JP2014123793A - 周波数選択部材および曲面への周波数選択素子の配列決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】曲面形状を有する周波数選択部材において、周波数選択素子を規則的に配列すること。
【解決手段】周波数選択部材の一例であるレドーム１０は、中心軸Ｌの回転方向に対称な曲面形状を有する。レドーム１０の周上に配置される周波数選択素子は、線状素子をミアンダ形状に配置することにより特定周波数への共振性能を実現したミアンダ化素子であり、ミアンダ形状のサイズを変更することにより同一の共振性能を有する大きさの異なる素子を形成し、中心軸に対して垂直な任意の面の周上に位置する周波数選択素子の数を等しくしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、曲面形状を有する周波数選択部材および曲面における周波数選択素子の配列決定方法に関する。

従来、直線状の素子を屈曲させ折り畳んだミアンダ（ｍｅａｎｄｅｒ）形状を有するミアンダ化素子が知られている。ミアンダ化素子は、線状素子を折り畳むことで共振する波長（共振周波数）を維持しながら寸法を小さくすることが可能であり、素子サイズを小型化することが可能である。ミアンダ化素子の用途としては、たとえばＵＨＦ帯（３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）のＲＦＩＤ用アンテナ、ＵＷＢ（ｕｌｔｒａ ｗｉｄｅ ｂａｎｄ）用アンテナ等などが挙げられる（たとえば、下記特許文献１参照）。

特開２００４−２２８７９７号公報

ところで、近年航空機技術の分野において、電波的に透過な窓であるレドーム（レーダドーム）の透過周波数帯の選択性（選択透過または選択遮蔽）の向上が課題となっている。曲面で構成されるレドームに透過周波数帯の選択性を付与するにはＦＳＳ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｕｒｆａｃｅｓ，周波数選択板）を実装することが解決策になりうる。ここで、航空機用ノーズレドーム等は先端に近づくに従って細くなる形状であり、平面状の周波数選択板（周波数選択素子）をレドーム端部から順次配列すると、計算上の正方形配列からは大きくずれてしまうという問題点がある。

図１４は、従来技術にかかるレドームへの周波数選択素子の実装例を示す説明図である。図１４には円錐形状の流線形レドーム１３００上に同一形状・同一サイズの円型ループ形状の周波数選択素子１３０２を配列している。拡大図Ａに示すように、流線形レドーム１３００の端部（基準位置）から順次周波数選択素子１３０２を配列していくと、流線形レドーム１３００の形状の変化（円錐の中心軸に対する周方向の長さの変化）に伴い、規則的な配列が成立しなくなる。拡大図Ａ中の矢印Ｓは、基準位置における正方形配列の第２軸（周方向と直交する方向）であり、周波数選択素子１３０２の配列がずれていることがわかる。

一般的な電磁界シミュレータでは、周期配列条件下における有限セルモデルで性能予測をおこなうが、周波数選択素子１３０２が規則的に配列できないと、同方法でのシミュレーションをおこなうことができず、当該配列におけるレドームの性能を予測することが困難となる。フルモデルでのシミュレーションも論理的には可能であるが、シミュレータの計算能力上、現実的には困難である。すなわち、曲面で構成されるレドームに同一形状の周波数選択素子を順次配列する方法では、その配列における性能を予測することができないため、要求される性能を満たす配列を得ることが困難であるという問題点がある。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、シミュレーション等によって性能を評価しうる規則的配列を備えた周波数選択部材および曲面への周波数選択素子の配列決定方法を提供することを目的とする。

