JP3871255B2 - レドーム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レドームに関し、さらに詳しくは、レドームに段差を設けて段差面からの反射波の位相と、段差のない面からの反射波の位相をお互いに逆相にして反射波をキャンセルするレドームに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、地上固定通信用アンテナ等においては、アンテナの前方又はアンテナ全体にレドームを装着して、反射鏡面への積雪、一次放射器開口部への雨雪、塵埃の付着などを防ぐことが行なわれている。そして、このようなレドームとしては、ＦＲＰ(Fiber Reinforced Plastics)繊維強化プラスチック、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂等のエンジニアリングプラスチックが用いられる。一般に、レドームは反射鏡面を遮るので、電波の透過損失の少ないことが要求される。即ちレドームを構成する誘電体板での反射を小さくするように設計される。ここで、使用電波の自由空間波長をλ₀、使用する誘電体の比誘電率をεｒ、レドームに対する電波の入射角をθｉｎとすると、レドームを構成する誘電体板の厚みｄは式（１）で表される。
ｄ＝（Ｎλ₀）／｛２（εｒ−ｓｉｎ２θｉｎ）^1/2｝・・・式（１）
なお、Ｎは自然数であり、レドームの次数と呼ばれている。そして、レドーム（誘電体板）を式（１）を満足する厚みｄとすることで、レドームでの反射を小さくし、使用する周波数の電波を低損失で透過するようにしている。ここで、電波の周波数ｆ、その自由空間波長λ₀と光速Ｃとの間には式（２）の関係がある。
λ₀＝Ｃ／ｆ・・・式（２）
【０００３】
図６は、従来例におけるレドームの形状を表す概念図である。各レドームの材質および厚さは前記式（１）により満足する厚さに形成されている。図６（ａ）はレドーム５０が平面であり、主反射鏡５１に垂直に取り付けられている。この場合、主反射鏡５１からの放射波はほぼ均一に、あまり劣化なくレドーム５０を透過して放射されるが、放射波に対する反射波がゼロではない。このときの反射波の位相は全て同相であるので、主反射鏡５１から副反射鏡５４により集められて放射器５５からの放射波に与える影響が大きい。図６（ｂ）は、レドーム５２の形状を構造的に強くするため、円錐状に形成されている。この場合も、やはり反射波が発生するが、レドーム５２が円錐状のため中心と周辺では反射波の位相が異なり図６（ａ）よりはその影響は少ない。図６（ｃ）は、レドーム５３の形状は平面であるが、主反射鏡５１に対して傾斜させて、雪を滑らせて雪害を防ぐ構造になっている。この場合も、反射波はレドーム５３の全面からの位相が異なり図６（ａ）よりはその影響は少ない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来例で説明した通り、レドームによる反射損失はゼロではなく、このレドームによる反射損失が見過ごされていたために、アンテナの利得性能がレドームによる影響の分だけ低下していた。
本発明は、かかる課題に鑑み、特に、平面据付タイプのレドームによる反射損失を無くすため、レドームの反射波の略２分の１の位相を１８０°遅らせて反射波を相互に打ち消し合うレドームを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１の発明は、主反射鏡の前面に設け、受信妨害となる外部からの異物の進入を防ぐレドームにおいて、前記主反射鏡からの放射電波の入射角が前記レドーム内面において垂直になるように配置すると共に、前記レドーム内面の前記主反射鏡側と対向する全表面の面積の略２分の１の範囲に略均一な平面を有する段差を設け、前記段差は、前記レドーム面に同心円状又は前記レドーム面に半円状に形成されることを特徴とする。レドームはアンテナからの放射電波をできるだけ損失がなく放射されるようにその材質と厚みが決定される。材質と厚みはその材質が持つ比誘電率と放射電波の周波数で決定され、一般的には一定の使用周波数の条件下で最適の材質と厚みが選択される。そして、選択された材質を用いて型により成型される。理想的には放射した電波の全てがレドームから放射されれば効率は１００％であるが、実際は何らかの反射波が発生してそれによる反射損失が発生する。このとき、反射波の位相はレドーム面が均一であれば全て同相で反射される。その結果、放射波に歪やノイズ等の悪影響を与える。この原因は、レドーム面が全面均一であるからである。そこで主反射鏡側と対向する全表面の面積の２分の１に段差を設けることは位相を変化させる上で有効である。
