JP2010041201A - レドーム - Google Patents

Abstract

【課題】 レドームの先端形状が尖ったような形状であって、レドーム素材である誘電体あるいはサンドイッチ板を機械構造的に尖った形状で構成することが困難な場合、レドーム先端部に金属チップを埋め込まれるが、この金属チップの影響により、レドーム内部のアンテナ放射特性が劣化する問題があった。
【解決手段】 金属チップのアンテナ側の形状を尖った形状として、アンテナから放射された電波をいろいろな方向に散乱させることで、放射特性の劣化を低減するものである。また、先端チップと本体機器とのグランドとの間を金属帯で接続することにより、金属チップが帯電することを防止することもできる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、アンテナを保護するためのレドームに関し、特に音速を超える速度で移動する物体の先端に取り付けられるレドームに関するものである。

航空機やロケット等、音速を超えて飛しょうする物体においては、物体先端部に気象レーダや捜索レーダ等のアンテナが設けられている。このアンテナを保護するためのレドームは飛しょう時の空力特性を考慮して、先端が尖った形状かあるいは尖らないまでも非常に曲率の小さい球状とされている。例えば、非特許文献１あるいは非特許文献２にそのようなレドーム形状の記載がある。

Analysis of radome-enclosed antennas,D.J.Kozakoff,Artech-House,1997,pp122 radome enginerring handbook,J.D.walton,jr,Marcel Dekker,1970,pp502

レドームは、その内部のアンテナが放射あるいは受信する電波を透過できるように誘電体で構成されている。その誘電体の例として、ＧＲＦＰ（ガラス繊維強化プラスチック）やセラミックスが用いられている。さらにレドームの電波透過性の周波数特性を広帯域化するためには、ハニカム材や発泡材等の低誘電率材料の両面に薄い誘電体を装荷したサンドイッチレドームと呼ばれる形状にすると効果的であることが知られている。

このように誘電体を成形して作られるレドームにおいて、レドームの空力性能を重視して先端部を尖らせる場合、次の２つの問題があった。
１つ目の問題は、誘電体の成形が困難となることであり、特にサンドイッチレドームにおいてこの困難性が顕著となる。
２つ目の問題は、音速を超える速度によって、レドーム先端の誘電体部分が空気による衝撃や熱衝撃に耐えられないというものである。

従来、掛かる問題を解決するために、レドーム先端部のみを金属として、成形性の向上や、耐環境性の向上を図る工夫が為されており、例えば、非特許文献１あるいは非特許文献２には、先端部を金属としたレドームの記載がある。

しかしながら、レドーム先端部に金属チップを埋め込むと、この金属チップの影響により、レドーム内部のアンテナ放射特性が劣化するという問題が生じる。また、金属チップの帯電により、レドームとアンテナ等との間で放電が起き、アンテナ等の機器を破壊するという問題が生じるという問題も発生する。

この問題点について、図を用いて詳細に説明する。
図３は従来のレドームの構成例を示す図であり、図４は飛しょう時に雷雲の近傍を通過するレドームの帯電状況を説明する図である。
図３において、レドーム本体３は、誘電体１とハニカム材２を積層して構成される。レドーム本体３の先端部には金属チップ４０が設けられる。アンテナ５はレドーム本体３の内部に配置される。

従来のレドーム本体３は、先端部に金属チップ４０を配置しているため、レドーム本体３内部のアンテナ５によって送受信する電波を、金属チップ４０が遮ってしまうことになる。この影響により、図の矢印で示すがごとく、アンテナ５から放射した電波が金属チップ４０で反射する。この金属チップ４０による反射波は再びアンテナ５で反射して、意図しない方向に電波を放射されることとなる。この結果、アンテナ利得の低下やサイドローブレベルの上昇など、アンテナ放射特性を劣化させるという問題があった。

また、図４のように、飛しょう時に雷雲６の近傍を通過することで、雷雲６の帯電の影響を受けて先端の金属チップ４０が帯電する。この場合、金属チップ４０に帯電した電荷がアンテナ５あるいはアンテナ５付近に配置されている機器に向けて放電することで、アンテナ５を破壊してしまうという問題があった。

この発明は掛かる課題を解決するためになされたものであり、レドーム先端部に設けた金属チップによる、レドーム内部のアンテナ放射特性の劣化を防止することを目的とする。

また、レドーム先端部に設けた金属チップの帯電によって、レドームとアンテナとの間で放電が生じることを抑制することを目的とする。

この発明によるレドームは、誘電体により成形され、先端部が尖形もしくは非常に曲率の小さい形状を成し、内側にアンテナが収容されるレドーム本体と、上記レドーム本体を貫通して当該レドーム本体の先端部に埋め込まれ、上記レドーム本体の内側に収容されるアンテナと向き合う部分に尖形の突起を有した金属チップと、を備えたものである。

この発明によれば、金属チップのアンテナ側の形状を尖った形状として、アンテナから放射された電波をいろいろな方向に散乱させることで、放射特性の劣化を低減することができる。

