JP7487476B2

JP7487476B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP7487476B2
Application number: JP2020007457A
Authority: JP
Inventors: 貴宣宮前; 悠生濱名
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2024-05-21
Anticipated expiration: 2040-01-21
Also published as: JP2021114734A

Description

本開示は、移動体に搭載されるアンテナ装置に関するものである。

従来、航空機、船舶、車両、宇宙船等の移動体に搭載されるアンテナ装置において、アンテナ素子を収納する金属等の電波を反射する筐体の一部に、開口を形成するものまたは所定の波長の電波を透過させるレドームを形成するものがある。このようなアンテナ装置では、アンテナ素子から放射される電波を筐体によって反射し、電波が放射する方向を開口またはレドームが形成された方向に揃えている。これにより、集束された狭いビーム幅を成形することで、アンテナ利得を高めている。また、筐体により望まない方向に放出される電波を反射することで、電波を透過する方向を開口またはレドームが形成された方向に制限している。これにより、特定の方向に対して電波が放射するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－５５１４７号公報

電波を反射する筐体の一部に、所定の波長の電波を透過させるレドームが形成されたアンテナ装置において、良好な反射特性を得るためにアンテナ素子とレドームとの距離をアンテナ素子が放射する波長に応じて決めることが望ましい。しかしながら、アンテナ素子とレドームとの好適な距離は、製造誤差などによりアンテナ素子が放射する波長に応じて決められた値からずれる場合がある。よって、より良好な反射特性を得るためにアンテナ素子とレドームとの好適な距離を調整することが求められる。しかしながら、特許文献１では、レドームが筐体に形成された開口の部分に設けられるため、アンテナ素子とレドームとの距離を調整することが難しいという課題があった。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、アンテナ素子とレドームとの距離を好適な距離となるように調整することが容易なアンテナ装置を得ることを目的とする。

本開示に係るアンテナ装置は、電波を内部で反射し、一端が開口した筐体と、給電点から給電されて電波を送受信し、筐体に収納されたアンテナ素子と、開口とアンテナ素子との間に設けられた板状の誘電体のレドームと、筐体の内周面に形成され、レドームを保持するとともにアンテナ素子からレドームまでの距離を調整する調整部とを備える。

本開示によれば、移動体に搭載されるアンテナ装置において、レドームを筐体の開口とアンテナ素子との間に設け、アンテナ素子からレドームまでの距離を調整する調整部を備えることで、アンテナ素子とレドームとの距離の調整を容易に行うことができる。

実施の形態１に係るアンテナ装置の断面の斜視図である。実施の形態１に係るアンテナ装置の正面図と側面図である。実施の形態１に係るアンテナ装置の断面図である。実施の形態１に係るアンテナ装置の断面図である。実施の形態１に係るアンテナ装置の筐体とアンテナ素子とレドームとの位置関係を説明する図である。実施の形態１に係るアンテナ装置の第１の溝部の他の構成の断面図である。実施の形態１に係るアンテナ装置の第１の溝部の他の構成の断面図である。実施の形態１に係るアンテナ装置のレドームの位置調整を説明する図である。実施の形態１に係るアンテナ装置のレドームの位置調整を説明する図である。実施の形態１に係るアンテナ装置のレドームの位置調整を説明する図である。実施の形態２に係るアンテナ装置の断面の斜視図である。実施の形態２に係るアンテナ装置の断面図である。実施の形態２に係るアンテナ装置の断面図である。実施の形態２に係るアンテナ装置の第２の溝部の他の構成の断面図である。実施の形態２に係るアンテナ装置の第２の溝部の他の構成の断面図である。実施の形態２に係るアンテナ装置のレドームの位置調整を説明する図である。実施の形態２に係るアンテナ装置のレドームの位置調整を説明する図である。実施の形態２に係るアンテナ装置のレドームの位置調整を説明する図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１に係るアンテナ装置１００について、図面を用いて説明する。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示し、それらについての詳細な説明は省略する。図１は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００の底面部１１と平行な断面の斜視図である。図２の（ａ）は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００の正面図である。図２の（ｂ）は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００の側面図である。図３は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００の底面部１１及び開口と垂直な断面（図２の（ａ）におけるＡ―Ａ断面）の断面図である。図４は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００の底面部１１と平行な断面（図２の（ｂ）におけるＢ―Ｂ断面）の断面図である。図１から図４に示すように、実施の形態１に係るアンテナ装置１００は、筐体１とアンテナ素子２とレドーム３と調整部４を備えている。アンテナ装置１００は、航空機、宇宙船等の高速で移動する移動体５に搭載される。

