JP2011223342A - レドーム、アンテナ装置、およびレーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直方向指向性を広くすることができるレドームを実現する。
【解決手段】レドーム１０は、側断面が半円形からなる外壁１１と、該外壁１１の内側に配設された内壁１２とを備える。内壁１２は、第１内壁２１１と第２内壁２１２とからなり、第１内壁２１１は、側面視して外壁１１の円周上の中点Ｐｃから両端Ｐｅに向かう所定距離の位置までの範囲で、外壁１１と一定の間隔ｄｃをおいて配設される。第２内壁２１２は、一方端が第１内壁１１１の端部に接続し、中点Ｐｃと中心Ｐｏとを結ぶ直線に平行な平面を有する平板からなる。これにより、外壁１１の中点Ｐｃ付近の外壁１１と内壁１２との間隔ｄｃよりも、外壁１１の端部Ｐｅ付近の外壁１１と内壁１２との間隔ｄｅが広くなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電波を送受波するアンテナ装置、特にアンテナ装置のアンテナを保護するレドームに関する。

従来、レーダ装置には、放射用電力の供給を受けて所定周波数の電波を放射（送信）するとともに、当該送信波の反射波等の外部からの電波を受波するアンテナが備えられている。そして、このようなアンテナを外部環境から保護するために、当該アンテナを覆うような形状のレドームを用い、これらアンテナとレドームとによりアンテナ装置が構成される。

レドームは、アンテナを保護する構造上、当該アンテナの放射方向にも壁面が存在する。しかしながら、当該レドームの壁面では電波の反射等が生じるので、この影響を抑圧しなければならない。このため、特許文献１、特許文献２に記載のアンテナ装置のレドームに示すように、当該レドームのアンテナの放射側の壁を二重構造にし、それぞれの壁面での反射を打ち消しあい、放射特性を向上させている。

特開平９−４６１１９号公報 特開平１０−２００３２８号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に示すレドームの構造では、垂直方向における電波が所定レベル以上となる角度範囲（垂直方向指向性）を広くできない。このため、当該アンテナ装置を設置した船が揺動した場合に、目的とする方向へ有効なレベルの電波を送波できなくなってしまうことがある。

この発明の目的は、垂直方向指向性を広くすることができるレドームおよび当該レドームを備えるアンテナ装置を実現することにある。

この発明は、アンテナの放射面側に設置されるレドームに関する。このレドームは、アンテナを内包するように側断面が略半円形に形成された外壁と、該外壁の内側で該外壁とアンテナとの間に配設され外壁に略沿う形状で形成された内壁と、を備える。略半円形の円周上の両端付近の外壁と内壁との間隔は、略半円形の円周上の略中点の外壁と内壁との間隔よりも広い。

この構成では、レドームの円周上の略中点の位置すなわち、凸状のレドームの頂点付近の外壁と内壁との間隔よりも、端部の間隔が広いことで、端部付近ではアンテナから放射された電波が反射しやすく、放射電力がレドームとアンテナとの間の中央領域に集中するとともに、実質的に開口面積が制限された場合と同等の作用が生じる。これにより、外壁と内壁との間隔が全体で一定にした場合や端部に向かうほど間隔が狭くなるようなレドームの形状と比較して、放射強度を殆ど弱めることなく、より広い角度への放射が可能になる。

また、この発明のレドームでは、外壁と内壁との間隔は、二つの壁における中点から両端部へ向かう所定位置までは一定であり、当該所定範囲よりも端部に近づくにしたがって、順次広くなる。

この構成では、上述の外壁と内壁との間隔を決定する具体的な構成を示している。

また、この発明のレドームでは、内壁は、所定位置まで形成されている外壁との間隔が一定な第１内壁と、所定位置を一端として略中点から略半円形の中心に向かう方向に平行な断面を有する第２内壁とを備える。

また、この発明のレドームでは、内壁は、所定位置まで形成されている外壁との間隔が一定な第１内壁と、所定位置を一端として、該所定位置から端部に向かい徐々に外壁との間隔が広くなる形状の第２内壁と、を備える。

これらの構成では、上述の外壁と内壁との間隔を決定する具体的な内壁の構造を示している。

また、この発明のレドームでは、外壁と内壁との間隔は、略中点から両端部に向かって徐々に広くなっている。

この構成でも、上述の外壁と内壁との間隔を決定する具体的な構成を示している。

また、この発明はアンテナ装置に関するものであり、当該アンテナ装置は、上述のいずれかの構成からなるレドームを正面側レドームとして備えるとともに、正面側レドームに放射面が向くように配置されたアンテナと、該アンテナの背面に設置された給電路と、備える。

この構成では、上述のレドームを備えたアンテナ装置の構成について示している。このような構成とすることで、従来構成よりも広角な指向性からなるアンテナ装置を実現できる。