上述した問題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる周波数選択部材は、曲面形状を有する周波数選択部材であって、前記曲面形状の周波数選択部材用基材と、前記周波数選択部材用基材の表面に配置された複数の周波数選択素子と、を備え、前記周波数選択素子は、線状素子をミアンダ形状に配置することにより特定周波数への共振性能を実現したミアンダ化素子であり、前記ミアンダ形状のサイズを変更することにより同一の前記共振性能を有する大きさの異なる素子を形成し、前記曲面形状を通る軸に対して垂直な任意の面の周上に位置する前記周波数選択素子の数を等しくしたことを特徴とする。
また、本発明にかかる周波数選択素子の配列決定方法は、曲面への周波数選択素子の配列決定方法であって、前記周波数選択素子は、線状素子をミアンダ形状に配置することにより特定周波数への共振性能を実現したミアンダ化素子であり、前記曲面を通る軸に対して垂直な面の周上における前記周波数選択素子の素子数を決定する素子数決定工程と、前記素子数決定工程で決定された前記素子数に基づいて、各周上における前記周波数選択素子の配列周期を決定する配列周期決定工程と、前記配列周期決定工程で決定された前記配列周期において前記周波数選択素子に要求される前記共振性能を実現する前記ミアンダ形状を決定する形状決定工程と、を含んだことを特徴とする。

本発明にかかる周波数選択部材によれば、周波数選択部材用基材が曲面形状を有する場合でも周波数選択素子の規則的配列を保つことができ、シミュレーション等による性能評価の精度を向上させることができる。
また、本発明にかかる周波数選択素子の配列決定方法によれば、曲面形状を有する基材に対して周波数選択素子を規則的配列で配置することができる。これにより、周波数選択性を有する各種部材の設計の自由度を向上させることができる。

実施の形態にかかるレドーム１０の形状を示す説明図である。 レドーム１０への周波数選択素子の配列例を示す説明図である。 レドーム１０への周波数選択素子の配列例を示す説明図である。 ミアンダ化素子の形状の一例を示す説明図である。 ミアンダ化前後のパッチ型ダイポール素子における電波透過率の周波数特性を示す説明図である。 ミアンダ化素子の他の形状の例を示す説明図である。 両偏波対応型素子の形状の一例を示す説明図である。 両偏波対応型素子の形状の一例を示す説明図である。 両偏波対応型素子における電波透過率の周波数特性を示す説明図である。 図８に示した相似形ミアンダ化素子群について、所定の周波数をターゲットとした場合の各周波数選択素子における配列周期と素子線長との関係を示す表である。 図１０に示した配列周期と素子線長（セル数）とをプロットしたグラフである。 ミアンダ化素子である周波数選択素子の配列モデルの算出方法の手順を示すフローチャートである。 電波吸収体の航空機への適用例を示す説明図である。 従来技術にかかるレドームへの周波数選択素子の実装例を示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる周波数選択部材および曲面への周波数選択素子の配列決定方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、実施の形態にかかるレドーム１０の形状を示す説明図である。本実施の形態では、周波数選択部材として、周波数選択遮蔽性を有するレドームを例にして説明する。図１に示すレドーム１０は略円錐形であり、中心軸Ｌの回転方向に対称な曲面形状を有する。なお、レドーム１０は、実際には図１４のような流線形をしているが、図１では説明の便宜上、円錐形にモデル化している。レドーム１０の底面Ｓ０は円形であるが、この中心を原点Ｏとし、中心軸Ｌが延びる方向にｚ軸、底面Ｓ０がｘｙ平面上に乗るようにｘ軸およびｙ軸をとる。これにより、中心軸Ｌに対して垂直な任意の面（たとえば面Ｓ１）はｘｙ平面上に位置することになる。

レドーム１０には、周波数選択遮蔽性を付与するために、図１に示すような曲面形状のレドーム基材の表面に複数の周波数選択素子が配置される。なお、図示の便宜上、図１には周波数選択素子を示していない。本実施の形態では、周波数選択素子として、線状素子をミアンダ状に配置することにより特定周波数への共振性能を実現したミアンダ化素子を用いる。そして、曲面形状上において規則的配列をおこなうために、ミアンダ化素子のサイズ（配列周期）を変更することにより同一の共振性能を有する大きさの異なる素子を形成し、中心軸Ｌに対して垂直な任意の面の周上に位置する周波数選択素子の数を等しくしている。