筐体１は、一端が開口した電波を反射する直方体の箱である。詳しくは、筐体１は側面の一面が開口し、内部が空洞の直方体の形状である。開口は、筐体１の内部から外部及び外部から内部へ電波を通過させるためのものである。筐体１の一端に開口を設けることで、特定の方向に対して電波を透過させることが可能である。筐体１は、移動体５に移動体５の後方側が筐体１の開口側となる向きで取り付けられる。筐体１は、移動体５に取り付けられる板状の部分である底面部１１、底面部１１と対向する板状の部分である対向面部１２、底面部１１と対向面部１２との間の板状の部分である側面部１３とから構成される。対向面部１２は、底面部１１と同じ大きさ及び形状の長方形であり、底面部１１と平行に設けられる。側面部１３の高さである底面部１１と対向面部１２との間の距離は、底面部１１の長辺及び短辺の長さよりも短い。これにより、筐体１は低背な直方体の形状となり、筐体１への空気抵抗が低減された構成となる。

筐体１は、金属等の電波を反射する素材で形成される。または、筐体１は、電波を反射する層を有する構成にしてもよい。これにより、筐体１の内部において筐体１に向けて放射された電波が反射を繰り返し、電波が筐体１の内部で伝送される。筐体１はここでは一端が開口し内部が空洞の直方体の形状であるが、一端が開口し内部が空洞の形状であれば、その他の形状としてもよい。

アンテナ素子２は、筐体１に収納される。アンテナ素子２は筐体１において移動体５に接続された側の面である底部１１に取り付けられる。アンテナ素子２は、決められた周波数帯の電波を送受信するものであり、例えば、逆Ｆアンテナである。逆Ｆアンテナはモノポールアンテナを折り曲げることで得られる逆Ｌアンテナの給電部の近くにグランドとの短絡線をさらに設けるものである。この構成により、モノポールアンテナと比較してアンテナ素子２の低姿勢化及び広帯域化が可能である。アンテナ素子２の給電部は、移動体５に設けられた給電回路に接続される。アンテナ素子２は、必要な性能に応じてモノポールアンテナ、逆Ｌアンテナ等の他のアンテナ形式としてもよい。

レドーム３は、筐体１の開口とアンテナ素子２との間に設けられた長方形の板状の誘電体である。筐体１に形成される後述の調整部４により、位置が調整された後にレドーム３がネジまたは樹脂等で筐体１又は調整部４に締結される。レドーム３は、例えば、石英ガラス等の電磁波が透過し、耐熱性が高い素材である。レドーム３は、決められた厚さで形成される。レドーム３は、第１の面３１及び第１の面３１と対向する第２の面３２を有する。また、レドーム３は、第１の面３１と第２の面３２とを接続する側面３３を有する。第１の面３１と第２の面３２とは、同様の形状及び大きさである。側面３３は、筐体１の内周面に取り付けられる。第１の面３１は、開口に対してアンテナ素子２の側に設けられる。第２の面３２は、アンテナ素子２に対して開口の側に設けられる。つまり、第１の面３１が筐体１の内部に面し、第２の面３２が筐体１の外部に面する。これにより、レドーム３によって、筐体１の開口から筐体１の内部へ入り込んだ位置で、アンテナ素子２が収納された空間が閉口される構成となる。よって、筐体１の内部にアンテナ素子２が収納された密閉された空間が形成され、アンテナ素子２を外部から保護することができる。

