JP2011041130A - レドーム及び飛しょう体 - Google Patents

Abstract

【課題】 レドームの先端に耐衝撃性を有する金属チップを埋め込んだ場合、この金属チップにおける反射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ていた。例えば、アンテナ利得の低下やサイドローブレベルが上昇するという課題があった。
【解決手段】 飛しょう体に設けられるレドームであって、誘電体、またはハニカム材を誘電体で挟んだハニカムサンドイッチ構造からなるレドーム本体と、前記レドーム本体の先端部に前記レドーム本体を貫通して取り付けられる金属片と、前記レドーム本体の内側に露出された前記金属片に取り付けられた電波吸収部とを備える。
【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頭部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１参照）。

Analysis of Radome-Enclosed Antennas, D. J. Kozakoff, Artech-House, 1997, p.122

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。
誘電体の一例として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つの課題があった。
（１）誘電体の成形が困難である。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）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。

従来このような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、（１）成形性の向上や、（２）耐環境性の向上を図る工夫が為されている。一例として、非特許文献１には先端部を金属としたレドームの記載がある。

しかしながら先端部のみを金属とするため、レドーム先端に金属チップを埋め込むと、この金属チップにおける反射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ていた。例えば、アンテナ利得の低下やサイドローブレベルの上昇などが生じていた。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、レドーム先端部を金属とすることにより生じるアンテナ放射特性の劣化を低減可能なレドームを提供することを目的とする。

この発明によるレドームは飛しょう体に設けられるレドームであって、誘電体、またはハニカム材を誘電体で挟んだハニカムサンドイッチ構造からなるレドーム本体と、前記レドーム本体の先端部に前記レドーム本体を貫通して取り付けられる金属片と、前記レドーム本体の内側に露出された前記金属片に取り付けられた電波吸収部とを備えた。

この発明のレドームによれば、レドームを搭載する飛しょう体が高速で移動する場合であっても、レドーム内部に搭載するアンテナの放射特性の劣化を抑えることができる。

実施の形態１に係るレドームの実施の形態を示す概略構成図である。 実施の形態１に係る電波吸収体６の装荷有無による、アンテナの利得変動の周波数特性の一例を示す図である。 従来の金属チップを有するレドームを示す構成図（概略）である。

実施の形態１．
まず、レドーム先端に金属チップを配置した場合の課題について図を用いて説明する。
図３は、レドームの構成の一例を示す図である。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。先端が尖った形状を有するレドーム本体３の先端部（頂部ともいう）には、レドームの成形性の向上、耐環境性の向上を図る目的として、レドーム本体３を貫通するように金属チップ４を設置している。
アンテナ５はレドーム本体３の内部に配置されており、気象観測や目標の捜索等を行う。

図３のようにレドーム本体３の先端部に金属チップ４を配置する場合、レドーム内部に設けられたアンテナ５により送受信する電波を、金属チップ４が遮断する状況が生じる。例えば図２中の矢印１０で示すように、アンテナ５から放射された電波は前方の金属チップ４で反射される。この金属チップ４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が放射されることになる。
この結果、レドーム先端に金属チップを配置した場合には、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課題が生じていた。

以下、本実施の形態のレドームについて図面を参照して説明する。

図１は、実施の形態１に係るレドーム１０の構成を示す図である。
レドーム１０は、レドーム本体３と、レドーム本体３の先端部に設けられた導電性の金属チップ４を備える。
実施の形態１では、更に、金属チップ４のレドーム内部の面に、電波吸収体６を設ける。

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の両面に接着した誘電体１の３層からなり、各層を接着したサンドイッチ構造により構成される。 誘電体１は例えば、ＧＲＦＰやセラミック材を素材とする。
レドーム本体３は、レドームの空力性能を重視する観点から、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。

なお、図１ではレドーム３の構成の一例として３層構造のサンドイッチレドームの例を示しているが、３層構造に限られるものではなく、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層構造であってもよく、あるいは更に多層化したサンドイッチ板とすることもできる。

レドームの空力性能を重視して先端部を尖らせる場合、先に記載したように、誘電体の成形が困難となる。特にレドーム本体３をサンドイッチ構造とした場合は、誘電体の成形が非常に困難となる。
そこで、先端部に金属チップ４を設けることで、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、熱環境に耐える構造としている。

また、この金属チップ４の効果として、音速を超えて飛しょうする場合の耐機械構造強度性、耐熱強度性の向上も挙げることができる。

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。
そして金属チップ４は、レドーム本体３の内側に露出されアンテナ５と対向する箇所に、電波吸収体６を取り付けている。
電波吸収体６の主な材料としては、例えばフェライトの焼結体やフェライトやカーボンを樹脂に分散させたものなどが挙げられる。特に、反射率を低く抑えることが必要な場合には、反射を低減するために構造をピラミッド型等としてもよい。

金属チップ４に取り付ける電波吸収体６は、金属チップ４の表面を覆う程度の大きさであり、また耐熱性に優れた物を選定する。
このように実施の形態１の電波吸収体６は、金属チップ４の表面と同程度の大きさでよく、例えば、レドーム内部の広い面積に電波吸収体を貼る必要はない。

図２は、実施の形態１による電波吸収体６の装荷有無によるアンテナの利得変動の周波数特性の一例である。
図２の実線は、電波吸収体６を装荷しない場合を基準に、波吸収体６を装荷した場合のアンテン５の利得の周波数特性の変動を示したものである。
このように、レドーム内部に露出した金属チップ４の表面であって、アンテナの電波放射面に対向する面に電波吸収体６を装荷することにより、利得が改善されることがわかる。

このように本実施の形態のレドームによれば、アンテナ５から放射した電波を、金属チップ４における電波吸収体６により吸収し、アンテナ５の正面方向への反射波を低減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および電波吸収体６を設けるようにしても良い。

また、電波吸収体として電波吸収塗料や電波吸収シートを使用しても良い。
例えば、特開2000-101287号公報等には電波吸収に関する周波数特性を可変にした可変電磁シールド機構に関する技術が開示されており、これに記載の可変電磁シールド機構を金属チップ４のアンテナ対向面に装荷するようにしてもよい。

また、電波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。
また、ハニカム材２の代わりに、発泡材を使用しても良い。

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 電波吸収体。

Claims (3)

1. 飛しょう体に設けられるレドームであって、
   誘電体、またはハニカム材を誘電体で挟んだハニカムサンドイッチ構造からなるレドーム本体と、
   前記レドーム本体の先端部に前記レドーム本体を貫通して取り付けられる金属片と、
   前記レドーム本体の内側に露出された前記金属片に取り付けられた電波吸収部と、
   を備えたことを特徴とするレドーム。
2. 前記電波吸収部は電波吸収体、又は電波吸収塗料、又は電波吸収シートであることを特徴とする請求項１記載のレドーム。
3. 先頭部に設けられ、誘電体から構成されて先端が尖った形状を有するレドーム本体と、
   前記レドーム本体の先端部に、前記レドーム本体を貫通して取り付けられる金属片と、
   前記レドーム本体の内側に搭載されたアンテナと、
   前記レドーム本体の内側に露出された前記金属片の、前記アンテナの電波放射面に対向する箇所に取り付けられた電波吸収部と、
   を備えたことを特徴とする飛しょう体。

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