JP2845040B2 - 広帯域用レドーム - Google Patents

広帯域用レドーム

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーダー等の各種アン
テナを保護するためのレドームであり、特に広帯域で高
い電波透過性を有するレドームに関する。
【0002】
【従来の技術】レーダーは電波のビームを照射して対象
物からの反射波を検出したり、又は対象物の発する電波
を検出することにより、対象物の方向や対象物との距離
を知るための電波探知装置であり、これを航空機等に搭
載する場合には少なくともそのアンテナは半球状や円錐
状等の形状をしたレドームにより保護される。
【0003】かかるレドームの材質としては、電波を透
過し易い低誘電率で低誘電損失であることが必要であ
り、例えば繊維強化プラスチック(FRP)等のプラス
チック材料、パイロセラム等のガラス材料、又はヒュー
ズドシリカ焼結体等のセラミックス材料が従来から使用
されてきた。
【0004】この内、環境条件が厳しくない固定式又は
比較的低速の航空機等に用いられるレドームは主にFR
Pで構成され、その場合に特定周波数用のレドームでは
半波長の整数倍の厚さを有する単層構造が普通であり、
広帯域用のレドームでは多層構造が採用されていた。
又、環境条件の厳しい高速の航空機等に搭載するレドー
ムでは、パイロセラム等のガラス材料又はヒューズドシ
リカ焼結体等のセラミックス材料が使用され、通常は半
波長の整数倍の厚さを有する単層構造に設計されてい
た。
【0005】しかるに、最近では超音速旅客機のように
航空機は益々高速になり、更に高速で飛行する宇宙往還
機の開発も盛んである。これら高速飛行体に搭載するレ
ドームとしては、空力加熱に耐え得るだけの耐熱性、雨
滴と高速で衝突したときの衝撃に耐え得る耐雨性、更に
は優れた曲げ強度や高い硬度等が要求される。かかる要
求に対して、FRPからなるレドームは耐熱性の点で約
300℃が限界であるから、これ以上の厳しい温度条件
となる高速飛行体に搭載することができず、耐雨性や曲
げ強度、硬度等の点でも十分ではなかった。
【0006】又、種々の波長の電波が錯綜する現在で
は、特定周波数のみでなく広い周波数帯域で優れた電波
透過性を有するレドームが望まれている。しかし、単層
構造のレドームでは、材質がFRPであってもガラス材
料やセラミックス材料であっても、特定周波数の電波に
対して半波長の整数倍の厚さに設計することにより特定
周波数の電波にのみ電波透過性の良いレドームを製作す
ることは出来るが、広い周波数帯域で優れた電波透過性
を得ることは困難であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来の
事情に鑑み、広い周波数帯域で優れた電波透過性を有す
ると同時に、300℃以上の耐熱性を有し且つ耐雨性や
曲げ強度等に優れ、高速飛行体にも搭載可能な広帯域用
レドームを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明における広帯域用レドームは、低誘電率で低
誘電損失のセラミックス又は耐熱性プラスチックからな
る内層と、内層の両表面を被覆した低誘電率で低誘電損
失の高強度セラミックスからなる外層とを備えたことを
特徴とする。
【0009】尚、この広帯域用レドームの全体形状は、
保護すべきアンテナや搭載される高速飛行体等の種類に
応じて、半球状のほか、円錐状、角錐状等の種々の形状
をとることができる。
【0010】
【作用】本発明において、広帯域用レドームの内層を構
成するセラミックス又は耐熱性プラスチックは、優れた
電波透過性を確保するため、低誘電率で低誘電損失であ
ることが必要であり、好ましくは誘電率が約2.0以下
であって且つ誘電損失が約5×10-3以下のものであ
る。かかる低誘電率且つ低誘電損失のセラミックスとし
ては、ヒューズドシリカ焼結体、ヒューズドシリカ多孔
質処理焼結体、マイクロバルーンをセラミック接着剤で
固形化処理したシンタクチックフォーム等がある。
【0011】その中でも非晶質のSiO2粉末を焼結し
たヒューズドシリカ焼結体や、これを気孔率40〜50
%となるように多孔質処理したヒューズドシリカ多孔質
処理焼結体が、誘電率及び誘電損失が低い上に、熱膨張
係数が小さいため耐熱衝撃性にも優れている。特に、ヒ
ューズドシリカ多孔質処理焼結体は、焼結に際してSi
2粉末の粒度分布の調整、バインダー材の添加及び焼
結温度の調整その他の操作を行うことにより多孔質化さ
れたヒューズドシリカ焼結体であり、通常のヒューズド
シリカ焼結体よりも更に低い誘電率及び誘電損失が得ら
れるので好ましい材料である。
