上記内側誘電体スキンと内層誘電体スキンの間、および上記内層誘電体スキンと外側誘電体スキンの間にそれぞれ接着されたコア材と、
   上記内層誘電体スキンにおけるアンテナからの電波の通過領域に設けられ、誘電体から成る光ファイバ温度センサと、
   上記光ファイバ温度センサに接続されて内層誘電体スキンに沿って配線され、上記光ファイバ温度センサの出力信号を伝搬する光ファイバと、
   を備えた多層レドーム。
2. 光ファイバは、上記光ファイバ温度センサの出力信号に応じて多層レドームの温度制御を行うための外部の熱制御装置に接続されたことを特徴とする請求項１記載の多層レドーム。

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