JP2012511856A - 広帯域パラボラアンテナのレーダド−ム - Google Patents

Abstract

レドームの変更なしに広帯域周波数領域にわたって動作するパラボラアンテナを可能にする剛体レドームを提供する。円形の剛体レドーム（１６）は、レドームの直径に沿いそれが取り付けられるパラボラ反射器（１２）の内部に向かって曲げられて、２つの半円ディスク（１６ａ，１６ｂ）を形成している。この形状は反射波がシュラウド（１４）により吸収されるようにし、反射波は乱れを生じさせない。

Description

本発明は広帯域周波数（５〜２５ＧＨｚ）にわたって使用可能なパラボラアンテナのレドーム（レーダドーム）に関する。又レドームを装備したアンテナにも係る。

パラボラアンテナは、無線通信アンテナとして広く用いられている。そのようなアンテナは、アンテナ軸の周りの対称な回転放物曲線の形状を有する凹状反射器からなる。パラボラの周辺にはシュラウド（幕）として知られる円筒壁が通常設けられている。シュラウドは特にアンテナ横放射を制限しその性能を高める。シュラウドの存在はアンテナの風の当たる面を増しそして汚染物質が蓄積する危険を高める。この理由で、シュラウドは、シュラウドと反射器により規定される空間を塞ぐ不透過な保護面を呈するレドームと関連している。このレドームは柔軟体であっても固い剛体でもよい。

布のような柔軟材料からつくられているレドームは、少ないコストでありそしてアンテナ上に設置される前は低い形状的条件を有する。それは又、異なる無線通信の応用をカバーしている帯域にわたってアンテナにより送信される波に関し十分に透明であるという利点を有する。しかし、レドーム表面は波を反射することにより、アンテナ動作を乱しその性能を低化させる。この乱れを制限するために、複数の反射波が互いに累積させないよう反射波間の位相シフトを導入するためアンテナ軸に関しレドーム面を傾けることが知られている。但し、そのような柔軟なレドームはアンテナのシュラウド上に固定するため壊れやすい複雑なシステムの欠点を呈する。そのシステムは、バネの様な引き伸ばしそのまま維持するための自己伸長素子を要求するからである。

固い剛体レドームは、雨、風又は雪のような外環境に対し良好な耐性の利点を呈する。剛体レドームはアンテナ軸に比し対称な表面を有する。最も通常に用いられているレドームは、米国特許Ｎｏ，７，０４２，４０７に記載のような円錐である。レドームはポリマー（ポリカーボン、ＡＳＡ、ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＶＣ，−−−−−）、ガラス繊維等のような誘電体材料で作られる。円錐レドームは注入モールド又は熱可塑処理成型であり得る。材料がそれを許さない又は直径が余り大きいとき、レドームは平坦でのみあり得る。しかし、このレドーム形状はそれが原因となる反射によって柔軟レドームと同じ欠点即ち不十分な性能を呈する。アンテナ軸に関しレドーム面を傾けることからなる柔軟レドームに適用されたものと類似な解決手法では、満足するものではない。特に、アンテナ形状的条件を増す問題点を残している。

例えばＥＰ−１７９６、２０９から知られるものは、アンテナ軸に関し円対称を呈する剛体レドームを有する。それは、アンテナ軸に比しレドーム配向を考慮することなしにシュラウド上にそれを置くことを可能としている。
それにもかかわらず、剛体レドームに用いられる材料の厚さは問題になる。その理由は厚さはアンテナにより用いられる周波数帯に基いて決定されるからである。例えば、４０ＧＨＺのオーダ上の波長で送信するアンテナに装備される剛体レドームの厚さは、２０ＧＨＺのオーダ上の波長で送信するアンテナに装備される同じ性質の剛体レドームの厚さの実質半分である。５〜２５ＧＨＺの広い周波数帯域にわたるアンテナを用いるために、異なる厚さの５つのレドームを使用することが必要となることを理解されたい。これらのレドームは周波数領域を変える度に取り外して置き換えられなければならない。

更に、レドームは次の品質を呈することが必要である；
−最大可能帯域にわたって無線波に対し大きい透過性、
−２５０Ｋｍ／ｈの風に対応する３００Ｋｇ／ｍ^２より大きい負荷に対する良好な耐性、
−紫外（ＵＶ）線、雨、塩霧及び−４５℃〜＋７０℃の範囲の温度差に関する十分な安定性、
−特に大型レドームに関し、低いコスト。

本発明のゴールは従来技術の欠点を取り除くことで、レドームを代える必要性なしに、従来技術より大きい周波数領域におけるパラボラアンテナの動作を可能にする剛体レドームを提案することにある。

