JP7106208B2

JP7106208B2 - レーダアンテナ

Info

Publication number: JP7106208B2
Application number: JP2018052833A
Authority: JP
Inventors: 裕三澁谷; 庸平三浦
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2022-07-26
Anticipated expiration: 2038-03-20
Also published as: JP2019165389A

Description

この発明は、陸上や船舶などで使用されるレーダアンテナに関する。

陸上や船舶などで使用されるレーダアンテナとして、導波管の前面に複数のスロット（長孔）を形成し、各スロットの傾斜角度、幅、切込み深さ、配置などを調整することで所定の指向性特性あるいは周波数特性を得るようにした放射導波管を備えたレーダアンテナが知られている（例えば、特許文献１等参照。）。このレーダアンテナは、図１３に示すように、断面が略四角形で筒状の導波管１０１の前面部に、長孔状のスロット１０１ａが導波管１０１の長手方向に沿って複数形成されている。そして、このような導波管１０１を挟むように、上フレア１１１と下フレア１１２で構成されるホーン状のフレア１１０が配設され、複数の導波管押え金具１０２によって導波管１０１とフレア１１０とが組み付けられている。

また、従来は、使用する周波数帯域が比較的狭く、また、使用する周波数が１周波であったため、スロット１０１ａの幅は、使用する１周波数に適合するように、比較的狭く設定されていた。

特開２０１７－７９４２４号公報

ところで、使用する周波数を広帯域化したり、ある程度周波数が離された複数の周波数を使用したりする場合、つまり、指向性の周波数特性広域化を図る場合、スロット１０１ａの幅を大きくすることが有効である。例えば、低域周波数ｆ_Ｌと高域周波数ｆ_Ｈの２周波数を使用する場合、スロット１０１ａの幅が狭いと（１周波数に適合した従来のスロット１０１ａの幅と同寸法であると）、図１４に示すように、低域周波数ｆ_Ｌで要求レベル以上のサイドローブＳ１が発生したり、図１５に示すように、高域周波数ｆ_Ｈでも要求レベル以上のサイドローブＳ２が発生したりする。

これに対して、スロット１０１ａの幅を大きくすると、例えば、従来のスロット１０１ａの幅の２倍にすると、図１６に示すように、低域周波数ｆ_Ｌで要求レベル以上のサイドローブが発生せず、また、図１７に示すように、高域周波数ｆ_Ｈでも要求レベル以上のサイドローブが発生しない。しかしながら、スロット１０１ａの幅を大きくすると、図１８に示すように、２つの周波数ｆ_Ｌ、ｆ_Ｈにおけるリターンロス特性が劣化する。すなわち反射特性が劣化する。

そこでこの発明は、指向性の周波数特性広域化が可能で、かつ、反射特性が良好なレーダアンテナを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、導波管とホーン状のフレアと、を備え、前記フレアの基端部が前記導波管と連結されているレーダアンテナであって、前記導波管は、断面が略四角形の筒状で、前面部に複数のスロットが形成され、前記前面部に対向する背面部から筒内側に突出してリターンロスを抑える突起部が、前記各スロットに対向して複数設けられ、前記複数の突起部は、１スロットのサセプタンス成分が約ゼロとなる外径および高さの円盤状であり、同寸法に設定されている、ことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーダアンテナにおいて、前記複数の突起部は、前記背面部と一体的に形成されている、ことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、リターンロスを抑える目的で突起部が各スロットに対向して設けられているため、指向性の周波数特性広域化を図りつつ、良好な反射特性を得ることが可能となる。すなわち、本願発明者は、指向性の周波数特性を広域化するためにスロットの幅を広くしても、スロットに対向して背面部に突起部を設けることで、リターンロスを抑制して良好な反射特性が得られることを確認した。従って、スロットの幅を広くして指向性の周波数特性を広域化した上で、良好な反射特性を得ることが可能となる。

しかも、すべての突起部が同寸法に設定されており、個々のスロットに応じて突起部の形状を変える必要がないため、容易かつ適正・高精度に製作することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、複数の突起部が背面部と一体的に形成されているため、部品点数が減って製作費を抑えることができ、また、一体成形などによって容易かつ適正・高精度に製作することが可能となる。