また、この発明はレーダ装置に関するものであり、該レーダ装置は、上述のアンテナ装置と、アンテナ装置に給電する放射電波を発生するマグネトロン等の電波発生装置とを備える。その上で、アンテナ装置は、アンテナの放射方向が水平方向に沿い、且つアンテナの長尺方向が水平面上で回転するように設置されている。

この構成では、上述のレドームおよびアンテナを含むアンテナ装置を備えたレーダ装置の構成を示している。このようなアンテナを回転させながら電波を放射する構成の装置に、上述のレドームやアンテナ装置の構成を適用することで、本願の特徴的構成が、より有効に作用する。

この発明によれば、従来構成よりも広角な指向性が得られ、当該レドームを含むアンテナ装置が搭載された船舶の移動体に、揺動があっても、より確実に目標の領域に対する電波の送受信を行うことができる。

第１の実施形態に係るレドーム１０の構成を示す側面断面図および部分正面図である。 レドーム１０とアンテナ２０との設置位置関係を示す側面断面図である。 本願の実施形態の構成と従来構成との垂直指向性のを示す図である。 端部Ｐｅ付近での間隔ｄｅを異ならせた場合の垂直指向性を示す図である。 第２の実施形態に係るレドーム１０Ａの構成を示す側面断面図である。 第３の実施形態に係るレドーム１０Ｂの構成を示す側面断面図である。

本発明の第１の実施形態に係るレドームについて図を参照して説明する。なお、以下では、当該レドームを含むアンテナ装置による電波を放射する場合を例に説明するが、外部からの電波を受波する場合も同様の作用効果が得られる。図１（Ａ）は本実施形態のレドーム１０の構成を示す側面断面図であり、図１（Ｂ）はレドーム１０の部分正面図である。

レドーム１０は、正面視した形状が長尺形（長方形）であり、側面断面が図１（Ａ）に示すように、半円形からなる。レドーム１０は、外壁１１と内壁１２とを備える。外壁１１と内壁１２とは、同一の誘電体材料により形成されている。

外壁１１は、レドーム１０の外壁面を構成するものであり、所定の厚みで側断面が半径Ｒからなる半円形状に形成されている。

内壁１２は、外壁１１と同様の所定厚みからなる、第１内壁２１１と第２内壁２１２とからなる。なお、ここでは、第１内壁２１１と第２内壁とを個別に説明するが、これらは一体形成してもよく、別体形成した後に接合してもよい。

第１内壁２１１は、側面視して（図１（Ａ）参照）、外壁１１の円周上の中点Ｐｃから両端Ｐｅに向かう所定距離の位置までの範囲で、外壁１１と一定の間隔ｄｃをおいて配設されている。すなわち、第１内壁２１１は、側断面形状が外壁１１よりも短い半径の円弧状に形成されている。

なお、この間隔ｄｃは、外壁１１と内壁１２との間に配設された誘電体１３における放射電波の波長λｇの約１／４に設定されている。これにより、当該範囲では、外壁１１および内壁１２のそれぞれによる反射電波が打ち消しあい、低損失な放射が可能になる。

第２内壁２１２は、上述の円周上の所定位置に対応する第１内壁２１１の端部を一方端として、外壁１１の中点Ｐｃと当該外壁１１の中心Ｐｏとを結ぶ方向に沿って、前記中点Ｐｃから中心Ｐｏに向かって所定距離で延びる平板状からなる。

このような構造とすることで、円周上の所定位置と端部Ｐｅとの間の範囲では、所定位置から端部Ｐｅに向かって、外壁１１と内壁１２（第２内壁２１２）との間の間隔が徐々に広くなる。そして、端部Ｐｅ付近では、外壁１１との内壁１２との間隔ｄｅは、中点付近での間隔ｄｃよりも広くなる。

なお、内壁１２の端部、すなわち第２内壁２１２における第１内壁２１１との接合端と反対側の端部は、接合用壁２２２により外壁１１に接合している。これにより、内壁２１１が外壁１１に対して固定される。より具体的に、接合壁２２２は、第２内壁２１２や、外壁１１の中点Ｐｃと中心Ｐｏとを結ぶ方向に対して直交する形状の平板からなる。

外壁１１と内壁１２との間には、所定誘電率を有する誘電体１３が配設されている。このような誘電体１３を配設することで、外壁１１と内壁１２との間隔をより安定して確実に保持することができる。

