JP6766420B2

JP6766420B2 - レドーム

Info

Publication number: JP6766420B2
Application number: JP2016080062A
Authority: JP
Inventors: 田所　眞人; 眞人田所; 輝規宮崎
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2016-04-13
Filing date: 2016-04-13
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2036-04-13
Also published as: JP2017192012A

Description

本発明は、アンテナを被覆するレドームに関する。

従来、船舶等に設置されるアンテナは、アンテナの保護および透過周波数帯の選択を目的としてレドームで被覆されている。特に、船舶向けレドームとしては、従来アンテナパターン歪みを最小化させるために円筒とドームの組合せによる形状のものが多く用いられている。
また、例えば下記特許文献１には、円錐台型のレドームが開示されている。

特開２０１４−１３８２８１号公報

レドームは、透過周波数帯では良好な透過特性を有する一方で、透過周波数帯外では一定割合の電波を反射する。そのため、例えば円筒型のレドームでは、寸法が大きくなるとレーダ反射断面積（ＲＣＳ）が大きくなるという課題がある。
特に、レドームはアンテナ全面を覆い表面積が大きいため、内蔵するアンテナ等のレーダ反射断面積低減を図っても全体としてはレドームのレーダ反射断面積が支配的になり、レーダ反射断面積の低減を図ることができない。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、レーダ反射断面積を低減したレドームを提供することにある。

上述の目的を達成するため、請求項１の発明にかかるレドームは、取り付け面から起立するアンテナを覆い板材により形成され前記取り付け面との間にアンテナを収容する閉塞空間を形成する中空状の胴部を有するレドームであって、前記胴部は、側面視した場合に前記取り付け面に対して垂直方向に軸方向を向けた複数の円錐台が重ね合わされた形状で構成されており、前記円錐台の底面を前記円錐台の下部とし、前記円錐台の上面を前記円錐台の上部とした場合、複数の円錐台が重ね合わされた箇所においてそれら円錐台の底面、上面は前記板材が設けられていない仮想の底面、仮想の上面であり、前記胴部は、複数の円錐台が交互に上下を反転させて重ね合わされて構成され、重ね合わされた円錐台の仮想の底面と仮想の上面とは、それぞれ同一の半径で形成されている、ことを特徴とする。
請求項２の発明にかかるレドームは、前記取り付け面から起立する前記レドームの箇所は、前記板材が設けられていない前記円錐台の仮想の上面の周囲に位置する前記円錐台の側面の端部であることを特徴とする。
請求項３の発明にかかるレドームは、前記複数の円錐台は、同一の形状で形成されていることを特徴とする。
請求項４の発明にかかるレドームは、前記レドームは、前記胴部の上に重ねられる頂部をさらに備え、前記頂部は、上方に凸状で中空の形状で設けられている、ことを特徴とする。
請求項５の発明にかかるレドームは、前記胴部の最も上方に位置する上端と、前記頂部の最も下方に位置する下端とは、平面視した場合、合致した形状で形成されている、ことを特徴とする。
請求項６の発明にかかるレドームは、前記頂部は、球面状に又は円錐状に形成されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、レドームの胴部が垂直方向に対して傾斜角を有し、レドームの透過帯域外の電波を反射する際に、反射波を電波の到来方向とは異なる方向に散乱させるので、レドームのレーダ反射断面積を低減させる上で有利となる。また、レドームが被覆するアンテナからの発信波についても、レドーム内表面で一部の発信波が反射する際に、その到来方向とは異なる方向に散乱させるので、反射波が発振波に干渉する割合を低減させ、アンテナの放射パターンを向上させる上で有利となる。
本発明によれば、複数の円錐台を交互に上下を反転させて底面同士または上面同士を重ねあわせているので、複数の円錐台を同方向に向け底面と上面とを重ねあわせる場合と比較して、レドームの胴部の屈曲点の角度がなだらかとなり、レドームの周波数特性への影響を低減する上で有利となる。
本発明によれば、仮想の底面の周囲の側面を接触面にする場合と比較してレドームと取り付け面との接触面積を低減することができ、レドームの装備スペースを低減する上で有利となる。
本発明によれば、胴部の垂直面に対する傾斜角が一定となるので、レドーム表面での反射波の進行方向を揃えることができ、レドームを設置した船舶等がレーダなどに検知されにくくする上で有利となる。
本発明によれば、頂部が上方に凸状となっているので、頂部への降水や積雪の堆積を防止する上で有利となる。