また、レドームの段差面と段差のない面との面積比は１：１が理想である。またレドームを取り付けるアンテナは円形のパラボラかカセグレン型のアンテナである。また、レドームは型により大量生産されるので、型の経費をいかに安く作るかも課題である。円形の型の場合、段差を同心円状に作るのは比較的容易である。また、円状のレドームの面積を半分にする最も簡単な方法は、円を面対称に折り曲げてその中心線から分ける方法である。かかる発明によれば、レドーム面の主反射鏡側と対向する全表面の面積の２分の１に段差を設けたので、反射波の半分の位相が異なる位相を持ち、その段差の距離を適切に決定すれば、反射波を打ち消すことができる。
また、段差を同心円状に作るので、型を作るのが比較的容易であり、型代も安くなる。また、円を面対称に折り曲げてその中心線から分けるだけで簡単に面積を半分にでき、設計が容易となり、型も簡単になり型代が安くなる。
また、請求項２の発明は、前記段差の深さは、自由空間波長をλ₀、ｎを整数としたとき略（２ｎ＋１）λ₀／４とすることも本発明の有効な手段である。レドームの段差の深さは、放射波が段差のない面から段差面で反射して、また段差のない面に戻ってきた時に１８０°位相が遅れていれば良い。つまり、レドームの段差の距離をλ₀／４にすれば、反射して往復λ₀／４×２＝λ₀／２となり、位相で１８０°遅れた反射波を作ることができる。かかる技術手段によれば、レドームの段差の深さをλ₀／４としたので、位相で１８０°遅れた反射波を作ることができ、全体として反射波を打ち消すことができる。
【０００６】
また、請求項３の発明は、前記レドーム面に対して同心円状に形成された前記段差は、前記同心円の内円若しくは外円の何れか一方に形成されることも本発明の有効な手段である。レドームの段差の深さは請求項２によりλ₀／４に形成し、その面積を約半分にすれば反射波を打ち消すことができる。極論すれば、レドームの段差の深さと面積が前記条件を満足していれば、同心円のどの部分が段差面であっても構わない。かかる技術手段によれば、レドームの同心円のどの部分が段差面であっても構わないので、型を作る時の制約がなくなり、型代が安くなる。
【０００７】
また、請求項４の発明は、前記段差は、前記レドーム面に対して１／ｎ（ｎは偶数）の円状に形成されることも本発明の有効な手段である。
前記請求項１では半円状にしたが、半円に限らず合計の段差面と他の面の面積比が同じで、しかも上下または左右対称であれば良い。従って、１／ｎ（ｎは偶数）の円状に形成するようにｎを任意に選択しても同じ特性を得ることができる。かかる技術手段によれば、レドームの段差面を１／ｎ（ｎは偶数）の円状に形成するので、レドームの型を小さくすることができ、型代のコストダウンとなる。
また、請求項５の発明は、前記段差面と非段差面からの反射波のパワーが等しくなるように前記段差面の面積を決定することも本発明の有効な手段である。
請求項１から６までは、段差面と他の面の面積比により反射波を打ち消していたが、実際にはレドーム面におけるパワーは一様とは限らない。その場合、面積とそこから反射するパワーは完全に比例するとは限らない。そこで、反射波のパワーが等しくなるように前記段差面の面積を決定するようにすれば、より確実に反射波を打ち消すことができる。かかる技術手段によれば、反射波のパワーが等しくなるように前記段差面の面積を決定するので、より確実に反射波を打ち消すことができる。
また、請求項６の発明は、前記レドームの厚さは、前記段差の有無によらず全ての面で同一の厚さであることも本発明の有効な手段である。レドームの厚さは、レドームの材質と使用周波数により決定される。従って、レドームに段差を設けた場合、その部分が他の面に比較して薄くなると、全体の特性が変化してしまう。そのため、レドーム全体としてその厚さは均一にしておく必要がある。かかる技術手段によれば、レドーム全体としてその厚さは均一にしたので、レドームの透過率は均一となり、反射波のみ打ち消すことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の第１の実施形態におけるレドームを使用したカセグレン型アンテナの平面図と断面図である。図１（ａ）は平面図であり、ＦＲＰ(Fiber Reinforced Plastics)繊維強化プラスチック、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂等で型成型されたレドーム１０は、同心円状の形をしており、外円部１と内円部２から構成されている。図１（ｂ）は、断面図であり、レドーム１０はカセグレン型アンテナの主反射鏡６に図示しない構造により固定され、前記主反射鏡６からの放射電波の入射角が前記レドーム１０の内面の全ての面において垂直になるように配置される。
また、レドーム１０の内面は一定の距離の段差を有する段差面３が内円部２と対向する位置に形成され、外円部１に対向する位置に非段差面７がありレドーム１０の厚みが常に一定になるように形成されている。主反射鏡６内部には電波を放射する放射器４と、その放射器４からの電波を双曲面により主反射鏡６に反射する副反射鏡５により構成されている。本実施形態によるレドーム１０は、図１（ａ）の反射パワーＰ１とＰ２が同一になるように面積が決定される。
