JP4784115B2 - レドーム - Google Patents
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Description
本発明は、レドームに関し、さらに詳しくは必要な周波数帯域の電波を透過させつつ、優れた遮蔽性能を発揮して被探知性能の向上を可能とするレドームに関するものである。
従来から、航空機、船舶、車両、建造物等に設置されるレーダアンテナを覆って、外部環境から保護するとともに、レーダアンテナが送受信する電波を透過可能とするレドームが使用されている。
レドームが透過させる電波の周波数帯域が広域になると、第三者等が発信した電波も透過させ易くなり、透過した電波がレドームの内側に設置したレーダアンテナ等の設備で反射するため、第三者等にその存在を探知されてしまうことになる。
そこで、レドームに周波数選択板（ＦＳＳ）を設けて、透過させる周波数帯域を制限し、自己のレーダアンテナを従来どおり機能させつつ、第三者等の送信した電波の透過を防いでレーダ断面積（ＲＣＳ）を減少させる構造が提案されている（特許文献１参照）。
レドームで覆われるレーダアンテナは、多数の周波数帯域の電波を送受信することが多く、例えば、波長が１０倍以上異なる電波が送受信されることもある。
一般的に周波数選択板は、設定した透過周波数の逓倍波に対しても一定の透過率を有するので、レドームの内側に多数の周波数帯域の電波を送受信するレーダアンテナが設置され、低周波帯域の電波が透過可能な設定にすると、この逓倍波に相当する不要な電波の透過窓が形成されることになる。したがって、特許文献１で提案されている構造では、この不要な電波の透過窓から第三者等の発信した電波が透過および反射して遮蔽性が低下することになる。即ち、探知され易くなるという問題があった。
特開２００１−２９８３２２号公報
本発明の目的は、必要な周波数帯の電波を透過させつつ、優れた遮蔽性能を発揮して被探知性能の向上を可能とするレドームを提供することにある。
上記目的を達成するため本発明のレドームは、レーダアンテナを周波数選択層を備えた壁体で覆い、前記レーダアンテナが送受信する所定の周波数帯域の電波を透過可能とするレドームであって、前記壁体の周波数選択層の外側に、前記レーダアンテナで使用される周波数帯域よりも低い帯域の周波数１００ＭＨｚ以上５ＧＨｚ以下用の低周波アンテナを設け、前記周波数選択層は前記低周波アンテナで送受信する低周波帯域の電波を透過させないように設定したことを特徴とするものである。
即ち、本発明において低周波とは、一般にレーダで使用されるＸ帯（８ＧＨｚ〜１２．５ＧＨｚ）より低い帯域の１００ＭＨｚ以上５ＧＨｚ以下の周波数を意味する。
本発明のレドームによれば、レーダアンテナを周波数選択層を備えた壁体で覆い、レーダアンテナが送受信する所定の周波数帯域の電波を透過可能とするレドームであって、壁体の周波数選択層の外側に、前記レーダアンテナで使用される周波数帯域よりも低い帯域の周波数１００ＭＨｚ以上５ＧＨｚ以下用の低周波アンテナを設け、前記周波数選択層は前記低周波アンテナで送受信する低周波帯域の電波を透過させないように設定したので、第三者等が発信した不要な電波は、周波数選択層によって減衰して反射が抑制され、これによってレーダ断面積が減少するので優れた遮蔽性が発揮され、存在を探知されにくくすることが可能となる。一方で、必要な所定の周波数帯域の電波は周波数選択層を透過させて、レーダアンテナを通常どおりに機能させることができる。
また、必要な低周波帯域の電波は、低周波アンテナで送受信することができるので、周波数選択層を低周波帯域の電波を透過させるように設定する必要がない。そのため、周波数選択層に不要な電波の透過窓が形成されることがなく、第三者等の発信した電波の透過および反射を防いで、被探知性能を向上させることが可能となる。