図２および図３は、レドーム１０への周波数選択素子の配列例を示す説明図である。図２はレドーム１０の全周にわたる配列モデル例を透視図として示し、図３はレドーム１０の表面を一方から見た側面図である。図２および図３では、単一の形状のミアンダ化素子を、交互に９０°回転させて配列している。また、図２および図３では、円錐の先端部分の図示は省略している。素子の配列周期は上部（円錐形の先端に近い領域）になるほど短くなっており、その分蛇行幅が大きくなることによって、要求される共振特性を満たすだけの素子線長を確保するとともに、下部（円錐形の底面に近い領域）と同じ数の周波数選択素子が配列されている。なお、レドーム１０の先端部はごく狭小な面積となるため、本実施の形態による方法とは異なる方法で周波数選択素子を配置する。

図４は、ミアンダ化素子の形状の一例を示す説明図である。図４において、点線左側のｇｅｏｍ１はミアンダ化前の素子形状、点線右側のｇｅｏｍ２〜ｇｅｏｍ７はミアンダ化後の素子形状を示している。図４Ａおよび図４Ｂはいずれもダイポール形状の素子（ダイポール素子）であり、ｇｅｏｍ１に示すミアンダ化前には直線状である形状が、ｇｅｏｍ２〜ｇｅｏｍ７に示すミアンダ化後には幅方向に蛇行した形状となっている。この蛇行の幅や蛇行数を変更することにより、任意サイズ（配列周期）のミアンダ化素子を作ることが可能である。なお、図４では、各素子を１６×１６のセルモデルで示している。配列周期は縦横同サイズとし（ｔｘ＝ｔｙ）、ミアンダ化前の素子として１４×１セルのダイポールを２つ配置し、最大７セル幅を使ってミアンダ化をおこなった。

図４Ａにおいて、素子の形状（ダイポールライン）は金属等の導体素材で形成されている。一方、図４Ｂは、図４Ａと同様のダイポール形状であるが、外周部分が導体素材で形成されており、これに開口する（導体素材を除去する）ことで素子形状を形成する。以下、図４Ａのような方法で形状を形成した素子を「パッチ型」、図４Ｂのような方法で形状を形成した素子を「開口型」という。なお、ダイポールラインを形成する素材は金属以外の導電性インクでも良く、また、用途によっては導体に限らず、半導体特性材料を適用しても良い。

以下の説明では、主に図４Ａに示すパッチ型のダイポール素子（以下、単に「ダイポール素子」と言った場合にはパッチ型のダイポール素子を指す）を例にして説明するが、ミアンダ化素子をいかなる形状にするかは、周波数選択素子に要求される特性に合わせて選択すればよい。たとえば、レドーム１０に対してバンドパス性能が要求される場合には、周波数選択素子は開口型ミアンダ化素子を用い、バンドストップ性能が要求される場合にはパッチ型ミアンダ化素子を用いればよい。

図４Ａのｇｅｏｍ１に示すミアンダ化前のダイポール素子は、ＴＥ波（ダイポールと平行方向に電界がある）に励起され、ダイポール長が等価的に半波長となる周波数で全反射をおこす一方で、ＴＥ波と直交するＴＭ波に関しては全ての周波数で全透過特性を示す。図４Ａのｇｅｏｍ２〜ｇｅｏｍ７に示すミアンダ化後のダイポール素子では、ＴＭ波の電界と平行な成分が生じるため、ＴＭ波に関しても反射特性を得ることができる。

図５は、ミアンダ化前後のパッチ型ダイポール素子における電波透過率の周波数特性を示す説明図である。周波数特性の計算にあたって、周波数範囲は１〜２０ＧＨｚ（０．１ＧＨｚステップ）、配列周期は３〜１３ｍｍ（０．１ｍｍステップ）、入射角０°とした。図５Ａはミアンダ化前のダイポール素子（図４Ａのｇｅｏｍ１）における周波数特性であり、縦軸は配列周期（素子のサイズ）、横軸は反射波の周波数を示す。図５Ａの（ａ）はＴＥ波、（ｂ）はＴＭ波に対する特性を示す。（ｂ）に示すように、ミアンダ化前のダイポール素子ではＴＭ波に関しては全ての周波数で全透過特性を示す。