このような形状のレドームに対して、図２に示すように、アンテナ２０が配設される。図２は、レドーム１０とアンテナ２０との設置位置関係を示す側面断面図である。

アンテナ２０は、平面視した状態で複数の開口スロット２０１が二次元配列された矩形導波管からなる。アンテナ２０は、矩形導波管のスロット開口面がレドーム１０の接合用壁２２２に当接するように配設されている。これにより、アンテナ２０とレドーム１０との位置関係が固定される。アンテナ２０のレドーム１０と反対側には、給電導波管３０が配設されている。給電導波管３０とアンテナ２０の矩形導波管とは給電用スロット３０１により電磁界的に結合しており、給電導波管３０からの電波が矩形導波管内へ伝搬される。なお、これらアンテナ２０および給電導波管３０は、レドーム１０を正面側レドームとし、図示を省略した背面側レドームとからなる略円筒形状のレドームに内に配設されている。これにより、アンテナ２０および給電導波管３０は、外部環境から保護される。

このようなレドーム１０でアンテナ２０および給電導波管３０を保護したアンテナ装置は、上述のレドーム１０の中心ＰｏからＰｃに向かう方向が水平方向となるように、船舶上に設置される。この際、アンテナ装置は、レドーム１０やアンテナ２０の長尺方向の中心を回転中心として、水平面上を所定周期で回転するように設置される。

以上のような構成においてアンテナ装置として電波を放射する場合、アンテナ２０からは、上述の開口スロット２０１の形状および配列パターンにより、上述のレドーム１０の中心ＰｏからＰｃに向かう方向を放射方向として電波が放射される。

レドーム１０は、上述のように、円周上の中点Ｐｃから端部Ｐｅに向かう所定範囲で、外壁１１と内壁１２との間隔が放射電波の略λｇ／４であるので、当該範囲では低損失な電波放射が行われる（作用Ａ）。一方、円周上の所定位置から端部Ｐｅまでの範囲では、外壁１１との内壁１２（第２内壁２１２）の間隔が略λｇ／４よりも広くなることで、端部付近では誘電体がレドームの中央側に寄って配置されることになる。ここで、誘電体にはエッジ効果すなわち電界を集中する効果がある。したがって、このようなレドームの中央側に誘電体が寄る形状となることで、レドームの中央の空間領域に電界が集中する（作用Ｂ）。

このような二つの作用（作用Ａ，作用Ｂ）により、放射電力を殆ど低下させることなく、実質的に開口面積を狭くして放射指向性を広くすることができる。なお、ここで言う放射指向性とは、レドーム１０、アンテナ２０の高さ方向に沿った指向性（垂直指向性）を示している。

図３は、本実施形態の構成と従来構成との垂直指向性のを示す図である。図３におけるＲｏｌｌ角が垂直角に相当し、Ｒｏｌｌ角＝０°とは、レドーム１０の中心Ｐｏと中点Ｐｃとを結ぶ方向を示す。また、図３の従来構造１とは、特許文献１に記載のように、外壁と内壁との間隔が全体で一定のものを示し、図３に示す従来構造２とは、特許文献２に記載のように、外壁の中点から端部に向かって外壁と内壁と間隔が徐々に狭くなるものを示している。

図３に示すように、本実施形態の構成を用いることで、垂直指向性が広くなる。より具体的には、−３ｄＢを確保できる角度範囲が、従来構造１，２では約２０°（約−１０°から約＋１０°）であるのに対して、本実施形態の構成では、約２４°〜２６°（約−１２°もしくは−１３°から約＋１２°もしくは＋１３°）まで、広がる。

これにより、当該構造のレドーム１０を備えるアンテナ装置が搭載された船舶等の移動体が揺動しても、従来よりも確実に目的領域へ電波を放射することができる。これにより、レーダ装置であれば、より確実な物標探知が可能になる。

ところで、上述の説明では、端部Ｐｅ付近での外壁１１と内壁１２との間隔ｄｅの具体的値について、詳細に説明していないが、本実施形態では略λｇ／２に設定している。図４は、端部Ｐｅ付近での間隔ｄｅを異ならせた場合の垂直指向性を示す図である。図４に示すように、間隔ｄｅをλｇ／４とした場合すなわち特許文献１のような間隔が一定の構成とした場合よりも、間隔ｄｅを３λｇ／８とした場合の方が垂直指向性が広くなる。さらに、間隔ｄｅを３λｇ／８とした場合よりも、間隔ｄｅをλｇ／２とした場合の方が垂直指向性が広くなる。すなわち、間隔ｄｅをλｇ／４からλｇ／２に広げるにしたがって、垂直指向性を広くすることができる。なお、間隔ｄｅをλｇ／２よりも広げることで、垂直指向性をさらに広げることも可能であるが、間隔ｄｅの広がる量に対する垂直指向性の広がる効果は低下する。

そして、本実施形態では、間隔ｄｅを略λｇ／２に設定することで、仕様に適した垂直指向性が実現できたので、間隔ｄｅを略λｇ／２としている。すなわち、間隔ｄｅは要求される仕様の垂直指向性に準じて適宜λｇ／４よりも長く設定すればよい。