以下、本発明のレドームを図に示した実施形態に基づいて説明する。図３に示すように、レーダアンテナ７やレーダ装置８等は、レドーム１の壁体２に覆われて外部環境から保護されている。この壁体２は、レーダアンテナ７が送受信する所定の周波数帯域の電波が透過可能となっている。
この壁体２の構造を図１および図２に示す。厚み方向の断面構造は、図１に示すように内側から順に第１誘電体層４ａ、周波数選択層３、第２誘電体層４ｂ、第３誘電体層４ｃが積層されている。第２誘電体層４ｂと第３誘電体層４ｃとの間には導体５が配置されている。
図２は、この壁体２の内部構造を誘電体層４を透視して正面で示したものであり、多数の十字状の開口部３ａを所定周期で配置した周波数選択層３が用いられており、周波数選択層３の正面方向に対して、中央部下側に小型の矩形板状の導体５が配置されている。
周波数選択層３は、例えば、金属粒子やカーボン粒子等を混入させた導電性塗料を塗工することや、プリント基板の製造工程を用いて銅箔等によって形成され、透過させる周波数帯域によって、開口部３ａの大きさ、形状、配置周期が適宜、決定される。したがって、開口部３ａの形状は図示したものに限定されないが、遮蔽性を向上させるには、いわゆる開口型の周波数選択層３が好ましい。
上記した壁体２の構造において、第２誘電体層４ｂと、第２誘電体層４ｂを挟んで対向する周波数選択層３および導体５とによって、周波数選択層３をグランド面として利用したマイクロストリップアンテナ６が構成される。
周波数選択層３の外側に設けるアンテナは、このようなマイクロストリップアンテナ６に限定されず、他のタイプの低周波アンテナを用いることができるが、マイクロストリップアンテナ６にするとレドーム１の壁体２に実装し易くなる。
この構造によれば、図１に示すようにレドーム１の内側に設置されたレーダアンテナ７が送受信する所定の周波数帯域の電波ＨＷは、壁体２を透過するのでレーダアンテナ７は所定どおりに機能する。一方、必要な低周波帯域の電波ＬＷは、マイクロストリップアンテナ６によって送受信されることになり、多数の周波数帯域の電波を送受信することが可能となる。
第三者等が送信した外部からの不要な電波ＥＷは、周波数選択層３によって減衰して壁体２を透過しにくくなり、内側のレーダアンテナ７やレーダ装置８等による反射が抑制されて、第三者等がその反射波を受信するのは困難となる。このように優れた遮蔽性が発揮されて、レーダ断面積（ＲＣＳ）が減少して存在の探知がされにくくなる。
図４に１．０ＧＨｚおよび９．５ＧＨｚの周波数の電波の送受信が必要とされる場合の周波数選択層３の電波透過特性を例示する。図４の縦軸は電波の透過率、横軸は周波数を示している。
低周波アンテナ６を周波数選択層３の外側に設けず、レドーム１の内側に設置する従来のようなレドームでは、周波数選択層３は１．０ＧＨｚおよび９．５ＧＨｚの周波数の電波を透過させるように設定されることになる。
一般に周波数選択層３は、透過可能に設定した周波数の電波だけでなく、その逓倍波に対しても一定の透過率を有するようになる。したがって、周波数選択層３の電波透過特性は、図４の曲線Ｈおよび曲線Ｌで示すものとなり、曲線Ｌが示すように設定周波数（１ＧＨｚ）だけでなく、その逓倍波となる２ＧＨｚ、３ＧＨｚ、４ＧＨｚ等の周波数においても透過のピークを有することになる。このように、不要な電波の透過窓が形成されて遮蔽性が損なわれることになる。
実施形態では、１．０ＧＨｚの低周波の電波はマイクロストリップアンテナ６で送受信されるため、周波数選択層３は、９．５ＧＨｚの周波数の電波のみを透過されるように設定され、周波数選択層３は曲線Ｈで示すような電波透過特性となる。
即ち、周波数選択層３の外側に設けたマイクロストリップアンテナ６の存在によって、曲線Ｌで示した電波の透過窓が形成されずに優れた遮蔽性を発揮して、被探知性能を向上させることが可能となる。
尚、実施形態では、第１誘電体層４ａ〜第３誘電体層４ｃを設けているが、誘電体層４は透過させる電波の周波数、透過率、機械的強度等によって、厚み、積層数、誘電率等が適宜、決定され、実施形態に示したものに限定されるものではない。
例えば、図１において第３誘電体層４ｃを単なる一般的な塗装面にすることもできる。また、図５（ａ）に示すように誘電体層４を第１誘電体層４ａと第２誘電体層４ｂとの２層構造にすることも、図５（ｂ）に示すように第１誘電体層４ａ〜第４誘電体層４ｄを設けて４層構造にして、第１誘電体層４ａと第２誘電体層４ｂとの間、第２誘電体層４ｂと第３誘電体層４ｃとの間に周波数選択層３をそれぞれ設ける構造にすることもできる。
本発明で用いられる低周波アンテナの実装性を確認するため、３つのタイプのアンテナをモデル解析して整合状態を評価した。モデルの断面構造は、図５（ａ）で示す構造として、導体５を挟む一方面の誘電体層４ａを厚さ４ｍｍ、比誘電率（ε）４．５、誘電正接（tanδ）０．００８のガラス強化繊維プラスチック（ＧＦＲＰ）、他方面の誘電体層４ｂを一般的な塗装の塗膜層とし、グランド面となる周波数選択層３を高周波用開口型ＦＳＳ層としたことを共通の条件として、導体５の仕様を表１および図６（ａ）〜（ｃ）に示す３タイプとした。尚、図６（ａ）〜（ｃ）において、符号Ｓが同軸の給電部である。表１のフィード位置とは導体（マイクロストリップパッチ）５の図中左縁から給電部Ｓまでの距離Ｆを意味する。
モーメント法を用いて解析し、定在波比（ＶＳＷＲ）を求めた結果を図７に示す。図７の縦軸は電圧定在波比（ＶＳＷＲ）、横軸は周波数を示している。この結果から、すべての実施例が、目的としたＩＦＦ帯（１．０３〜１．０９ＧＨｚ）においてＶＳＷＲ値が１に近く、良好な整合状態となり、使用可能な形態であることが解る。実際の用途において、帯域幅、指向性の点で改善するには導体５の素子形状の工夫とアレイ化によって対応することができる。
１ レドーム ２ 壁体
３ 周波数選択層（ＦＳＳ） ３ａ 開口部
４ 誘電体層
４ａ 第１誘電体層 ４ｂ 第２誘電体層
４ｃ 第３誘電体層 ４ｄ 第４誘電体層
５ 導体
６ 低周波アンテナ（マイクロストリップアンテナ）
７ レーダアンテナ ８ レーダ装置
３ 周波数選択層（ＦＳＳ） ３ａ 開口部
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６ 低周波アンテナ（マイクロストリップアンテナ）
７ レーダアンテナ ８ レーダ装置
Claims (2)
- レーダアンテナを周波数選択層を備えた壁体で覆い、前記レーダアンテナが送受信する所定の周波数帯域の電波を透過可能とするレドームであって、前記壁体の周波数選択層の外側に、前記レーダアンテナで使用される周波数帯域よりも低い帯域の周波数１００ＭＨｚ以上５ＧＨｚ以下用の低周波アンテナを設け、前記周波数選択層は前記低周波アンテナで送受信する低周波帯域の電波を透過させないように設定したことを特徴とするレドーム。
- 前記低周波アンテナが、前記周波数選択層と、前記周波数選択層の外側に積層した少なくとも１層の誘電体層と、該誘電体層を挟んで前記周波数選択層と対向して積層した導体とから構成されるマイクロストリップアンテナである請求項１に記載のレドーム。
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