一方、図５Ｂはミアンダ化後のダイポール素子（図４Ａのｇｅｏｍ７）における周波数特性であり、図５Ａ同様に（ａ）はＴＥ波、（ｂ）はＴＭ波に対する特性を示す。ミアンダ化後のダイポール素子では、図５Ｂ（ｂ）に示すＴＭ波に関しても一部の周波数において反射特性を得られることがわかる。

任意の形状のミアンダ化素子において特定の周波数に対する共振特性を得たい場合、図５に示す各グラフを参照して、当該形状の素子において所望の周波数に対する反射強度が最大になる配列周期を選択すればよい。

なお、図４Ｂに示す開口型ダイポール素子の場合、ｇｅｏｍ１に示すミアンダ化前の素子ではＴＭ波（ダイポールと直交方向に電界がある）に励起され、ダイポール長が等価的に半波長となる周波数で全反射をおこす一方で、ＴＭ波と直交するＴＥ波に関しては透過成分が生じない。一方、図４Ｂのｇｅｏｍ２〜ｇｅｏｍ７に示すミアンダ化後の開口型ダイポール素子では、ＴＥ波の電界と平行な成分が生じるため、ＴＭ波に関しても透過特性を得ることができる。

図６は、ミアンダ化素子の他の形状の例を示す説明図である。図６Ａはクロスダイポール形状、図６Ｂは正方形ループ形状、図６Ｃは円形ループ形状、図６Ｄは二重正方形ループ形状の素子であり、矢印左側はミアンダ化前の形状、矢印右側はミアンダ化後の形状を示す。ミアンダ化素子は、ダイポール素子に限らず、様々な形状の素子を用いて生成することができる。

ここで、図５にも示したように、ダイポール素子をベースにした周波数選択素子では、ＴＭ波に対する特性とＴＥ波に対する特性とが大きく異なる。そこで、ダイポール素子をベースとしたミアンダ化素子を９０°回転させた素子を２個ずつ組み合わせて偏波特性が一様となるような両偏波対応型素子を形成して、レドーム１０に適用することもできる。すなわち、周波数選択素子を、大きさおよび形状が同一の複数のミアンダ化素子を水平方向および垂直方向に交互に向きを変えて同一数並べた素子群によって形成することも可能である。

図７および図８は、両偏波対応型素子の形状の一例を示す説明図である。図７および図８では、図４Ａに示した１６×１６セルの周波数選択素子を４つ集合させた３２×３２セルで１つの周波数選択素子を構成している。図４Ａと同様に、配列周期は縦横同サイズとし（ｔｘ＝ｔｙ）、ミアンダ化前の素子として１４×１セルのダイポールを１ユニット（１６×１６セル）に２つ配置し、最大７セル幅を使ってミアンダ化をおこなった。これを９０°回転させて図７および図８に示す素子を得る。図７のｇｅｏｍ１〜ｇｅｏｍ７では、右側に位置する素子形状ほど素子の蛇行数が多くなっている。

また、図８のｇｅｏｍ５、ｇｅｏｍ５−１、ｇｅｏｍ５−２、ｇｅｏｍ１は、図７のｇｅｏｍ５に示した２周期分蛇行しているミアンダ化素子について、蛇行幅を変更した例であり、右側に位置する素子形状ほど素子の蛇行幅が小さくなり、最も右側に位置するｇｅｏｍ１はミアンダ化前のダイポール素子形状となっている。すなわち、図８に示す素子群は、同一のミアンダ形状において蛇行幅および素子線長を異ならせた相似形ミアンダ化素子群である。