一般に高速で移動する移動体に搭載されるアンテナ装置においては、アンテナ装置の周囲の空気の圧縮及び摩擦によっておきる空力加熱によりアンテナ装置の表面が高温となる。アンテナ装置１００では、レドーム３を開口とアンテナ素子２との間に設けることで、レドーム３と筐体１の開口との間に、１面が開口しその他の面が筐体１により囲まれた空間が形成される。この空間が空気層となるため、筐体１は耐熱性が高い構成となる。また、レドーム３を開口とアンテナ素子２との間に設けることで、筐体１はレドーム３と開口との間に長さを有する。この構成により、アンテナ素子２から放射され、筐体１の内部を伝送された電波が、開口で反射することなく空間に放射することができ、良好な放射特性が得られる。

図５は筐体１とアンテナ素子２とレドーム３との位置関係を説明する図である。筐体１の内周面において開口と反対の面からアンテナ素子２の給電点までの距離２１は、アンテナ素子２が放射する電波の波長の１／４である。アンテナ素子２の給電点から第１の面３１までの距離２２は、アンテナ素子２が放射する電波の波長の１／４である。このように、筐体１とアンテナ素子２とレドーム３とをアンテナ素子２が放射する電波の波長に応じて配置することで、アンテナ素子２から放射した電波の整合をとることができ、良好な反射特性が得られる。

調整部４は、筐体１の内周面において開口とアンテナ素子２との間に形成される。調整部４は、レドーム３を保持するとともにレドーム３の厚さ方向７の位置を調整する。調整部４は、筐体１の内周面においてレドーム３の厚さ方向７に並んで形成された厚さ方向７と交差する方向に延在する複数の第１の溝部４１である。図１～図４では、第１の溝部４１が３つ形成された場合を記載している。第１の溝部４１は、２つ以上形成されていればよい。レドーム３は、複数の第１の溝部４１の何れかに挿入されて保持される。これにより、レドーム３の厚さ方向７の位置を調整することができる。第１の溝部４１は、筐体１の内周面において底面部１１と対向面部１２と側面部１３との全てに連続するように形成してもよいが、レドーム３を保持することができれば一部の面のみに形成してもよい。例えば、第１の溝部４１を底面部１１と対向面部１２のみに形成する等、対向する２面のみに設けてもよい。

第１の溝部４１は、筐体１の内周面に形成されるレドーム３の厚さよりも幅が広く、厚さ方向７と交差する方向に延在する凹状の溝である。レドーム３は、凹状の溝の内側において対向する両面から挟み込まれることで支持される。なお、第１の溝部４１は、図６に示すような、筐体１の内周面に形成される厚さ方向７と交差する方向に延在する一対の凸状の突起により形成してもよい。この場合、一対の凸状の突起の間が第１の溝部４１となる。一対の凸状の突起の間の距離は、レドーム３の厚さよりも厚い。レドーム３は、一対の凸状の突起の対向する２面から挟み込まれることで支持される。また、図７に示すように第１の溝部４１は、筐体１の内周面に形成される厚さ方向７と交差する方向に延在する凹状の溝と、凹状の溝に対応して形成された厚さ方向７と交差する方向に延在する一対の凸状の突起とを両方備えてもよい。

レドーム３と第１の溝部４１との間には、例えばゴム等の弾性体６を設けてもよい。弾性体６は、第１の溝部４１の長さに応じて設けてもよいが、一部のみに設けてもよい。弾性体６を設けることで、レドーム３を振動から保護することができる。また、筐体１とレドーム３との間を埋めることができ、レドーム３を安定して保持することができる。

図８～図１０にレドーム３の位置の調整を説明する図を示す。図８では、レドーム３は、３つの第１の溝部４１のうち、一番アンテナ素子２に近い所に位置する第１の溝部４１に挿入されている。図９では、レドーム３は、３つの第１の溝部４１のうち、中央に位置する第１の溝部４１に挿入されている。図１０では、レドーム３は、３つの第１の溝部４１のうち、一番アンテナ素子２から遠い所に位置する第１の溝部４１に挿入されている。このように、筐体１の内周面にアンテナ素子２からの距離が異なる第１の溝部４１を複数形成することで、複数の第１の溝部４１からレドーム３を挿入する第１の溝部４１を選択することができる。これにより、アンテナ素子２とレドーム３との距離を好適な距離となるように調整することが容易となる。

