JP2011228852A - レドーム - Google Patents

Abstract

【課題】広い周波数帯域かつ広い範囲の入射角にわたって高い透過特性を実現することができるレドームを得る。
【解決手段】アンテナ４を収納するレドーム１０であって、表皮材３ａと、表皮材３ａの一方の側に設けられたコア材２ａと、コア材２ａの表皮材３ａと反対側に設けられ、表皮材３ａ、３ｂおよびコア材２ａ、２ｂよりも高い比誘電率を有する高比誘電率層１と、高比誘電率層１のコア材２ａと反対側に設けられたコア材２ｂと、コア材２ｂの高比誘電率層１と反対側に設けられた表皮材３ｂと、アンテナ４から放射される電磁波の進行方向に対して、アンテナ４の使用周波数帯域における上限周波数λｈについて、互いの間隔がλｈ／２となるように、高比誘電率層１の表面および裏面に交互に形成された突起５とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、レーダ用アンテナや通信用アンテナを収納するレドームに関し、特に、空力学的形状を有し、例えば航空機や飛翔体等に搭載されるレドームに関する。

例えば航空機や飛翔体等（以下、「航空機等」と称する）に搭載されたレーダ用アンテナや通信用アンテナを収納するレドームは、空気抵抗を低減するために空力学的形状を有しており、先端が細く形成されている。そのため、機軸方向（電磁波の進行方向）について、アンテナから放射された電磁波のレドームへの入射角が大きくなる。一般に、レドームの透過特性は、入射角が小さい場合について最適化されているので、電磁波のレドームへの入射角が大きくなると、損失が増大することが知られている。

そこで、上記の問題を解決するために、図２に示されるようなレドームが提案されている。図２において、レドーム５０は、高比誘電率層５１を挟んで両側にコア材５２ａ、５２ｂが積層され、高比誘電率層５１およびコア材５２ａ、５２ｂをさらに挟んで両側に表皮材５３ａ、５３ｂが積層された構成を有し、アンテナ５４を収納している（例えば、特許文献１参照）。

ここで、高比誘電率層５１の厚さは、レドーム５０の使用が想定された特定の使用周波数帯域の中心周波数において、電磁波が小さな入射角で入射した場合に、表皮材５３ａ、５３ｂでの反射を打ち消すような値に設定されている。

これによれば、レドーム５０を、表皮材５３ａ、コア材５２ａ、高比誘電率層５１、コア材５２ｂおよび表皮材５３ｂが順に積層された構成とし、高比誘電率層５１の厚さを、表皮材５３ａ、５３ｂでの反射を打ち消すような値に設定したので、広い範囲の入射角にわたって電磁波の損失を低減することができる。

特開２００５−５７９７号公報

近年、航空機等は、多くのアンテナを搭載する必要に迫られており、航空機等の開発において、これらのアンテナをどのように配置するかが問題となっていた。そこで、複数のアンテナの機能を１つの広帯域のフェーズドアレーアンテナに統合し、このフェーズドアレーアンテナを航空機等の機首に搭載することにより、アンテナの配置の問題を解決するとともに、搭載機器を軽量化することが提案されている。

ここで、このような広帯域のフェーズドアレーアンテナを収納するレドームに対しては、広い周波数帯域にわたって高い透過特性を有することが求められる。
しかしながら、特許文献１に記載されたレドームを、この広帯域フェーズドアレーアンテナに適用すると、上述した特定の使用周波数帯域と、それ以外の周波数帯域とでは、レドームの透過特性が互いに異なることとなる。

具体的には、レドームの特定の使用周波数帯域においては、電磁波が大きな入射角で入射した場合でも、レドームが高い透過特性を実現することができ、損失を低減することができる。これに対して、例えば広帯域フェーズドアレーアンテナの使用周波数帯域における上限周波数の電磁波が、大きな入射角でレドームに入射した場合には、高比誘電率層の見かけの厚さが厚くなるので、高比誘電率層での反射と表皮材での反射との位相関係が崩れ、レドームの透過特性が悪化する。

すなわち、特許文献１に記載されたレドームは、特定の使用周波数帯域においては、広い範囲の入射角にわたって高い透過特性を実現することができるものの、使用周波数帯域が狭いので、広い周波数帯域にわたって高い透過特性を実現することができない。そのため、特許文献１に記載されたレドームを、広帯域フェーズドアレーアンテナに適用した場合には、レーダ等の運用で最も重要となる機軸方向において、高い透過特性を実現することができないという問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、広い周波数帯域かつ広い範囲の入射角にわたって高い透過特性を実現することができるレドームを得ることを目的とする。

この発明に係るレドームは、アンテナを収納するレドームであって、第１表皮材と、第１表皮材の一方の側に設けられた第１コア材と、第１コア材の第１表皮材と反対側に設けられ、表皮材およびコア材よりも高い比誘電率を有する高比誘電率層と、高比誘電率層の第１コア材と反対側に設けられた第２コア材と、第２コア材の高比誘電率層と反対側に設けられた第２表皮材と、アンテナから放射される電磁波の進行方向に対して、アンテナの使用周波数帯域における上限周波数λｈについて、互いの間隔がλｈ／２となるように、高比誘電率層の表面および裏面に交互に形成された突起とを備えたものである。