図９は、両偏波対応型素子における電波透過率の周波数特性を示す説明図である。周波数特性の計算にあたって、周波数範囲は１〜２０ＧＨｚ（０．１ＧＨｚステップ）、配列周期は６〜２６ｍｍ（０．１ｍｍステップ）、入射角０°とした。図９Ａは図８のｇｅｏｍ５−１、図９Ｂはｇｅｏｍ５−２に示した両偏波対応型素子の周波数特性を示している。縦軸および横軸は、それぞれ配列周期（素子のサイズ）および反射波の周波数を示している。また、各図において（ａ）はＴＥ波、（ｂ）はＴＭ波に対する特性をそれぞれ示している。図９ＡおよびＢに示すように、両偏波対応型素子では、ＴＥ波およびＴＭ波に対する特性が、ほぼ一致している。

図１０は、図８に示した相似形ミアンダ化素子群について、所定の周波数をターゲットとした場合の各周波数選択素子における配列周期と素子線長との関係を示す表である。上述したように、特定の周波数に対する反射特性を得たい場合、当該形状の素子において所望の周波数に対する反射強度が最大になる配列周期を選択すればよい。図１０は１０ＧＨｚをターゲットとした場合の配列周期ｔｘ（＝ｔｙ）と素子線長（セル数および実際の線長）とを示す。

図１１は、図１０に示した配列周期と素子線長（セル数）とをプロットしたグラフである。図１１において、縦軸は配列周期、横軸は素子線長（セル数）である。図１１に示すように、相似形ミアンダ化素子群では、配列周期とセル数で示した素子線長（セル数）とはほぼ線形に比例している。すなわち、この線形関係から任意の配列周期に応じた素子線長（セル数）を決定することが可能である。

具体的には、配列周期をｘ、素子線長（セル数）をｙとして線形回帰し、下記式（１）に示す回帰式を設定する。下記式（１）において、ｔｘは配列周期、Ｌｃｅｌｌは素子線長（セル数）、ＡおよびＢは定数である。上記式（１）に所望の配列周期を代入すれば、対応する素子線長をセル数単位で求めることができる。
Ｌｃｅｌｌ＝Ａｔｘ＋Ｂ・・・（１）

つぎに、上記式（１）で算出した全体の素子線長（セル数）からミアンダラインの蛇行幅を求める。ミアンダラインの蛇行幅（すなわち、元のダイポールと直交する方向に描かれるセル数）は、全体の素子線長（セル数）から元のダイポール長（セル数）を差し引き、元のダイポールと直交する方向に描かれる線の本数（蛇行数）で除せばよい。すなわち、ミアンダラインの蛇行幅をＬｃｒｏｓｓ、全体の素子線長（セル数）をＬｃｅｌｌ、元のダイポール長（セル数）をＬｄｉｐ、元のダイポールと直交する方向に描かれる線の本数（蛇行数）をＮｗとすると、下記式（２）で示すことができる。なお、Ｎｗは、蛇行幅分の長さを有する線を１本としてカウントする。たとえば、ミアンダラインの始端および終端近傍の蛇行ラインは、蛇行幅の半分の長さであり、この場合は０．５とカウントする。
Ｌｃｒｏｓｓ＝（Ｌｃｅｌｌ−Ｌｄｉｐ）／Ｎｗ・・・（２）

セル数で示した線長Ｌｃｅｌｌは、下記式（３）によって実際の線長（以下「実長」という）Ｌａｃｔに変換することができる。下記式（３）において、Ｎｃｅｌｌは素子モデルの１辺におけるセル数（図５の例では３２）である。
Ｌａｃｔ＝ｔｘ×Ｌｃｅｌｌ／Ｎｃｅｌｌ・・・（３）

すなわち、上記式（２）で示した蛇行幅Ｌｃｒｏｓｓを実長で示す場合は、下記式（２’）のように求めることができる。
Ｌｃｒｏｓｓ＝｛（Ｌｃｅｌｌ−Ｌｄｉｐ）／Ｎｗ｝×（ｔｘ／Ｎｃｅｌｌ）・・・（２’）

上記式を用いて、図８に示した素子形状について、任意の配列周期における蛇行幅の算出手順の具体例を示す。まず、図１１に示した線形関係を回帰式とすると、下記式（１’）で示すことができる。
Ｌｃｅｌｌ＝−１９．８１５ｔｘ＋５９．７８４・・・（１’）