次に、第２の実施形態に係るレドームについて図を参照して説明する。図５は本実施形態に係るレドーム１０Ａの構成を示す側面断面図である。本実施形態のレドーム１０Ａは、内壁１２Ａの構造が第１の実施形態のレドーム１０と異なる。

内壁１２Ａは、外壁１１内に配置され、外壁１１の円周上の中点Ｐｃから端部に向かって、徐々に内壁１２Ａと外壁１１との間隔が広くなる形状で形成されている。この際、外壁１１の中点Ｐｃに対応する位置では、外壁１１と内壁１２Ａとの間隔は上述のように略λｇ／４である。

また、具体的に、内壁１２Ａは、例えば、側断面形状が楕円形、すなわち、外壁１１の中点Ｐｃに対向する近接位置で最も長い半径となり、端部に向かって半径が徐々に短くなるように、形成される。このような構成であっても、上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、第３の実施形態に係るレドームについて図を参照して説明する。図６は本実施形態に係るレドーム１０Ｂの構成を示す側面断面図である。本実施形態のレドーム１０Ｂは、内壁１２Ｂの構造が第１の実施形態のレドーム１０と異なる。

内壁１２Ｂは、第１の実施形態と同じ形状で外壁１１からλｇ／４だけ離間した第１内壁２１１と、当該第１内壁２１１に接続する第３内壁２１３とを備える。第３内壁２１３は、第１の実施形態の第２内壁２１２とは異なり、第１内壁２１１の一方端から、円弧状に延びる形状からなる。この際、所定位置から端部に向かって徐々に外壁１１と第３内壁２１３との間隔が広がるような円弧状からなる。このような構成であっても、上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、上述の各実施形態は、本願発明を実現する一例群であり、これらに基づいて、外壁１１の中心Ｐｃよりも端部Ｐｅ付近の外壁１１と内壁１２との間隔が広くなるような構成を用いてもよい。例えば、中心Ｐｃから所定位置までと、所定位置から端部までをそれぞれ曲率半径の異なる個別の楕円で形成してもよい。

また、上述の各実施形態では、側断面が半円形となる外壁１１を用いた場合を示したが、略半円形等の半円形が歪んだ形状であっても、外壁と内壁との間隔が上述のような関係に設定できれば、他の構造であってもよい。

また、上述の説明では、船舶用のレーダに用いるアンテナ装置として説明したが、他の揺動する移動体にも利用することができる。

１−アンテナ装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ−レドーム、１１−外壁、１２，１２Ａ，１２Ｂ−内壁、２１１−第１内壁、２１２−第２内壁、２１３−第３内壁、２２２−接合用壁

Claims (7)

1. アンテナの放射面側に設置されるレドームであって、
   前記アンテナを内包するように側断面が略半円形に形成された外壁と、
   該外壁の内側で該外壁と前記アンテナとの間に配設され、前記外壁に略沿う形状で形成された内壁と、を備え、
   前記略半円形の円周上の両端付近の前記外壁と前記内壁との間隔が、前記略半円形の円周上の略中点の前記外壁と前記内壁との間隔よりも広い、レドーム。
2. 請求項１に記載のレドームであって、
   前記外壁と前記内壁との間隔は、二つの壁における前記中点から両端部へ向かう所定位置までは一定であり、当該所定範囲よりも前記端部に近づくにしたがって、順次広くなる、レドーム。
3. 請求項２に記載のレドームであって、
   前記内壁は、
   前記所定位置まで形成されている前記外壁との間隔が一定な第１内壁と、
   前記所定位置を一端として、前記略中点から前記略半円形の中心に向かう方向に平行な断面を有する第２内壁と、を備えるレドーム。
4. 請求項２に記載のレドームであって、
   前記内壁は、
   前記所定位置まで形成されている前記外壁との間隔が一定な第１内壁と、
   前記所定位置を一端として、該所定位置から端部に向かい徐々に前記外壁との間隔が広くなる形状の第２内壁と、を備えるレドーム。
5. 請求項１に記載のレドームであって、
   前記外壁と前記内壁との間隔は、前記略中点から前記両端部に向かって徐々に広くなる、レドーム。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のレドームを正面側レドームとして備えるとともに、
   該正面側レドームに放射面が向くように配置されたアンテナと、
   該アンテナの背面に設置された給電路と、備えるアンテナ装置。
7. 請求項６に記載のアンテナ装置と、
   前記アンテナ装置に給電する放射電波を発生する電波発生装置とを備え、
   前記アンテナ装置は、
   前記アンテナの放射方向が水平方向に沿い、且つ前記アンテナの長尺方向が水平面上で回転するように設置されている、レーダ装置。

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