図１Ａは実施の形態にかかるレドーム１０の斜視図、図１Ｂはレドーム１０の側面図である。実施の形態にかかるレドームの他の形状例を示す図である。実施の形態にかかるレドームの他の形状例を示す図である。レドーム形状別のレーダ反射断面積を示すグラフである。レドームとアンテナの形状組み合わせを示す図である。レドーム単層の周波数特性を示すグラフである。アンテナからの発信波の反射を模式的に示す説明図である。円錐台の定義を説明するための図である。実施の形態にかかるレドームの他の形状例を示す図である。実施の形態にかかるレドームの他の形状例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかるレドームの好適な実施の形態を詳細に説明する。
図１に示すように、レドーム１０は、取り付け面Ｇに対して垂直に起立するアンテナ２０を覆う胴部１６を有している。胴部１６は、周波数選択性を有する板材Ｐで中空状に形成されている。胴部１６は取り付け面Ｇから垂直に起立し、取り付け面Ｇ上で胴部１６の内部にアンテナ２０を収容する閉塞空間Ｓが形成されている。
胴部１６は、側面視した場合にアンテナ２０の起立方向と軸方向を一致させた複数の円錐台１２を重ね合わせた形状で構成されている。

ここで、円錐台１２とは、図８に示すように、円錐３２をその底面１２０２に平行な平面で切断し、切断された円錐の部分３０１０を取り除いた形状である。
円錐台１２は、底面１２０２と、底面１２０２よりも面積が小さく底面１２０２に平行する上面１２０４と、底面１２０２および上面１２０４を接続する円錐面状の側面１２０６を有している。底面１２０２側が円錐台１２の下部であり、上面１２０４側が円錐台１２の上部である。

図１に示すように、レドーム１０の胴部１６は一体に形成されており、胴部１６は、側面視した場合にその外観が円錐台１２を重ね合わせた形状で構成されている。
胴部１６は中空状でありその内部に閉塞空間Ｓが形成されるため、円錐台１２が重ね合わされる箇所において、それら円錐台１２の底面１２０２および上面１２０４を構成する板材Ｐは設けられておらず、それら円錐台１２の底面１２０２および上面１２０４は仮想の底面１２０２および仮想の上面１２０４となっており、それらの箇所においては上下の円錐台１２の側面１２０６を構成する板材Ｐどうしが接続されている。
また、取り付け面Ｇから起立する胴部１６の最も下方に位置する最下位面１６１０を構成する底面１２０２または上面１２０４にも板材Ｐが設けられておらず、一方、胴部１６の最も上方に位置する上端１６１２を構成する底面１２０２または上面１２０４には板材Ｐが設けられている。
なお、胴部１６の取り付け面Ｇへの取り付けは、例えば、最も下方に位置する円錐台１２の側面１２０６の端部に設けたフランジをボルトにより取り付け面Ｇに締結するなど、従来公知の様々な構成によりなされている。

図１ではアンテナ２０の起立方向と軸方向を一致させた２つの円錐台１２Ａ，１２Ｂが、交互に上下を反転させて重ね合わされて構成されており、２つの円錐台１２Ａ，１２Ｂは、同一の形状で形成されている。すなわち、複数の円錐台１２の底面１２０２、上面１２０４および高さはそれぞれ同一の寸法で形成されている。
なお、重ね合わされた円錐台１２Ａ，１２Ｂの仮想の底面１２０２Ａと仮想の底面２０２Ｂとは、それぞれ同一の半径Ｒで形成されている。

上側に位置する円錐台１２Ａは、レドーム１０の胴部１６の上端となる上面１２０４Ａと、側面１２０６Ａとを有している。
また、下側に位置する円錐台１２Ｂは、取り付け面Ｇから起立し側面１２０６Ａの下端に接続される側面１２０６Ｂを有している。

また、レドーム１０を構成する複数の円錐台のうち、最も下位に位置する円錐台１２Ｂは上下が反転されており、取り付け面Ｇから起立する胴部１６の箇所は、円錐台１２Ｂの仮想の上面の周囲に位置する側面１２０６Ｂの端部となっている。