実施の形態１に係るアンテナ装置１００によれば、筐体１の一端に開口を設けることで、特定の方向に対して電波を透過させることが可能である。また、レドーム３を筐体１の開口とアンテナ素子２との間に設けることで、レドーム３と筐体１の開口との間に１面が開口しその他の面が筐体１により囲まれた空間が形成されるため耐熱性が高い構成とすることができる。さらに、筐体１はレドーム３と開口との間に長さを有することで、良好な放射特性が得ることができる。さらに、レドーム３の厚み方向の位置を調整する調整部４を備えることで、アンテナ素子２からレドーム３までの距離を調整が容易となる。

実施の形態２．
以下、実施の形態２に係るアンテナ装置２００について、図面を用いて説明する。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示し、それらについての詳細な説明は省略する。図１１は、実施の形態２に係るアンテナ装置２００の底面部１１と平行な断面の斜視図である。図１２は、実施の形態２に係るアンテナ装置２００の底面部１１及び開口と垂直な断面（図２の（ａ）におけるＡ―Ａ断面）の断面図である。図１３は、実施の形態２に係るアンテナ装置２００の底面部１１と平行な断面（図２の（ｂ）におけるＢ―Ｂ断面）の断面図である。実施の形態２に係るアンテナ装置２００は、筐体１とアンテナ素子２とレドーム３と調整部４を備えている。実施の形態２に係るアンテナ装置２００は、アンテナ装置１００の調整部４の構成が異なるものである。その他の構成は、実施の形態１と実質的に同様である。以下、上述の実施の形態で説明した構成と同一又は対応する構成については同一符号を付し、それらの構成の説明を繰り返し行わない。

調整部４は、筐体１の内周面において開口とアンテナ素子２との間に形成される。調整部４は、レドーム３を保持するとともにレドーム３の厚さ方向７の位置を調整する。調整部４は、筐体１の内周面に形成された厚さ方向７と交差する方向に延在する第２の溝部４２と、第１の部材４３と、第２の部材４４である。第１の部材４３と第２の部材４４とは、直方体の部材である。レドーム３と第１の部材４３と第２の部材４４とは、第２の溝部４２に厚さ方向７に並んで挿入されて保持される。第２の溝部４２においてレドーム３と第１の部材４３と第２の部材４４との厚さ方向７の位置を入れ替え可能である。これにより、レドーム３の厚さ方向７の位置を調整することができる。第２の溝部４２は、筐体１の内周面において底面部１１と対向面部１２と側面部１３との全てに連続するように形成してもよいが、レドーム３を保持することができれば一部の面のみに形成してもよい。例えば、第１の溝部４１を底面部１１と対向面部１２のみに形成する等、対向する２面のみに設けてもよい。

図１１～図１３では、第２の溝部４２が１つ形成された場合を記載しているが、第２の溝部４２は、２つ以上形成してもよい。第２の溝部４２を複数形成した場合、レドーム３と第１の部材４３と第２の部材４４とは、複数の第２の溝部４２の何れかに挿入されて保持される。

第２の溝部４２は、筐体１の内周面に形成されるレドーム３と第１の部材４３と第２の部材４４との厚さの合計よりも幅が広く、厚さ方向７と交差する方向に延在する凹状の溝である。レドーム３と第１の部材４３と第２の部材４４とは、凹状の溝の内側において対向する両面から挟み込まれることで支持される。なお、第２の溝部４２は、図１４に示すような、筐体１の内周面に形成される厚さ方向７と交差する方向に延在する一対の凸状の突起により形成してもよい。この場合、一対の凸状の突起の間が第２の溝部４２となる。一対の凸状の突起の間の距離は、レドーム３と第１の部材４３と第２の部材４４との厚さの合計よりも厚い。レドーム３と第１の部材４３と第２の部材４４とは、一対の凸状の突起の対向する２面から挟み込まれることで支持される。また、図１５に示すように第２の溝部４２は、筐体１の内周面に形成される厚さ方向７と交差する方向に延在する凹状の溝と厚さ方向７と交差する方向に延在する一対の凸状の突起とを両方備えてもよい。