上記式（１）に所望の配列周期を代入すれば、対応する素子線長をセル数単位で求めることができる。たとえば、配列周期１．７ｃｍにしたいときには、上記式（１’）を用いてＬｃｅｌｌ＝２６．０９９と求めることができる。

図８に示した周波数選択素子は、Ｌｄｉｐ＝１４、Ｎｗ＝４なので、上記式（１’）を用いて求めたＬｃｅｌｌ＝２６．０９９および上記式（２）から、Ｌｃｒｏｓｓ＝３．０２（セル数）と求めることができる。さらに、ｔｘ＝１．７ｃｍ、Ｎｃｅｌｌ＝３２から、上記式（２’）を用いて、蛇行幅の実長を１．６ｍｍと求めることができる。

以上のような手順により、任意の形状のミアンダ化素子について、任意の配列周期における蛇行寸法を設定することが可能となる。図１に示したレドーム１０では、曲面形状上において規則的配列をおこなうために、ミアンダ化素子の配列周期を変更することにより同一の共振性能を有する大きさの異なる素子を形成し、中心軸Ｌに対して垂直な任意の面の周上に位置する周波数選択素子の数を等しくしている。具体的には、たとえばレドーム１０の底面Ｓ０の周Ｃ０上に位置する周波数選択素子の数と、中心軸Ｌに対して垂直な面Ｓ１の周Ｃ１に位置する周波数選択素子の数を等しくする。これにより、周波数選択素子をシミュレーション等によって性能を評価しうる規則的な配列に置くことができる。

図１２は、ミアンダ化素子である周波数選択素子の配列モデルの算出方法の手順を示すフローチャートである。図１２のフローチャートにおいて、まず、任意の形状のミアンダ化素子について、蛇行幅を一定間隔で変更して特性解析をおこなう（ステップＳ１２０１：特性算出工程）。ステップＳ１２０１では、ミアンダ化素子の蛇行幅を一定間隔で変更した（図８のｇｅｏｍ５，ｇｅｏｍ５−１，ｇｅｏｍ５−２，ｇｅｏｍ１のような）モデルを生成し、図９に示すような電波透過率の周波数特性をそれぞれ算出する。

つぎに、ステップＳ１２０１で算出した周波数特性に基づいて、特定の周波数に対する配列周期と素子線長との回帰式を算出する（ステップＳ１２０２：回帰式算出工程）。ステップＳ１２０２では、まず、周波数選択素子に要求される性能に基づいてターゲットとする周波数を選択する。そして、各モデルにおいて当該選択周波数で共振性能が得られる配列周期を特定し、当該モデルにおける素子線長（セル数）と配列周期との関係を示す回帰式、すなわち上記式（１）を線形回帰によって算出する。

つづいて、周波数選択素子が配列されるレドーム１０上の位置を特定する（ステップＳ１２０３）。最初に特定するレドーム１０上の位置は、たとえば円錐の底面Ｓ０近傍（底面の周Ｃ０上）とする。レドーム１０のサイズは既知であるため、周波数選択素子が配列されるレドーム１０上の位置が特定されれば、その位置を含み、レドーム１０の中心軸Ｌに対して垂直な面の周の長さを特定することができる。

つぎに、レドーム１０の同一周上に配置する周波数選択素子の配列個数を決定する（ステップＳ１２０４：素子数決定工程）。なお、周波数選択素子の配列個数は、全ての周上において同一とする。そして、ステップＳ１２０３で特定された位置の周の長さを、周波数選択素子の配列個数で除すことによって周波数選択素子の配列周期ｔｘを算出する（ステップＳ１２０５：配列周期決定工程）。

つぎに、ステップＳ１２０２で算出した回帰式およびステップＳ１２０５で算出した配列周期ｔｘとを用いて、上述した手順（上記式（２）および（３）参照）によりミアンダラインの蛇行幅を算出する（ステップＳ１２０６：蛇行幅算出工程）。これにより、ステップＳ１２０３で特定された位置における周波数選択素子の配列が決定する。