レドーム１０に覆われるアンテナ２０は、取り付け面Ｇから垂直方向に起立する支持棒２２と、支持棒２２の先端に支持される送受信部２４とを備えている。本実施の形態では、送受信部２４はレドーム１０と同様に複数の円錐台形を組み合わせた形状となっている。すなわち、送受信部２４は、上面２６０４Ａを上方に向けた第１の円錐台２６Ａと、上面２６０４Ｂを下方に向けた第２の円錐台２６Ｂとによって構成されている。
なお、アンテナ２０の形状は、例えば図５のパターン１に示すような円筒型等、従来公知の様々な形状を適用可能である。

このように形成したレドーム１０の作用効果について説明する。
従来から使用されている円筒型のレドームは、側面が取り付け面に対して垂直なため、水平方向に進行してきた電波を反射し、発信方向へと戻す。よって、ＲＣＳが大きくなる。一方、本実施の形態のレドーム１０は、側面１２０６Ａ，１２０６Ｂに傾斜角があるため、水平方向に進行してきた電波を発振方向とは異なる方向に反射（散乱）し、ＲＣＳを低減することができる。
また、単純な円錐台型のレドームでは、側面の傾斜角が高さ方向で全て同一であるため、例えば船舶が揺動して側面が垂直方向に一致した場合、円筒型のレドームと同様にレーダ反射断面積が大きくなる。一方、本実施の形態のレドーム１０は、側面１２０６Ａと側面１２０６Ｂとで傾斜角が異なっており、単純な円筒台型のレドームと比較して連続して同じ傾斜角を有する部分の長さが小さくなっている。よって、例えば船舶が揺動して側面１２０６Ａまたは側面１２０６Ｂが垂直方向に向いた場合であっても、単純な円筒台型のレドームと比較してＲＣＳを低減することができる。

図４は、レドーム形状別のレーダ反射断面積を示すグラフである。
図４は、図５に示す各形状のレドームについてレーダ反射断面積を算出したものである。図５に示すように、パターン１は円筒型レドーム内に円筒型アンテナを設置したパターン、パターン２は円筒型レドーム内に複数の円錐台を組み合わせた形状（以下、「複数円錐台型」という）アンテナを設置したパターン、パターン３は複数円錐台型レドーム内に円筒型アンテナを設置したパターン、パターン４は複数円錐台型レドーム内に複数円錐台型アンテナを設置したパターンである。
各レドームは、スキン層にＧＦＲＰ（ＧｌａｓｓＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ，ガラス繊維強化プラスチック）を用いたサンドイッチ構造の板材を用いて形成されており、直径（複数円錐台型レドームにおいては円錐台の底面に対応する箇所の直径）１．５ｍ、高さ３ｍに揃えた。
各レドームの材料として用いたレドーム単層板の周波数特性を図６に示す。

図４を参照すると、レドームおよびアンテナを共に円筒型としたパターン１では全帯域でＲＣＳが高くなっているのに対して、レドームおよびアンテナを共に複数円錐台型としたパターン４では全帯域でＲＣＳが低くなっている。
また、レドームまたはアンテナのいずれかのみ複数円錐台型としたパターン２および３では、周波数によってＲＣＳが大きく変動しているが、レドームを複数円錐台型としたパターン３の方が平均的にややレーダ反射断面積が低い傾向がある。
このように、レドームやアンテナを複数円錐台型とすることにより、従来の円筒型レドームと比較して大幅にレーダ反射断面積を低減することができる。

また、図１のようにレドーム１０を形成する複数の円錐台（２つの円錐台１２Ａ，１２Ｂ）は同一の形状で形成されている。これにより、レドーム１０の表面で反射した反射波の進行方向（散乱方向）を揃えることができ、反射波の進行方向がバラつく場合と比較して、レドーム１０を設置した船舶等がレーダなどに検知されにくくする上で有利となる。

また、図７Ｂに示すように、円筒形のレドーム６０では、胴部６６が発信波Ｗ１の進行方向に対して垂直であることから、アンテナ６２から発振された発信波Ｗ１の一部がレドーム表面で反射した場合に、反射波Ｗ２が反射してアンテナ６２方向へ戻り、アンテナ６２からの発信波Ｗ１と干渉する場合がある。
一方、本実施の形態のレドーム１０は、図７Ａに示すように胴部１６が発信波Ｗ１の進行方向に対して傾斜しているため、レドーム表面での反射波Ｗ２が発信波Ｗ１の進行方向とは異なる方向へと進行（散乱）する。よって、反射波Ｗ２による干渉が起こりにくく、アンテナ１２の放射パターンを向上させる上で有利となる。