図２は、本発明の第２の実施形態におけるレドームを使用したカセグレン型アンテナの平面図と断面図である。同じ構成要素には同じ参照番号が付されているので、重複する説明は省略する。図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は、断面図である。図１と異なる点は、図１のレドーム１０の表裏を逆にして取り付けた点である。
【０００９】
次に、図４（ａ）と併せて参照しながら図１と図２の動作について説明する。説明の前に前記従来例で説明した波長とレドームの材質の関係について再掲する。つまり、使用電波の自由空間波長をλ₀、使用する誘電体の比誘電率をεｒ、レドームに対する電波の入射角をθｉｎとすると、レドームを構成する誘電体板の厚みｄは式（１）で表される。
ｄ＝（Ｎλ₀）／｛２（εｒ−ｓｉｎ２θｉｎ）^1/2｝・・・式（１）
なお、Ｎは自然数であり、レドームの次数と呼ばれている。そして、レドーム（誘電体板）を式（１）を満足する厚みｄとすることで、レドームでの反射を小さくし、使用する周波数の電波を低損失で透過するようにしている。また、電波の周波数ｆ、その自由空間波長λ₀と光速Ｃとの間には式（２）の関係がある。
λ₀＝Ｃ／ｆ・・・式（２）
ここで、入射角θｉｎを０°とすると、式（１）は
ｄ＝Ｎλ₀／２・εｒ^1/2・・・式（３）
となり、比誘電率εｒのレドーム内の波長をλｇとすると、
λｇ＝λ₀／εｒ^1/2・・・式（４）
であるので、式（３）は、
ｄ＝λｇ・Ｎ／２・・・式（５）
と表せる。つまり、誘電体板の厚みはレドームの材質と使用周波数により一義的に決定される。
【００１０】
図４（ａ）は、レドーム１０の厚みを表す断面図であり、非段差面１と非段差面７の距離は式（５）によりλｇ相当にしてある。段差面３の距離はλ₀／４相当にしてある。この形状のレドームに放射波を透過させると、非段差面７で発生した反射波３０をｓｉｎωｔとすると、段差面３に入射したときに発生する反射波３２は、λ₀／４相当の往復の距離分反射波３１が１８０°位相が遅れるため、反射波３２はｓｉｎ（ωｔ−１８０°）＝−ｓｉｎωｔとなり、非段差面７と段差面３の面積が等しければ、お互いに位相が逆の反射波により放射器４で合成されてキャンセルされる。また、図２のように逆の面の場合は、非段差面２の反射波の位相に対して、段差面１の反射波の位相が逆相となり同様な特性を示す。図３は、本発明の第３の実施形態におけるレドームを使用したカセグレン型アンテナの平面図と断面図である。同じ構成要素には同じ参照番号が付されているので、重複する説明は省略する。図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は、断面図である。図１と異なる点は、段差面と非段差面が等面積の半円状に形成されている点である。図３（ａ）は平面図であり、ＦＲＰ(Fiber Reinforced Plastics)繊維強化プラスチック、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂等で型成型されたレドーム２０は、半円状の形をしており、非段差面２１と段差面２３から構成されている。図３（ｂ）は、断面図であり、レドーム２０はカセグレン型アンテナの主反射鏡６に図示しない構造により固定され、前記主反射鏡６からの放射電波の入射角が前記レドーム２０の内面の全ての面において垂直になるように配置される。
また、レドーム２０の内面は一定の距離の段差を有する段差面２６が段差面２３と対向する位置に形成され、非段差面２１に対向する位置に非段差面２５がありレドーム２０の厚みが常に一定になるように形成されている。主反射鏡６内部には電波を放射する放射器４と、その放射器４からの電波を双曲面により主反射鏡６に反射する副反射鏡５により構成されている。本実施形態によるレドーム２０は、図３（ａ）の非段差面２５の面積（Ｓ３）と段差面２６の面積（Ｓ４）が実線２２を中心に同じになるように形成されている。この図では上下に分かれているが、点線２４を中心に左右でもかまわない。
【００１１】
次に、図４（ｂ）と併せて参照しながら図３の動作について説明する。図４（ｂ）は、レドーム２０の厚みを表す断面図であり、非段差面２１と非段差面２５の距離は式（５）によりλｇ相当にしてある。段差面２６の距離はλ₀／４相当にしてある。この形状のレドームに放射波を透過させると、非段差面２５で発生した反射波３５をｓｉｎωｔとすると、段差面２６に入射したときに発生する反射波３７は、λ₀／４相当の往復の距離分反射波３６が１８０°位相が遅れるため、反射波３７はｓｉｎ（ωｔ−１８０°）＝−ｓｉｎωｔとなり、非段差面３５と段差面２６の面積が等しければ、お互いに位相が逆の反射波により放射器４で合成されてキャンセルされる。
図５は、図４（ｂ）のレドームの変形実施例について説明する図である。レドームの段差面と非段差面の面積は、前記で述べたとおり同じか、若しくは反射パワーが同一になるように決定されればよい。従って、１／ｎ（ｎは偶数）に分割して段差面と非段差面の数が等しくなるように、しかも上下または左右対称に配分する。図５（ａ）は１／４の場合であり、それぞれの面積をＳ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８とすると、Ｓ５＋Ｓ７＝Ｓ６＋Ｓ８を満足すればよい。同様に、図５（ｂ）は１／６の場合であり、それぞれの面積をＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５とすると、Ｓ１０＋Ｓ１２＋Ｓ１４＝Ｓ１１＋Ｓ１３＋Ｓ１５を満足すればよい。
【００１２】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、請求項１は、レドーム面の半分に段差を設けたので、反射波の半分の位相が異なる位相を持ち、その段差の距離を適切に決定すれば、反射波を打ち消すことができる。
また、段差を同心円状に作るので、型を作るのが比較的容易であり、型代も安くなる。更に、円を面対称に折り曲げてその中心線から分けるだけで簡単に面積を半分にでき、設計が容易となり、型も簡単になり型代が安くなる。
請求項２は、レドームの段差の距離をλ₀／４としたので、位相で１８０°遅れた反射波を作ることができ、全体として反射波を打ち消すことができる。
請求項３は、レドームの同心円のどの部分が段差面であっても構わないので、型を作る時の制約がなくなり、型代が安くなる。
請求項４は、レドームの段差面を１／ｎ（ｎは偶数）の円状に形成するので、レドームの型を小さくすることができ、型代のコストダウンとなる。
請求項５は、反射波のパワーが等しくなるように前記段差面の面積を決定するので、より確実に反射波を打ち消すことができる。
請求項６は、レドーム全体としてその厚さは均一にしたので、レドームの透過率は均一となり、反射波のみ打ち消すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は本発明の第１の実施形態におけるレドームを使用したカセグレン型アンテナの平面図と断面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は本発明の第２の実施形態におけるレドームを使用したカセグレン型アンテナの平面図と断面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は本発明の第３の実施形態におけるレドームを使用したカセグレン型アンテナの平面図と断面図である。
【図４】（ａ）はレドーム１０の厚みを表す断面図、（ｂ）はレドーム２０の厚みを表す断面図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は図４（ｂ）のレドームの変形実施例について説明する図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は従来例におけるレドームの形状を表す概念図である。
【符号の説明】
１、７ 非段差面、２、３ 段差面、４ 放射器、５ 副反射鏡、６ 主反射鏡、１０ レドーム

Claims (6)

1. 主反射鏡の前面に設け、受信妨害となる外部からの異物の進入を防ぐレドームにおいて、前記主反射鏡からの放射電波の入射角が前記レドーム内面において垂直になるように配置すると共に、前記レドーム内面の前記主反射鏡側と対向する全表面の面積の略２分の１の範囲に略均一な平面を有する段差を設け、
   前記段差は、前記レドーム面に同心円状又は前記レドーム面に半円状に形成されることを特徴とするレドーム。
2. 前記段差の深さは、自由空間波長をλ₀、ｎを整数としたとき略（２ｎ＋１）λ₀／４とすることを特徴とする請求項１記載のレドーム。
3. 前記レドーム面に同心円状に形成された前記段差は、前記同心円の内円若しくは外円の何れか一方に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載のレドーム。
4. 前記段差は、前記レドーム面に１／ｎ（ｎは偶数）の円状に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載のレドーム。
5. 前記段差面と非段差面からの反射波のパワーが等しくなるように前記段差面の面積を決定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のレドーム。
6. 前記レドームの厚さは、前記段差の有無によらず全ての面で同一の厚さであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のレドーム。

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