レドーム１０上の全ての位置に配列される周波数選択素子の蛇行幅を決定するまでは（ステップＳ１２０７：Ｎｏ）、ステップＳ１２０３で特定された位置と隣接する位置（より詳細には、ステップＳ１２０３で特定された位置に配列される周波数選択素子の端部に隣接する位置）を特定し（ステップＳ１２０８）、この位置について、ステップＳ１２０５以降に示す処理をくり返す。

そして、レドーム１０上の全ての位置に配列される周波数選択素子の蛇行幅を決定すると（ステップＳ１２０７：Ｙｅｓ）、レドーム１０上の周波数選択素子の配列モデルが完成したものとして（ステップＳ１２０９）、本フローチャートによる処理を終了する。

以上説明したように、実施の形態にかかるレドーム１０は、中心軸の回転方向に対称な曲面形状を有する基材に周波数選択素子を配列する際に、周波数選択素子を、線状素子をミアンダ形状に配置することにより特定周波数への共振性能を実現したミアンダ化素子とした。そして、ミアンダ形状のサイズを変更することにより同一の共振性能を有する大きさの異なる素子を形成し、中心軸に対して垂直な任意の面の周上に位置する周波数選択素子の数を等しくした。これにより、レドーム基材が曲面形状を有する場合でも周波数選択素子の規則的配列を保つことができ、シミュレーション等による性能評価の精度を向上させることができる。

また、レドーム１０に配列される周波数選択素子は、大きさおよび形状が同一の複数のミアンダ化素子を水平方向および垂直方向に交互に向きを変えて同一数並べた素子群（両偏波対応型素子）によって形成される。これにより、ＴＥ波およびＴＭ波に対する特性をほぼ一致させることができる。

また、レドーム１０に対してバンドパス性能が要求される場合には、周波数選択素子は開口型ミアンダ化素子を用い、バンドストップ性能が要求される場合にはパッチ型ミアンダ化素子を用いることによって、要求される性能を満たすレドームを得ることができる。

また、実施の形態にかかる周波数選択素子の配列決定方法によれば、中心軸の回転方向に対称な曲面形状を有するレドーム１０の中心軸Ｌに対して垂直な面の周上における周波数選択素子の素子数を決定し、決定された素子数に基づいて、各周上における周波数選択素子の配列周期を決定し、決定された配列周期において周波数選択素子に要求される共振性能を実現するミアンダ形状を決定する。これにより、レドーム基材が曲面形状を有する場合でも周波数選択素子の規則的配列を保つことができ、シミュレーション等による性能評価の精度を向上させることができる。

また、実施の形態にかかる周波数選択素子の配列決定方法によれば、同一のミアンダ形状において蛇行幅および素子線長を異ならせた相似形ミアンダ化素子群を形成し、相似形ミアンダ化素子群内のそれぞれのミアンダ化素子について、配列周期に基づく電波透過率の周波数特性を算出し、算出された周波数特性に基づいて、特定周波数における素子線長と配列周期との線形回帰をおこない、素子線長と配列周期との回帰式を算出し、当該回帰式と周の長さに合わせて決定された配列周期とに基づいて、配列周期に対応する素子線長および蛇行幅を算出する。これにより、任意の周上に配列可能かつ要求される共振性能を有するミアンダ化素子を得ることができる。

なお、本実施の形態では、周波数選択部材としてレドームを挙げて説明したが、本発明は従来公知の様々な周波数選択部材（すなわち透過周波数帯選択性を有する部材）に適用可能である。具体的には、周波数選択部材は、たとえばレドームをはじめとする電磁窓や電波吸収体に適用することができる。周波数選択部材を電磁窓として用いる例については、上述した実施の形態の通りである。また、周波数選択部材を電波吸収体に適用する例としては、たとえば特許第４１４４９４０号公報等に開示されている航空機の主翼前縁部への適用などが挙げられる。