また、レドーム１０と取り付け面Ｇとの接触面は、円錐台の上面となっている。例えば図１では、下側に位置する円錐台１２Ｂの上面１２０４Ｂが取り付け面Ｇと接触している。
これは、円錐台の上面は底面よりも面積が小さく、レドーム１０と取り付け面Ｇとの接触面積を低減し、装備スペースを小さくすることができるためである。具体的には、例えば図１に示す本実施の形態のレドーム１０と、図５のパターン１に示すような単純な円錐台形のレドームとを高さＨ、上面の直径Ｒ１、底面の直径Ｒ２を同じに形成する場合を考える。
高さＨを３ｍ、上面の直径Ｒ１を１．５ｍ、底面の直径Ｒ２を２ｍとすると、本実施の形態のレドーム１０の取り付け面Ｇとの接触面積は約１．７７ｍ^２、円錐台形のレドームの取り付け面Ｇとの接触面積は約３．１４ｍ^２であり、装備に必要な面積は約４５％低減することができる。
なお、本実施の形態のレドーム１０を構成する各円錐台１２Ａ，１２Ｂにおいて、底面１２０２Ａ，１２０２Ｂと側面１２０６Ａ，１２０６Ｂとがなす角度をより大きくすれば、装備スペースをより小さくすることが可能となる。
例えば、レドーム１０を設置する船舶の甲板やマストなどは面積が限られているが、レドーム１０と取り付け面Ｇとの接触面積を低減することにより、これらのスペースをより有効に活用することができる。

（他の実施例）
以下、図１に示す形状以外の他の実施例について説明する。
なお、以下に説明する図２および図３ではレドームの外形のみを図示している。
図１のレドームは２つの円錐台を重ねあわせて構成されているが、図２に示すように、３つ以上の円錐台を交互に上下を反転させて重ね合わせてレドームを構成してもよい。
図２に示すレドーム４０は、６つの円錐台４２Ａ〜４２Ｆを重ねあわせている。６つの円錐台４２Ａ〜４２Ｆは同一の形状で形成されている。
より詳細には、最も上部に位置する円錐台４２Ａは上面４２０４Ａを上に向けており、上面４２０４Ａは胴部４６の上端を形成する。また、円錐台４２Ａの仮想の底面は、円錐台４２Ｂの仮想の底面と重ね合わされており、円錐台４２Ｂの仮想の上面は、円錐台４２Ｃの仮想の上面と重ね合わされている。
このように複数の円錐台４２Ａ〜４２Ｆを順次重ねあわせ、取り付け面Ｇからは、円錐台４２Ｆの仮想の上面の周囲に位置する円錐台４２Ｆの側面４２０６Ｆの端部が起立している。
各円錐台４２Ａ〜４２Ｆの側面４２０６Ａ〜４２０６Ｆにより、レドーム４０の胴部４６が形成されている。
上述のように、６つの円錐台４２Ａ〜４２Ｆは同一の形状で形成されているため、重ね合わされた円錐台４２Ａ〜４２Ｆの仮想の底面同士および仮想の上面同士は、それぞれ同一の半径で形成されている。
このように、２つ以上の円錐台でレドームを形成することにより、胴部４６をより小さく分割することができる。

また、レドーム１０に、図３に示すような胴部１６の上に重ねられる頂部１８をさらに設けてもよく、頂部１８は、胴部１６を構成する板材Ｐで形成されている。
頂部１８は、アンテナ２０の起立方向と軸方向を一致させた上方に凸状で中空の形状で設けられている。胴部１６の最も上方に位置する上端と、頂部１８の最も下方に位置する下端とは、平面視した場合、合致した形状で形成されている。
頂部１８は、例えば図３Ａに示すように上方に凸状の球面状で形成したり、図３Ｂに示すように上方に凸状の円錐で形成する。
このように、頂部１８を上方に凸状とすることにより、例えば頂部１８への降水や積雪の堆積を防止する上で有利となる。