本発明は、広帯域パラボラアンテナのための円形剛体レドームに係り、アンテナの内部に向かって直径に沿って曲がっており、それにより２つの半ディスクを形成している。
本発明の実施例に従うと、２つの半円ディスクはアンテナ軸の垂直面と１２°以下の角度をなしている。この角度は４°〜１２°が好ましい。レドームのこの特別な形状は、反射波がシュラウドにより吸収されることを可能にする。従って反射波は乱れの原因を生じさせない。
曲がりは、レドーム材料への機械的又は熱的作用により与えられ得る。

レドーム材料の主な性質は、波に関して可能な限り透過であらねばならない。それは、数年間にわたる環境条件に対し十分な機械的剛性と耐性を有しなければならない。当然、安価で取扱い容易な材料が好ましくは選ばれるのがよい。
本発明の実施例では、略円錐のくぼみ（ピット）である少なくとも１つのくぼみづけされた中間層を囲む２つの外側層からなる多層サンドイッチ状材料からつくられた、前述の広帯域アンテナについてのレドームである。この形状は電磁波の通路を著しく改善する。

好ましくは、外側層はポリマー材料からつくられた連続的平坦な板である。より好ましくは、３次元的中間層は同じ材料からなる。このポリマー材質は好ましくはポリプロピレン（ＰＰ）であるが、その理由は優れた無線品質（ＰＰの誘電定数；ε_ｒ＝２．３）を呈する安価な材料だからである。
多層材料は、単一層材料と比較して、良好な固さと改良された無線性能の利点を有する。しかし、それは厚く、重く、そしてより高価である。更に、無線性能は中間層の誘電材料により劣化される。その中間層がほとんど材質がない、即ち泡又はハネカムの場合のようなサンドイッチ材料はこの欠点をもはや呈しないが，高価でありその機械的耐性は低い。

発明のレドームの材料は、広い周波数帯をとうしてアンテナ動作に好ましい非常に薄い外側層からなる。内部層は軽量化する空気の高い比率を含む。材料は、低い誘電定数を有し空気のオーダ（誘電定数：ε_ｒ＝１）である。用いられるポリマーはレドームコストを低減することに寄与する。
本発明の好ましい実施例によると、くぼみ（ピット）は中間の高さで段を含む頂部の切られた円錐形状を有するこのピットの特別な形状は材料に高い機械的耐性を与えそして電磁波の通路を改善している。

本発明の別な側面では、略円形状でアンテナの内部に向かって直径に沿って曲げられているレドームが装備された、７〜２５ＧＨＺの周波数領域内で動作可能なパラボラアンテナである。
本発明の特性と利点は、実施例の次の詳細な記述と図面によってより明確になるが、それは例示であり限定的なものでない。

図１は、本発明の１つの実施例に従うレドームを装備するアンテナの断面図である。 図２は、図１のアンテナの透視図である。 図３は、本発明の１つの実施例に従うレドームの材料断面図である。 図４は、図３のレドームの材料の透視図である。 図５は、本発明の１つの実施例に従うレドームの無線性能と従来技術のレドームのそれとの間の比較を示し、ｙ軸上は反射係数Ｒ ｄｂそしてｘ軸上は周波数Ｆ ＧＨｚを示している図である。

図１の本発明の実施例において、マストに締めつけるような締めつけ固定手段１１を備えたアンテナ１０が断面として示されている。アンテナ１０はパラボラ反射器１２からなり、反射器１２の中心に導波管１３が配置されている。シュラウド（幕）１４は吸収コーティング１５によりその内側がカバーされ、パラボラ反射器１２の周辺上に固定されている。シュラウド１４上の周辺で固定されたレドーム１６がパラボラ１２を被っている。レドーム１６は２つの半円ディスク１６ａと１６ｂを規定するその直径に沿ったベンド（湾曲）１７からなる。その２つの半円ディスク１６ａと１６ｂは、アンテナ軸に垂直な面に対して４°〜１２°の角αを形成している。レドーム１６のこの形状は、導波管１３より射出されている波１９がパラボラ反射器１２で反射され、レドーム１６に向かって進み再び反射されることを可能にしている。本発明によって、波はシュラウドの吸収コーティング１５に向かっていき（矢印２１）、導波管１３により射出された波１９、１９’、１９”に乱れつくることなく吸収される。

図２は、図１のアンテナ１０の透視図である。アンテナ１０はレドーム１６を備え、固定手段１１によりマスト２２に固定されている。レドーム１６はその形状が適合しているプラスチックリング２３の手段でシュラウド１４の周辺上に固定されている。