図１３は、電波吸収体の航空機への適用例を示す説明図である。図１３Ａに示す航空機Ｆの主翼前縁部Ｗには電波吸収体が装備されている。図１３Ｂは主翼前縁部Ｗの断面図であり、主翼の基材である導体部１４０２の表面に電波吸収層１４０４が設けられている。電波吸収層１４０４は、内部に周波数選択素子１４０６が本発明の方法で配置されることにより、電波吸収性能が得られる。本発明を電波吸収体に適用することによって、電波吸収性能を発揮する帯域の広域化や、構造の薄肉化による軽量化、方位特性の向上などを図ることができる。

また、本実施の形態では、レドーム１０の曲面形状を、中心軸の回転方向に対称な形状として、中心軸に対して垂直な任意の面の周上に位置する周波数選択素子の数を等しくしたが、本発明の適用はこのような回転対称な曲面形状に限られない。本発明を任意の曲面形状に適用する場合、この曲面形状を通る（任意の）軸に対して垂直な任意の面の周上に位置する周波数選択素子の数を等しくすれば、本実施の形態と同様の効果が得られる。

１０……レドーム、Ｃ０，Ｃ１……周、Ｌ……中心軸、Ｏ……原点、Ｓ０……底面、Ｓ１……面。

Claims (7)

1. 曲面形状を有する周波数選択部材であって、
   前記曲面形状の周波数選択部材用基材と、
   前記周波数選択部材用基材の表面に配置された複数の周波数選択素子と、を備え、
   前記周波数選択素子は、線状素子をミアンダ形状に配置することにより特定周波数への共振性能を実現したミアンダ化素子であり、前記ミアンダ形状のサイズを変更することにより同一の前記共振性能を有する大きさの異なる素子を形成し、前記曲面形状を通る軸に対して垂直な任意の面の周上に位置する前記周波数選択素子の数を等しくしたことを特徴とする周波数選択部材。
2. 前記周波数選択素子は、大きさおよび形状が同一の複数の前記ミアンダ化素子を水平方向および垂直方向に交互に向きを変えて同一数並べた素子群によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の周波数選択部材。
3. 前記周波数選択素子は開口型ミアンダ化素子であり、バンドパス性能を有することを特徴とする請求項１または２に記載の周波数選択部材。
4. 前記周波数選択素子はパッチ型ミアンダ化素子であり、バンドストップ性能を有することを特徴とする請求項１または２に記載の周波数選択部材。
5. 前記曲面形状は、中心軸の回転方向に対称な形状であり、
   前記中心軸に対して垂直な任意の面の周上に位置する前記周波数選択素子の数を等しくしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の周波数選択部材。
6. 曲面への周波数選択素子の配列決定方法であって、
   前記周波数選択素子は、線状素子をミアンダ形状に配置することにより特定周波数への共振性能を実現したミアンダ化素子であり、
   前記曲面を通る軸に対して垂直な面の周上における前記周波数選択素子の素子数を決定する素子数決定工程と、
   前記素子数決定工程で決定された前記素子数に基づいて、各周上における前記周波数選択素子の配列周期を決定する配列周期決定工程と、
   前記配列周期決定工程で決定された前記配列周期において前記周波数選択素子に要求される前記共振性能を実現する前記ミアンダ形状を決定する形状決定工程と、
   を含んだことを特徴とする周波数選択素子の配列決定方法。
7. 前記形状決定工程は、
   同一の前記ミアンダ形状において蛇行幅および素子線長を異ならせた相似形ミアンダ化素子群を形成し、前記相似形ミアンダ化素子群内のそれぞれの前記ミアンダ化素子について、配列周期に基づく電波透過率の周波数特性を算出する特性算出工程と、
   前記特性算出工程で算出された前記周波数特性に基づいて、特定周波数における前記素子線長と前記配列周期との線形回帰をおこない、前記素子線長と前記配列周期との回帰式を算出する回帰式算出工程と、
   前記回帰式算出工程で算出された前記回帰式と前記配列周期決定工程で決定された前記配列周期とに基づいて、前記配列周期に対応する前記素子線長および前記蛇行幅を算出する蛇行幅算出工程と、
   を含むことを特徴とする請求項６に記載の周波数選択素子の配列決定方法。

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