この発明に係るレドームによれば、機軸方向に対して、アンテナの使用周波数帯域における上限周波数λｈについて、互いの間隔がλｈ／２となるように、高比誘電率層の表面および裏面に交互に突起が形成されている。
これにより、アンテナの使用周波数帯域における上限周波数の電磁波が、大きな入射角で入射した場合であっても、高比誘電率層での反射が打ち消される。
そのため、広い周波数帯域かつ広い範囲の入射角にわたって高い透過特性を実現することができる。

この発明の実施の形態１に係るレドームを示す構成図である。 従来のレドームを示す構成図である。

以下、この発明のレドームの好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
なお、以下の実施の形態では、このレドームが航空機に搭載されている場合について説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るレドーム１０を示す構成図である。
図１において、高比誘電率層１の両側には、高比誘電率層１を挟んでコア材２ａ、２ｂ（第１コア材、第２コア材）が積層されている。コア材２ａ、２ｂの両側には、高比誘電率層１およびコア材２ａ、２ｂを挟んで表皮材３ａ、３ｂ（第１表皮材、第２表皮材）が積層されている。また、高比誘電率層１は、コア材２ａ、２ｂおよび表皮材３ａ、３ｂよりも高い比誘電率を有している。

また、レドーム１０は、空気抵抗を低減するために、先端が細く形成された空力学的形状を有しており、上述した広帯域フェーズドアレーアンテナ４（以下、「アンテナ４」と略称する）を収納している。なお、レドーム１０の材料は、上記特許文献１に記載されたレドームと同一の材料を用いることができる。

ここで、高比誘電率層１の表面および裏面には、アンテナ４から放射される電磁波の進行方向である機軸方向に対して、アンテナ４の使用周波数帯域における上限周波数λｈについて、互いの間隔がλｈ／２となるように、交互に突起５が複数形成されている。また、突起５は、高比誘電率層１と同一の材料で、レドーム１０に対するアンテナ４からの電磁波の入射角が、任意に設定される所定の角度よりも大きくなる部分にのみ、すなわちレドーム１０の先端部分にのみ形成されている。

アンテナ４から機軸方向に放射された、アンテナ４の使用周波数帯域における上限周波数の電磁波は、レドーム１０への入射角が大きくなるので、高比誘電率層１の表面および裏面の界面で反射する。上記特許文献１に記載されたレドームでは、これらの反射した電磁波を互いに打ち消すことができない。

これに対して、この発明の実施の形態１に係るレドーム１０によれば、複数の突起５が高比誘電率層１の表面および裏面に交互に形成されているので、レドーム１０に入射した、アンテナ４の使用周波数帯域における上限周波数の電磁波は、突起５の表面で反射する。このとき、それぞれの突起５の間隔が、アンテナ４の使用周波数帯域における上限周波数λｈについてλｈ／２となっているので、突起５の表面で反射したアンテナ方向への電磁波は、互いに打ち消される。

これにより、アンテナ４の使用周波数帯域における上限周波数の電磁波が、大きな入射角で入射した場合であっても、高比誘電率層１での反射が打ち消される。
さらに、突起５の大きさおよび厚さについて、表皮材３ａ、３ｂでの反射を打ち消すような値を設定することにより、レドーム１０全体での反射を低減させて、高い透過特性を実現することができる。

また、使用周波数帯域における中心周波数または下限周波数の電磁波については、突起５どうしの間隔が、突起５の表面で反射した電磁波を打ち消す間隔とはなっていないものの、突起５を含めた高比誘電率層１からの反射自体が小さいので、影響は生じない。
さらに、アンテナ４から機軸方向以外に電磁波を放射する場合には、レドーム１０への入射角が小さくなるとともに、レドーム１０の先端部分の影響が小さくなる。したがって、突起５は、レドーム１０の先端部分にのみ形成されればよい。

以上のように、実施の形態１によれば、機軸方向に対して、アンテナの使用周波数帯域における上限周波数λｈについて、互いの間隔がλｈ／２となるように、高比誘電率層の表面および裏面に交互に突起が形成されている。
これにより、アンテナの使用周波数帯域における上限周波数の電磁波が、大きな入射角で入射した場合であっても、高比誘電率層での反射が打ち消される。
そのため、広い周波数帯域かつ広い範囲の入射角にわたって高い透過特性を実現することができる。

また、突起を、レドームに対する電磁波の入射角が所定の角度以上となる部分にのみ形成することにより、レドームを安価かつ簡素な構成とすることができる。

１ 高比誘電率層、２ａ、２ｂ コア材（第１コア材、第２コア材）、３ａ、３ｂ 表皮材（第１表皮材、第２表皮材）、４ アンテナ、５ 突起、１０ レドーム。

Claims (2)

1. アンテナを収納するレドームであって、
   第１表皮材と、
   前記第１表皮材の一方の側に設けられた第１コア材と、
   前記第１コア材の前記第１表皮材と反対側に設けられ、表皮材およびコア材よりも高い比誘電率を有する高比誘電率層と、
   前記高比誘電率層の前記第１コア材と反対側に設けられた第２コア材と、
   前記第２コア材の前記高比誘電率層と反対側に設けられた第２表皮材と、
   前記アンテナから放射される電磁波の進行方向に対して、前記アンテナの使用周波数帯域における上限周波数λｈについて、互いの間隔がλｈ／２となるように、前記高比誘電率層の表面および裏面に交互に形成された突起と、
   を備えたことを特徴とするレドーム。
2. 前記レドームは、空力学的形状を有し、
   前記突起は、前記レドームに対する前記電磁波の入射角が所定の角度以上となる部分にのみ形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のレドーム。

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