この発明の実施の形態に係るレーダアンテナ用放射導波管を示す斜視図である。この発明の実施の形態に係るレーダアンテナの概略構成を示す断面図である。図１のレーダアンテナ用放射導波管のＡ－Ａ断面図（ａ）と、そのＢ－Ｂ断面図（ｂ）である。図２のレーダアンテナの低域域周波数に対する指向性特性を示す図である。図２のレーダアンテナの高域周波数に対する指向性特性を示す図である。図２のレーダアンテナのリターンロス特性を示す図である。この発明の実施の形態において、スロットの幅を広くした場合の１スロットのコンダクタンス、サセプタンス特性例を示す図である。この発明の実施の形態において、スロットの幅を広くして突起部を設けた場合の１スロットのコンダクタンス、サセプタンス特性例を示す図である。この発明の実施の形態に係る第２のレーダアンテナを示す斜視図である。図９のレーダアンテナの概略構成を示す断面図である。この発明の実施の形態に係る第３のレーダアンテナを示す斜視図である。図１１のレーダアンテナの概略構成を示す断面図である。従来のレーダアンテナを示す斜視図である。図１３のレーダアンテナの低域周波数に対する指向性特性を示す図である。図１３のレーダアンテナの高域周波数に対する指向性特性を示す図である。図１３のレーダアンテナにおいて、スロットの幅を広くした場合の低域周波数に対する指向性特性を示す図である。図１３のレーダアンテナにおいて、スロットの幅を広くした場合の高域周波数に対する指向性特性を示す図である。図１３のレーダアンテナにおいて、スロットの幅を広くした場合のリターンロス特性を示す図である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係るレーダアンテナ用放射導波管２を示す斜視図であり、図２は、この発明の実施の形態に係るレーダアンテナ１の概略構成を示す断面図である。このレーダアンテナ１は、レーダアンテナ用放射導波管（以下、単に「導波管」という）２とホーン状のフレア３とを備えた長尺状のアレイアンテナであり、導波管２の構造が従来のレーダアンテナと異なり、この異なる構成について、主として以下に説明する。

導波管２は、金属製で、断面が略四角形の筒状の長尺体で、前面部２１にスロット２ａが複数形成されている。すなわち、フレア３の内側に臨む面である前面部２１に、前面部２１の長手方向に対して略垂直方向に延びる長孔状のスロット２ａが、前面部２１の長手方向に複数形成されている。各スロット２ａの傾斜角度、幅、切込み深さ、配置などは、所定の指向性特性及び周波数特性が得られるように設定されているが、その幅は、従来のレーダアンテナにおける幅よりも広く設定されている。

すなわち、従来のレーダアンテナでは、１周波数帯にのみ適合するようにスロット１０１ａの幅が狭く設定されているが、本願発明では、ある程度周波数が離された低域周波数ｆ_Ｌと高域周波数ｆ_Ｈの２つに適合するように、スロット２ａの幅が広く設定されている。具体的には、従来のスロット１０１ａの幅の約２倍に設定されている。

また、前面部２１に対向する背面部２２には、図３に示すように、背面部２２から筒内側に突出してリターンロスを抑える金属製の突起部２３が、複数設けられている。各突起部２３は、円盤状で、各スロット２ａに対向してスロット２ａごとに設けられ、すべての突起部２３は、同寸法に設定されている。

すなわち、各スロット２ａの形状、配置は異なるが、導波管２全体としてリターンロスを抑えて良好な反射特性が得られるように、突起部２３の形状が設定され、すべての突起部２３がこの形状に設定されている。換言すると、各スロット２ａに最適な各突起部２３の形状・寸法がそれぞれ存在するが、すべての突起部２３をある所定の形状（外径と高さ）にすることで、導波管２全体として所定の反射特性が得られるように、その所定の形状が設計、設定されている。

具体的には、例えば、使用されると想定されるスロット２ａの角度範囲から数点を選択し、図８に示すとおり、１スロットのサセプタンス成分が約ゼロとなるよう突起部２３の外径と高さの最適値を電磁界解析で割り出し、最終的に平均値で統一して突起部２３の形状が決定されている。

また、この実施の形態では、複数の突起部２３は、背面部２２と一体的に形成されている。一例として、エンボス加工のように、背面部２２の一部を筒外側から筒内側に押し出すことで、各突起部２３が形成されている。あるいは、背面部２２に突起部を貫通させる孔加工を行ない、個々の突起部あるいは複数の突起部を設けた別部品を圧入やロウ付けすることで形成してもよい。さらに、背面部２２にボルト孔加工を行ない、突起部としてボルトを挿入することで形成してもよい。

このような導波管２がフレア３の基端部と連結されている。このフレア３は、図２に示すように、上フレア３１と下フレア３２とが一体的に構成され、略垂直に延びる垂直部３ａから上フレア３１において、略水平に延びる第１の上側水平部３１ｂと、この第１の上側水平部３１ｂから略垂直上方に延びる第１の上側垂直部３１ｃと、この第１の上側垂直部３１ｃから略水平に延びる第２の上側水平部３１ｄとが形成され、この第２の上側水平部３１ｄから斜め上方に上側斜面部３１ｅが延びている。

同様に、垂直部３ａから下フレア３２において、略水平に延びる第１の下側水平部３２ｂと、この第１の下側水平部３２ｂから略垂直下方に延びる第１の下側垂直部３２ｃと、この第１の下側垂直部３２ｃから略水平に延びる第２の下側水平部３２ｄとが形成され、この第２の下側水平部３２ｄから斜め下方に下側斜面部３２ｅが延びている。