レドーム３と第２の溝部４２との間には、例えばゴム等の弾性体６を設けてもよい。弾性体６は、第２の溝部４２の長さに応じて設けてもよいが、一部のみに設けてもよい。弾性体６を設けることで、レドーム３を振動から保護することができる。また、筐体１とレドーム３との間を埋めることができ、レドーム３を安定して保持することができる。

図１６～図１７にレドーム３の位置の調整を説明する図を示す。図１６では、第２の溝部４２に、アンテナ素子２の側からレドーム３、第１の部材４３、第２の部材４４の順で挿入されている。図１７では、第２の溝部４２に、アンテナ素子２の側から第１の部材４３、レドーム３、第２の部材４４の順で挿入されている。図１８では、第２の溝部４２に、アンテナ素子２の側から第１の部材４３、第２の部材４４、レドーム３の順で挿入されている。このように、第２の溝部４２においてレドーム３と第１の部材４３と第２の部材４４との厚さ方向７の位置を入れ替え可能な構成とすることで、アンテナ素子２とレドーム３との距離を好適な距離となるように調整することが容易となる。

実施の形態２に係るアンテナ装置２００によれば、筐体１の一端に開口を設けることで、特定の方向に対して電波を透過させることが可能である。また、レドーム３を筐体１の開口とアンテナ素子２との間に設けることで、レドーム３と筐体１の開口との間に１面が開口しその他の面が筐体１により囲まれた空間が形成されるため耐熱性が高い構成とすることができる。さらに、筐体１はレドーム３と開口との間に長さを有することで、良好な放射特性が得ることができる。さらに、レドーム３の厚み方向の位置を調整する調整部４を備えることで、アンテナ素子２からレドーム３までの距離の調整が容易となる。

１筐体、１１底面部、１２対向面部、１３側面部、２アンテナ素子、３レドーム、４調整部、４１第１の溝部、４２第２の溝部、４３第１の部材、４４第２の部材、５移動体、６弾性体、７厚さ方向、１００アンテナ装置、２００アンテナ装置。

Claims

電波を内部で反射し、一端が開口した筐体と、給電点から給電されて前記電波を送受信し、前記筐体に収納されたアンテナ素子と、前記開口と前記アンテナ素子との間に設けられた板状の誘電体のレドームと、前記筐体の内周面に形成され、前記レドームを保持するとともに前記アンテナ素子から前記レドームまでの距離を調整する調整部とを備えたアンテナ装置。
前記調整部は、前記筐体の内周面において前記アンテナ素子から前記開口に向かう方向である厚さ方向と交差する方向に延在する、前記厚さ方向に並んで形成された複数の第１の溝部を含み、
前記レドームは、複数の前記第１の溝部の何れかに挿入されて保持される請求項１に記載のアンテナ装置。
前記調整部は、前記筐体の内周面において前記アンテナ素子から前記開口に向かう方向である厚さ方向と交差する方向に延在する第２の溝部と、前記第２の溝部に前記レドームと前記厚さ方向に並んで挿入されて保持される第１の部材および第２の部材とを含み、
前記第２の溝部に挿入される前記レドーム、前記第１の部材および前記第２の部材の前記厚さ方向に並ぶ順を入れ替えることで、前記アンテナ素子から前記レドームまでの距離を調整する請求項１に記載のアンテナ装置。
前記筐体の内周面において前記開口と反対の面から前記アンテナ素子の前記給電点までの距離は、前記アンテナ素子が放射する電波の波長の１／４である請求項１から請求項３の何れか１項に記載のアンテナ装置。
前記アンテナ素子の前記給電点から前記レドームまでの距離は、前記アンテナ素子が放射する電波の波長の１／４である請求項１から請求項４の何れか１項に記載のアンテナ装置。