また、図９に示すように、異なる形状の円錐台同士を重ね合わせてレドームを構成してもよい。
図９に示すレドーム７０は、２つの円錐台７２Ａ，７２Ｂを重ねあわせている。２つの円錐台７２Ａ，７２Ｂは、それぞれ底面７２０２Ａ，７２０２Ｂ、上面７２０４Ａ，７２０４Ｂの半径、および高さＨ１，Ｈ２の寸法がそれぞれ異なる、すなわち異なる形状の円錐台となっている。このように、異なる形状の円錐台を用いることにより、レドームを任意の形状に形成することができる。
なお、図９では重ね合される底面７２０２Ａ，７２０２Ｂの半径を同じ寸法で図示しているが、底面７２０２Ａ，７２０２Ｂを異なる半径としてもよい。

また、上述した説明ではアンテナの起立方向が取り付け面Ｇに対して垂直であったが、これに限らず、図１０に示すようにアンテナの起立方向が取り付け面Ｇに対して傾斜していてもよい。
図１０では、図１の同形のレドーム１０によりパラボラアンテナ８０が覆われている。パラボラアンテナ８０は、取り付け面Ｇに固定された取り付け台８２と、取り付け台８２から起立する支持柱８４と、支持柱８４に支持される反射器８６と、反射鏡８６と、反射鏡８６に対向する位置に配置される送受信部８８とを備えている。
図１０では、支持柱８４は取り付け台８２から角度θで起立しており、アンテナ８０の起立方向は、レドーム１０を構成する円錐台の軸方向Ｌと一致していない。
このような配置であっても、本願発明は適用可能である。

なお、本実施の形態では、複数の円錐台を交互に上下を反転させて、複数の円錐台の仮想の底面同士または仮想の上面同士を重ねあわせたて構成したが、例えば複数の円錐台の向きを同一にして、仮想の底面と仮想の上面とを重ねあわせるようにしてもよい。この場合、胴部を側面視した場合に鋸刃状となる。
しかしながら、レドーム側面（胴部）における角度変化が鋭利になり、電波特性に影響を与える可能性があるため、本実施例のように複数の円錐台を交互に上下を反転させて重ねあわせるのが好ましい。

１０……レドーム、１２……アンテナ、１２Ａ，１２Ｂ……円錐台、１２０２Ａ，１２０２Ｂ……底面、１２０４Ａ，１２０４Ｂ……上面、１２０６Ａ，１２０６Ｂ……側面、１２０８Ａ，１２０８Ｂ……端部、１６……胴部、１８……頂部、２０……アンテナ、２２……支持棒、２４……送受信部。

Claims

取り付け面から起立するアンテナを覆い板材により形成され前記取り付け面との間にアンテナを収容する閉塞空間を形成する中空状の胴部を有するレドームであって、
前記胴部は、側面視した場合に前記取り付け面に対して垂直方向に軸方向を向けた複数の円錐台が重ね合わされた形状で構成されており、
前記円錐台の底面を前記円錐台の下部とし、前記円錐台の上面を前記円錐台の上部とした場合、複数の円錐台が重ね合わされた箇所においてそれら円錐台の底面、上面は前記板材が設けられていない仮想の底面、仮想の上面であり、
前記胴部は、複数の円錐台が交互に上下を反転させて重ね合わされて構成され、
重ね合わされた円錐台の仮想の底面と仮想の上面とは、それぞれ同一の半径で形成されている、
ことを特徴とするレドーム。
前記取り付け面から起立する前記レドームの箇所は、前記板材が設けられていない前記円錐台の仮想の上面の周囲に位置する前記円錐台の側面の端部であることを特徴とする請求項１記載のレドーム。
前記複数の円錐台は、同一の形状で形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のレドーム。
前記レドームは、前記胴部の上に重ねられる頂部をさらに備え、
前記頂部は、上方に凸状で中空の形状で設けられている、
ことを特徴とする請求項１から３に何れか１項記載のレドーム。
前記胴部の最も上方に位置する上端と、前記頂部の最も下方に位置する下端とは、平面視した場合、合致した形状で形成されている、
ことを特徴とする請求項４記載のレドーム。
前記頂部は、球面状に又は円錐状に形成されている、
ことを特徴とする請求項４または５記載のレドーム。