【0012】又、低誘電率で低誘電損失の耐熱性プラス
チックとしては、例えば発泡ポリイミド等の多孔質の耐
熱性プラスチックの外に、ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリテトラフルオロエチレン、マイクロバルーンを
耐熱性樹脂で固形化処理したシンタクチックフォーム等
がある。これら内層を構成する主な材料の代表的な特性
を、下記表1に示す。
【0013】
【表1】 比 重 曲げ強度 内 層 材 料 (g/cm3) (kg/mm2) 誘 電 率 誘電損失 発 泡 ポ リ イ ミ ド 0.09 3 1.8 2×10-3 ヒューズドシリカ焼結体 1.95 4 3.3 7×10-4 ヒューズドシリカ 多孔質処理焼結体 0.9〜1.1 2.5 1.5〜1.7 4×10-4 FRPシンタクチックフォーム 0.6 6 1.9 1×10-2
【0014】一方、外層を構成すべき高強度セラミック
スとしては、厳しい環境にさらされるので耐雨性等の耐
環境性や機械的強度に優れている必要があるほか、優れ
た電波透過性を確保するために低誘電率で低誘電損失で
あることが必要であり、好ましくは誘電率が約10以下
であって且つ誘電損失が約2×10−2以下のものであ
る。かかる低誘電率且つ低誘電損失の高強度セラミック
としては、例えばヒューズドシリカ焼結体のほか、
ルミナ、ムライト、コージェライト、石英ガラス、スピ
ネル、マグネシア等のセラミックス焼結体がある。これ
ら外層を構成する主な材料の代表的な特性を表2に示
す。
【0015】
【表2】 比 重 曲げ強度外 層 材 料 (g/cm3) (kg/mm2) 誘 電 率 誘電損失 アルミナ 3.7 20 9.1 2×10-4 ムライト 3.1 20 6.7 3×10-4 コージェライト 2.6 10 4.7 20×10-4
【0016】このように低誘電率で低誘電損失の材料で
構成され、図1に示すように、内層1を挟んでその両側
に外層2を設けた3層構造となっている本発明の広帯域
用レドームは、通常の広帯域用レドームの場合と同様に
各層の肉厚を適度に定めることによって、広いレーダー
周波数帯域にわたって、特に1〜25GHzの広帯域に
おいて、その全域でほぼ平均した優れた電波透過性を示
す。
【0017】更に、光学分野同様電磁波の分野において
も周知のごとく、図2に示すように設定周波数の入射波
が外層2と内層1とで反射するとき、外層2及び内
層1の外表面での反射波R 及びR や各内表面での反
射波(図示せず)の相互干渉は内層1及び外層2の肉厚
に影響される。従って、例えば外層2の反射波Rの位
相と内層1の反射波Rの位相とが反転することにより
相互に打ち消し合うように内層1と外層2の肉厚を設定
すれば、入射波Iの反射率が最小に低減されるので、
一層優れた電波透過性が得られる。
【0018】又、内層1のみでは、電波透過性に優れて
はいるものの、材質的に強度や硬度が低いため、特に高
速飛行体に搭載する場合には耐雨性や耐熱性等の点で不
十分である。これに対して本発明のレドームでは、内層
1の両表面をセラミックス焼結体からなる高強度セラミ
ックスの外層2で覆っているので、優れた強度と硬度
びに耐熱性を有する外層2の存在により高速飛行体等の
厳しい環境条件下での使用にも十分耐えることができ
【0019】更に、本発明の広帯域用レドームでは、図
1に示すように内層1と外層2とを接着剤3により固着
すれば、製法や相互の密着性等に影響されることなく内
層1及び外層2として任意の材料の組み合わせが可能と
なり、用途に応じて最適な構成ないし形状をとることが
出来る。
【0020】接着剤としては、一般的には耐熱性のエポ
キシ系接着剤を使用することが可能であるが、内層1又
は外層2と同一材料系の接着剤を使用すれば、電気特性
的には接着剤層を内層又は外層に組み入れることがで
き、接着剤層での反射を無視できる点、及び熱膨張係数
をレドーム全体でほぼ同一とすることができるので熱応
力の発生を抑制できる点で好ましい。
【0021】特に、内層が気孔率40〜50%のヒュー
ズドシリカ多孔質処理焼結体及び外層がヒューズドシリ
カ焼結体であり、これらをシリカを基材とするセラミッ
ク系接着剤(厚さ0.1mm程度)で固着した構成とす
れば、接着剤層での電波の反射が無視でき、優れた電波
透過性を示すと同時に、強度や硬度が高く、耐雨性や耐
熱性その他の厳しい環境条件にも十分耐え得る、非常に
優れた広帯域用レドームを得ることができる。
【0022】尚、通常は予め作製した内層と高強度セラ
ミックスの外層とを接着剤で固着するのであるが、内層
及び外層共にセラミック系材料で且つ外層の肉厚が
薄い場合には、予め作製したセラミックスの内層の