また、先端チップと本体機器とのグランドとの間を金属帯で接続することにより、金属チップが帯電することを防止することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明に係る実施の形態１によるレドームの構成を示す図である。図において、実施の形態１のレドームは、レドーム本体３と、金属チップ４を備えて構成される。この実施の形態１では、金属チップ４のアンテナ５側を尖らせた形状としたことを特徴としている。レドーム本体３は、ハニカムコアを構成するハニカム材２と、ハニカム材２の両面にそれぞれ接した誘電体１とを３層に積層し、接着したサンドイッチ構造により構成される。誘電体１はＧＲＦＰを素材とする。レドーム本体３は、先端部が尖った形状もしくは非常に曲率の小さい形状を有する流線形状をなしている。レドーム本体３の先端部には導電性の金属チップ４が埋め込まれている。アンテナ５はレドーム本体３の内側における内部収容空間に配置されている。

図１は３層構造のサンドイッチレドームの一例を示しているが、誘電体１、ハニカム材２、誘電体１、ハニカム材２、誘電体１の順に積層した５層構造とする場合、あるいは、さらに多層化したサンドイッチ板とする場合もある。この際、先端部が尖ったような形状とする場合、その部分をサンドイッチ構造にすることが機械構造的に困難なため、金属チップ４を設けて先端部の機械構造を確実にして機械的強度を向上させ、かつ、熱環境に耐えるような工夫がなされている。この金属チップ４は、音速を超えて飛しょうする場合の機械構造強度や熱強度の観点から設けている。なお、強度や透過する電波特性に応じて、レドーム本体３は、ＧＦＲＰやセラミックス等の誘電体を単層構造として構成しても良い。金属チップ４は、誘電体１を貫通してレドーム本体３の先端部に埋め込まれる。金属チップ４はアンテナ５と向き合う部分に尖形の突起１０を有している。また、金属チップ４のレドーム外側表面に露出する部分は、レドーム本体３の形状に合わせて曲面形状もしくは尖形状をなしている。

実施の形態１によるレドームはこのように構成することで、アンテナ５から放射した電波を、金属チップ４における尖形の突起１０により、アンテナ５の正面方向以外に散乱させることができる。これにより、特定の方向に対するサイドローブレベルの上昇を抑え、アンテナ放射特性の劣化を低減させることができる。

なお、図１では、金属チップ４におけるアンテナ５側の突起１０の形状を、曲面状に尖らせた形状として描いているが、この形状を円錐状としても良い。要するに、突起１０のの形状は、金属チップ４とアンテナ５との幾何学的位置関係に応じて、アンテナ５から放射した電波が適切な方向に散乱するように形状を定めればよい。また、図１は３層サンドイッチレドームの構成例を示しているが、さらに多層のサンドイッチレドームあるいは、単層レドームについて、金属チップ４を適用しても良い。

実施の形態２．
図２はこの発明に係る実施の形態２によるレドームを示す概略構成図であり、図において、金属帯７は、レドーム本体３の外側表面に設けられた導電体である。金属帯７は、その片側を金属チップ４に、もう一端を本体グランド８に接続している。本体グランド８はレドーム本体３が取り付けられる本体機器（レドームの被取り付け機器）に設けられている。

なお、図２では、金属帯７をレドーム３の表面に設けているが、レドーム３の内側でも良く、また、導電性の素材であれば金属でなくても構わない。また、金属帯７は細い帯状として構成し、アンテナ５の電波に極力影響を及ぼさないように設置するのが好ましい。また、金属チップ４は、この発明の実施の形態１で示したように、アンテナ５側を尖らせた形状として描いているが、図３あるいは図４の従来例のように、アンテナ５側を平面状としても良い。

実施の形態２はこのように構成することで、雷雲６のような巨大な帯電体の近辺を通過することによって、金属チップ４に帯電した電荷は、金属帯７を通じて速やかに本体グランド８に移動する。このため、レドーム内部での放電現象を発生させないようにすることができる。特に、実施の形態１のように、金属チップ４のアンテナ５側の内面を尖らせた場合は、放電現象が起こりやすくなるため、金属帯７を設けて放電現象を抑止することは効果的である。

この発明によるレドームの実施の形態１を示す概略構成図である。 この発明によるレドームの実施の形態２を示す概略構成図である。 従来の金属チップを有するレドームを示す概略構成図である。 従来のレドームにおける放電現象を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 誘電体、２ ハニカム材、３ レドーム本体、４ 金属チップ、５ アンテナ、６ 雷雲、７ 金属帯、８ 本体グランド。

Claims (2)

1. 誘電体により成形され、先端部が尖形もしくは非常に曲率の小さい形状を成し、内側にアンテナが収容されるレドーム本体と、
   上記レドーム本体を貫通して当該レドーム本体の先端部に埋め込まれ、上記レドーム本体の内側に収容されるアンテナと向き合う部分に尖形の突起を有した金属チップと、
   を備えたレドーム。
2. 上記レドーム本体は、表面に帯幅の細い金属帯が設けられ、
   当該金属帯は、上記レドーム本体の被取り付け機器に設けられたグランドと、上記金属チップとの間を接続することを特徴とした請求項１記載のレドーム。

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