ここで図３と図４を参照するに、それらはレドームをつくっている材料の部分的断面図と透視図である。この材料は、ポリプロピレンのようなポリマー材質の平坦な板からつくられた上側層３０、及び層３０と類似な又は異なるポリマー材質の板からなる下側層３１を含む。アンテナの広帯域特性を最適化するため、外側層３０と３１は薄く、そして非常に低い誘電定数を有していなければならない。ここでは，層３０と３１は約０．５５ｍｍの厚さを有する。空気充填ピット（くぼみ）３３からなる中間層３２を，層３０と３１は囲んでいる。中間層３２は３．８ｍｍ〜４．７ｍｍの厚さを有し、そして１．のオーダの低誘電定数ε_ｒを有している。ピット３３は形状において約円錐であり、その頂部をカットされた円錐が一方と多方向に交互に配置されている。好ましくは、円錐の壁はポリプロピレンのようなポリマー材質からつくられ、そして層３０と３１上に層３２の溶接又は接着を可能にするため一定した厚さを有している。ピット３３はレドームを軽量化するため空気で充填されている。

好ましい実施例によると、ピットは円錐の略中点の高さに位置する段３４を含む。この段は、ピットの壁に剛性を与え、中間層３２の機械的耐性及び全体の機械的強度を高める。
そのような材料は、レドームの直径の１つに沿ったレドームの曲りは、材料に機械的又は熱的作用により与えられる。機械的作用は例えば冷間加工であり、そして熱的作用は例えば材料にわたってのホットローラを走査することである。

図５において、図１〜図４に示された本発明の実施例に従うレドームの無線性能（曲線５０）が、既知のレドームのそれら（曲線５１〜５３）と比較されている。反射係数Ｒはレドーム上の入射波周波数Ｆの関数として示されてきた。曲線５４は、レドームの許容性能の限界を示し、それは−２０ｄｂの反射係数に該当する。その値を越えると、アンテナ放射パターン又は戻り損失が乱されている。

曲線５１は，その厚さが波長の半分のオーダである平坦な剛体レドーム（ε_ｒ＝２．３）で得られる結果である。このタイプのレドームは通常０．３ｍ〜１．８ｍ（１ｆｔ〜６ｆｔ）の小さな直径を有する。それが動作する周波数帯域の狭さ故に、このレドームは一般に形状的に円錐である。このレドームは射出又は熱成形ポリマー（ＡＢＳ，ＰＳ，ＰＶＣ，ＰＰ−−−−）からつくられる。このレドームの有効性は約１４ＧＨｚ〜１６ＧＨｚの狭い周波数帯域に限定される。

曲線５２は、波長の約１／１０のオーダの厚さの薄い壁を有する柔軟なレドーム（約、０．８ｍｍの厚さ、ε_ｒ＝３）の動作に該当する。このタイプのレドームは通常１．２ｍ〜４．６ｍの大きい直径を有する。このレドームの性能は許容性能の限界を表わす曲線の上方にある。

曲線５３は、図３と図４の材料に類似なものからなる平坦なレドームの性能を表わしている。利用可能な周波数帯域を曲線５１よりも高い値へシフトさせる。しかし、このレドームの有効性は約１４．５ＧＨｚ〜２１ＧＨｚの周波数帯域に限定される。

研究された周波数範囲（７〜２３ＧＨｚ）において、曲線５０により表わされるレドームの性能は曲線５４により表わされる許容性能を限界より常に小さい。本発明の実施例に従うレドームは、従来技術のレドームよりも著しく広い周波数帯域にわたって効果的であり、レドームの改変を必要とすることなく、全帯域にわたって動作可能である。

１０；パラボナアンテナ
１２；パラボナ反射機
１３；導波管
１６；レドーム
１６ａ，１６ｂ；半円ディスク
３０，３１；外側層
３２；中間層
３３；ピット（くぼみ）

Claims (8)

1. 広帯域パラボナアンテナのための円形剛体レドームにおいて、該アンテナの内部に向かって直径に沿って曲げられて、それにより２つの半円ディスクを形成している円形剛体レドーム。
2. 請求項１に記載のレドームにおいて、該２つの半円ディスクは該アンテナ軸に垂直な面と１２°以下の角度を形成している円形剛体レドーム。
3. 請求項１または２に記載のレドームにおいて、サンドイッチ状の多重層からつくられ、少なくとも中央のピット形成層を囲む２つの外側層からなり、該中間層のピットは略円錐形状有する円形剛体レドーム。
4. 請求項３に記載のレドームにおいて、該外側層と中間層はポリマーからなる円形剛体レドーム。
5. 請求項４に記載のレドームにおいて、該外側層と中間層はポリプロピレンからつくられている円形剛体レドーム。
6. 請求項３〜５の１に記載のレドームにおいて、該ピットは中点の高さで段を含む頂部をカットされた円錐の形状を有する円形剛体レドーム。
7. 請求項１〜６の１に記載の円形剛体レドームを備えた７〜２５ＧＨＺの周波数領域内で動作することのできるパラボラアンテナにおいて、該アンテナの内部に向かって直径に沿って曲げられているレドームを含むパラボラアンテナ。
8. 請求項７に記載のアンテナにおいて、該レドームはサンドイッチ状の多重層からなり、少なくとも１つの中央のピット形成層を囲む２つの外側層からなり、該中間層のピットは略円錐形状であるパラボラアンテナ。

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