面にセラミックスの外層材料をペースト状にして塗布
し、焼成して焼成セラミックスからなる高強度セラミッ
クスの外層を形成すると同時に、これをセラミックスの
内層に固着させる方法等を採用することも可能である。
【0023】
【実施例】内層の材料として耐熱性プラスチックの発泡
ポリイミド、セラミックスのヒューズドシリカ焼結体及
びヒューズドシリカ多孔質処理焼結体を用い、また外層
の材料としてアルミナ、ムライト、コージェライト及び
ヒューズドシリカ焼結体を使用して、下記表3のごとく
組み合わせて半球状のレドームを製造した。
【0024】尚、使用した接着剤は、内層が耐熱性プラ
スチックの場合にはエポキシ系接着剤を、及び内層がセ
ラミックの場合にはシリカ系接着剤を用いた。又、レド
ームの全体の肉厚は4.6〜6.0mmとした。得られた
各試料のレドームについて周波数が2GHz、10GH
z及び25GHzの電波の透過率をそれぞれ測定し、結
果を表3に示した。
【0025】
【表3】 電 波 透 過 率(%) 試料 内 層 (肉厚) 外 層 (肉厚) 2GHz 10GHz 25GHz 1 発泡ポリイミド(4mm) アルミナ(0.5mm) 97 96 85 2 発泡ポリイミド(5mm) ムライト(0.5mm) 98 96 87 3 発泡ポリイミド(5mm) コージェライト(0.5mm) 98 95 87 4 ヒューズド シリカ焼結体 (4mm) アルミナ(4mm) 95 91 81 5 ヒューズド シリカ焼結体 (5mm) ムライト(5mm) 94 92 84 6 ヒューズドシリカ ヒューズドシリカ 多孔質処理焼結体(5mm) 焼結体(5mm) 98 97 89
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、広い周波数帯域で、特
に1〜25GHzの周波数帯域で優れた電波透過性を有
し、耐熱性や耐湿性に優れると同時に耐雨性や曲げ強度
等に優れているため、厳しい環境条件下での使用に適し
た広帯域用レドームを提供することができる。
【0027】この広帯域用レドームは、航空機やヘリコ
プターへの搭載は勿論のこと、超音速旅客機や宇宙往還
機等の高速飛行体への搭載にも適しており、これらの分
野での広帯域用途の各種アンテナ用レドームとして特に
有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の広帯域用レドームの一具体例を示す一
部断面図である。
【図2】本発明の広帯域用レドームの外層の反射波と内
層の反射波の関係を示す断面図である。
【符号の説明】
1 内層 2 外層 3 接着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−253902(JP,A) 特開 昭51−122357(JP,A) 特開 昭57−65006(JP,A) 特開 昭51−47355(JP,A) 実開 昭64−47105(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01Q 1/42

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アンテナを保護するレドームであって、
    低誘電率で低誘電損失のセラミックス又は耐熱性プラス
    チックからなる内層と、内層の両表面を被覆した低誘電
    率で低誘電損失の高強度セラミックスからなる外層とを
    備え、広帯域の電波の透過性に優れた広帯域用レドー
    ム。
  2. 【請求項2】 前記内層及び外層の肉厚は、外層の反射
    波の位相と内層の反射波の位相とが反転することにより
    相互に打ち消し合うように設定することを特徴とする、
    請求項1記載の広帯域用レドーム。
  3. 【請求項3】 内層と外層とが、内層又は外層と同一材
    料系の接着剤により固着されていることを特徴とする、
    請求項1又は2記載の広帯域用レドーム。
  4. 【請求項4】 内層がヒューズドシリカ多孔質処理焼結
    体であり、外層がヒューズドシリカ焼結体であって、内
    層と外層とをシリカを基材とするセラミックス系接着剤
    で固着したことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか
    に記載の広帯域用レドーム。
  5. 【請求項5】 周波数1〜25GHzの広帯域の電波の
    透過性に優れていることを特徴とする、請求項1〜4の
    いずれかに記載の広帯域用レドーム。
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