そして、垂直部３ａと第１の上側水平部３１ｂと第１の下側垂直部３２ｂで囲まれた空間内に、導波管２が収容され連結されている。さらに、導波管２のスロット２ａ側つまりフレア３側が、第１の上側垂直部３１ｃと第１の下側垂直部３２ｃから突出し、この突出部を押えて第１の上側垂直部３１ｃと第１の下側垂直部３２ｃに接続されるバンド状の導波管押え金具５が、取り付けられている。

ここで、導波管押え金具５は、導波管２およびフレア３の長手方向に沿って所定間隔で複数設けられている。また、図２中の符号６はサプレッサである。

このような構成のレーダアンテナ１および導波管２によれば、リターンロスを抑える突起部２３が各スロット２ａに対向して設けられているため、指向性の周波数特性広域化を図りつつ、良好な反射特性を得ることが可能となる。すなわち、本願発明者は、指向性の周波数特性を広域化するためにスロット２ａの幅を広くしても、スロット２ａに対向して背面部２２に突起部２３を設けることで、リターンロスを抑制して良好な反射特性が得られることを確認した。従って、スロット２ａの幅を大きくして指向性を広域化した上で、スロットアレイアンテナとして良好な反射特性を得ることが可能となる。

具体的に、スロット２ａの幅を大きくしても、図４に示すように、低域周波数ｆ_Ｌで要求仕様以上のサイドローブが発生せず、また、図５に示すように、高域周波数ｆ_Ｈでも要求仕様以上のサイドローブが発生しない。さらに、スロット１０１ａの幅を大きくしても突起部２３を設けることで、図６に示すように、２つの周波数ｆ_Ｌ、ｆ_Ｈにおけるリターンロスが小さくなり、良好な反射特性が得られる。なお、図４、図５、図１４～図１７における水平破線は、サイドローブ要求仕様例を示す。

ところで、スロット２ａの幅を大きくしても、突起部２３を設けることで良好な反射特性が得られるのは、次のような理由によるものと考えられる。すなわち、スロット２ａの幅を大きくすると、図７に示すように、１つのスロット２ａ当たりのコンダクタンス、サセプタンス周波数特性のうち、コンダクタンス成分の最大値付近においてサセプタンス成分がプラス方向（図７では、約０．０５）にシフトし、これにより、反射特性が低下するものと考えられる。一方、スロット２ａの幅を大きくしても、突起部２３を設けると、図８に示すように、コンダクタンス成分の最大値付近においてサセプタンス成分が約ゼロとなり、これにより、反射特性が良好になると考えられる。なお、スロット１０１ａの幅が狭い従来のレーダアンテナでも、コンダクタンス成分の最大値付近においてサセプタンス成分が約ゼロとなり、反射特性が良好である。

また、このレーダアンテナ１および導波管２によれば、すべての突起部２３が同寸法に設定されており、個々のスロット２ａに応じて突起部２３の形状を変える必要がないため、容易かつ適正・高精度に製作することが可能となる。

さらに、複数の突起部２３が背面部２２と一体的に形成されているため、部品点数が減って製作費を抑えることができ、また、一体成形などによって容易かつ適正・高精度に製作することが可能となる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、各突起部２３が円盤状であるが、角柱状などその他の形状であってもよい。また、背面部２２と一体的に突起部２３を形成しているが、別体である突起部２３を背面部２２に設けてもよい。例えば、突起部２３をボルトで構成し、このボルトを背面部２２に設けたボルト孔に螺合させて、背面部２２から筒内側にボルトを突出させてもよい。

また、レーダアンテナ１のフレア３の構造は、上記以外の構造であってもよい。すなわち、図９および図１０に示すように、上フレア３１と下フレア３２を分割して同一（対称）の構成、形状にしてもよいし、図１１および図１２に示すように、上フレア３１と下フレア３２を分割して上下非対称の構成、形状にしてもよい。ここで、図１０、図１２における符号４は、上フレア３１と下フレア３２を連結するネジ、リベット等の留め具を示す。

１レーダアンテナ
２導波管（レーダアンテナ用放射導波管）
２ａスロット
２１前面部
２２背面部
２３突起部
３フレア
３１上フレア
３２下フレア

Claims

導波管とホーン状のフレアと、を備え、前記フレアの基端部が前記導波管と連結されているレーダアンテナであって、
前記導波管は、
断面が略四角形の筒状で、前面部に複数のスロットが形成され、
前記前面部に対向する背面部から筒内側に突出してリターンロスを抑える突起部が、前記各スロットに対向して複数設けられ、
前記複数の突起部は、１スロットのサセプタンス成分が約ゼロとなる外径および高さの円盤状であり、同寸法に設定されている、
ことを特徴とするレーダアンテナ。
前記複数の突起部は、前記背面部と一体的に形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーダアンテナ。