JP4944044B2 - 集積アンテナのレーダ断面積を減少する方法及び構成 - Google Patents
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Description
集積アンテナとその周囲材料との間の散乱特性の円滑な遷移;
減少したモノスタティックレーダ断面積を有する集積アンテナアレイ;
集積アンテナのレーダ断面積の減少。
RCS及び物理光学近似
対象物のレーダ断面積(RCS)、すなわちσの基本定義は、無限距離にいる観察者の方向における入射電力に対する散乱電力の振幅の比である。換言すると、等方的に散乱した場合に同一の散乱電力密度を結果として与える領域と同等である[[5]。対象物のRCSは、散乱波の振幅と入射波の振幅との比として判定される。すなわち、
すなわち反射係数ρPEC=−1により与えられる。散乱界全体は、表面上の磁流M及び電流Jの積分により取得される。
空間座標
x、
周波数
f、
方向
及び
入射波
Ei
の偏光に依存する。これにより、散乱界のPO近似が以下のように与えられる:
である。RCSの物理光学近似は以下の式を与える:
PO近似における反射係数ρ及び辺aを有する正方形平面の形態のアンテナのRCSについて検討する。入射波の方向を
で与える。アンテナのモノスタティックRCSは、以下の式に従って計算される:
となるように高い導電性
及び非常に薄い厚さ
を有する。例えば、[4、[7、[8]を参照。そのようなシートは、ソールズベリ・スクリーン及びJaunmann吸収体等のレーダ吸収性材料(RAM)において使用される[4]。それらシートは、自由空間に対してアンテナのエッジを漸減するために更に使用される[1、[9]。それらの散乱特性は、[10、[11]において詳細に分析される。
及び非常に薄い厚さ
を有するのが好ましい。特に、シートの適切な材料は、ソールズベリ・スクリーン、導電ペイント及び導電性フィルム等のレーダ吸収性材料(RAM)において共通して使用されるグループから選択される。材料は、いわゆる低放射ウィンドウの金属被膜上に見つけられる。
薄い導電性シート
上述したように、アンテナアレイの回折界を低減するために、アンテナアレイとPEC等の周囲材料との間の境界面にわたり、散乱特性の円滑な遷移、すなわちRCSを提供する必要がある。
であることは容易に分かる。対応する透過係数は、同様にτR=1+ρRにより与えられる。
遷移帯の長さに対する3つの例の間に大きな相違点はない。高周波数の場合、円滑な遷移に対する改善は顕著である。
数値的な例
数値シミュレーションは、2つの異なるアレイアンテナのRCSの減少を示すために使用される。無限倍有限アレイについて検討する。コードが周期的境界条件を処理できる限り、無限アンテナアレイは、時間領域差分法(FDTD)、モーメント法(MoM)又は有限要素法(FEM)のうちいずれかを使用して周知の方法でシミュレートされる[2、[12、[13]。ここでは、H.Holterにより開発されたコード周期的境界時間領域差分法(PB−FDTD)[13]が使用される。
自己相補的なパッチアレイ
本発明の一実施形態によると、複数のPECパッチを含む無限アンテナアレイを考慮する。パッチは、使用される供給点に依存して±45°の方向に直線偏波界を与える各パッチの角部で供給される。パッチアレイは略自己相補的である。すなわち、PEC構造はその補完的役割をするものと略同一である。
のシートの厚さが使用される[2、[3、[14]。単一の誘電体シートの例は、パラメトリックスタディにより容易に分析される。
の範囲で極角θを使用するのが便利である。
であるモノスタティックRCSは約20dBm減少する。
周波数選択レドーム(FSS)
図9を参照して、本発明のアンテナ構造の上部に提供される有限倍無限FFSレドームのRCSについて検討する。ここでは4つの脚を持つループ要素を含む対称ハイブリッドレドームについて検討する。
表面波
図12を参照すると、本発明によるアンテナアレイのRCSを更に改善するために、表面波の劣化作用を低減できる。これは、表面波をサポートしないアンテナアレイ構造を使用することにより行なわれる。特定の実施形態によると、RAMをアンテナ構造に含み、表面波の劣化作用を低減できる。アンテナと周囲PECとの境界面において周囲PEC材料20からアンテナ10を分離するRAM構造及び適用された遷移帯30を有するアンテナ構造により、これを図12に示す。遷移帯30は、RAM部にわたり延在するように適応されるのが好ましい。図13a及び図13bに示すように、数値シミュレーションは、本発明によるRAM部の追加により、表面波の一部は吸収され且つかすめ角(grazing angle)においてRCSは減少することを示す。
アンテナアレイのモノスタティックRCSが減少する。
略語
RCS レーダ断面積(Radar Cross Section)
PO 物理光学(Physical Optics)(近似)
RAM レーダ吸収性材料(Radar Absorbing Material)
TE Transverse Electric(偏光)
TM Transverse Magnetic(偏光)
FDTD 時間領域差分法(Finite-Difference Time-Domain method)
MoM モーメント法(Method of Moments)
FEM 有限要素法(Finite Element Method)
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付録I
薄い導電性シート
σd=R−1が有限となるように導電性σ→∞及び厚さd→0を有するシートの散乱特性を考慮する。複素値の比誘電率は以下のように書かれる:
反射係数の正規化
反射係数は以下のように与えられると仮定する:
Claims (13)
- 周囲を取り囲む部材(20)が、側面に対して隙間なく配され、かつ、主要な外面(11)を有するアンテナ(10)と、
前記主要な外面(11)の中央部を取り囲むようにして、前記主要な外面(11)の外縁部に配置され、かつ前記主要な外面の該外縁部と重なり合う遷移帯(30)と、を具備し、
前記遷移帯(30)は、前記アンテナ(10)と前記周囲を取り囲む部材(20)との間の散乱特性の円滑な遷移を可能にするために、前記アンテナ(10)の前記主要な外面(11)の抵抗率及び前記周囲を取り囲む部材(20)の抵抗率に依存する抵抗率であって、前記遷移帯の外周部からの距離によって変動する抵抗率を有するように構成された抵抗材料の層を含むことを特徴とするアンテナ構造体。 - 前記遷移帯(30)の外周部の位置は、前記主要な外面(11)の周囲と一致することを特徴とする請求項1記載のアンテナ構造体。
- 前記遷移帯(30)は、前記周囲を取り囲む部材(20)と重なり合うように配置されることを特徴とする請求項1記載のアンテナ構造体。
- 前記層の抵抗率は、前記遷移帯(30)の外周部において前記周囲を取り囲む部材(20)の抵抗率と等しいことを特徴とする請求項1記載のアンテナ構造体。
- 前記周囲を取り囲む部材(20)は、完全な導電体を含むことを特徴とする請求項1記載のアンテナ構造体。
- 前記アンテナ(10)表面の反射係数は、前記遷移帯の外周部からの距離に対して少なくとも部分的に直線的に変動することを特徴とする請求項1記載のアンテナ構造体。
- 前記アンテナ(10)表面の反射係数は、前記距離に対して少なくとも部分的に段階的に変動することを特徴とする請求項1記載のアンテナ構造体。
- 前記アンテナ(10)表面の反射係数は、前記距離に対して3次スプラインとして少なくとも部分的に変動することを特徴とする請求項1記載のアンテナ構造体。
- 表面波の劣化作用を低減するために、前記主要な外面(11)の周囲に沿って、前記抵抗層の下であって且つ前記アンテナ(10)と前記周囲を取り囲む部材(20)との間に配置されるレーダ吸収性部材(40)を更に具備することを特徴とする請求項1記載のアンテナ構造体。
- 前記周囲を取り囲む部材(20)は導電性部材を含むことを特徴とする請求項1記載のアンテナ構造体。
- 前記主要な外面と前記遷移帯との間に配置されるレドーム(50)を更に具備することを特徴とする請求項1記載のアンテナ構造体。
- 周囲を取り囲む部材が、側面に対して隙間なく配されるアンテナ構造体であって、
少なくとも1つの主要な面(11)を有するアンテナ(10)と、
前記主要な面(11)の中央部を取り囲むようにして、前記主要な面(11)の外縁部に配置され且つ前記主要な面(11)の該外縁部と重なり合う遷移帯(30)と、を具備し、
前記遷移帯(30)は、前記アンテナ(10)と前記周囲を取り囲む部材(20)との間の散乱特性の円滑な遷移を可能にするために、前記アンテナ(10)の前記主要な外面(11)の抵抗率及び前記周囲を取り囲む部材(20)の抵抗率に依存する抵抗率であって、前記遷移帯の外側端部からの距離によって変動する抵抗率を有するように構成される抵抗材料の層を含むことを特徴とするアンテナ構造体。 - 少なくとも1つの主要な外面(11)を含み且つ周囲を取り囲む部材(20)が、側面に対して隙間なく配されるアンテナ(10)の散乱特性を改善する方法であって、
前記主要な外面(11)の中央部を取り囲むようにして、前記主要な外面(11)の外縁部に配置され且つ前記主要な外面(11)の該外縁部と重なり合う遷移帯(30)を提供する工程を備え、
前記遷移帯(30)は、前記アンテナ(10)と前記周囲を取り囲む部材(20)との間の散乱特性の円滑な遷移を可能にするために、前記アンテナ(10)の前記主要な外面(11)の抵抗率及び前記周囲を取り囲む部材(20)の抵抗率に依存する抵抗率であって、前記遷移帯の外周部からの距離によって変動する抵抗率を有するように構成される抵抗材料の層を含むことを特徴とする方法。
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