JPH04150302A - 加熱兼インピーダンス整合用素子を有するレードーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はアンテナレードームに関し、具体的には環境が
苛酷な位置に設置される精密アンテナ設備に対して低損
失及び防水能力を与えるレードーム構造に関する。

〔発明の背景〕

加熱線を含むアンテナレードームは周知である。

これらのレードームは結氷を防ぐためにレードームを加
熱する高抵抗インコネル線の格子を含む。

然し乍ら、加熱線はアンテナの動作波長における入射電
磁波エネルギに対するレードーム表面の反射係数を増加
させるので問題となっていた。つまり、レードームを通
して伝送されるエネルギのレベルが、加熱線がない場合
に伝送されるレベルよりも低下するのである。また隣接
する線間の間隔及び動作波長に依存して、例えばアンテ
ナパターンに格子ローブが発生する等、自由空間アンテ
ナパターンがレードーム加熱線によって不都合な影響を
受けることがある。それ故加熱線の格子配列には適切な
注意を払わなければならない。装置を両立させるために
は、アンテナから送受信される信号に対して、レードー
ムに対するアンテナ走査角の関数として適当な補償を施
す必要がある。場合によっては、所与の動作波長及び走
査範囲において加熱線形態に課せられる制限のために、
充分なレードーム加熱能力を得ることさえも不可能にな
り得る。

またアンテナレードームの主表面上に主表面と平行に高
導電性の電線（例えば銅）をあるパターンとして配列す
ることによってレードーム材料と周囲空間との間のイン
ピーダンス整合が良好になることも周知である。アンテ
ナの動作波長に比して小さい厚さを有するレードームは
入射電磁波エネルギに対して容量性サセプタンスを呈す
る。そこでレードームの表面に平行な面内で屈曲する勇
−電性電線を使用してレードームに適切な誘導性り・セ
ブタンスを導入すればレードーム材料の固有容量性サセ
プタンスを相殺することができるのである。

今まではレードーム上またはレードーム内に配列された
導電性電線を、インピーダンス整合と苛酷な天候環境の
中でレードームの防水のために充分な熱を発生させる手
段の両方の目的で使用することはなかった。

従って本発明の目的は、周知のレードーム加熱構造の上
記の及び他の欠点を解消することである。

本発明の別の目的は、加熱されるレードームに望ましい
特色を与え、且つ所与の動作波長において及び広範なア
ンテナ走査角にわたって周囲空間と良く整合するアンテ
ナレードーム構造を提供することである。

本発明の更なる目的は、環境が苛酷な位置に設置される
精密アンテナ設備と共に使用するのに適した加熱可能な
整合用アンテナレードームを提供することである。

本発明の別の目的は、加熱及び整合の両能力を有し、且
つ、所与の走査角範囲にわたってアンテナ信号を補償す
る複雑な手段を必要としないレードーム構造を提供する
ことである。

更に別の目的は、加熱及び整合の両能力を有し、且つ、
所与のアンテナ動作波長に対して比較的高い周波数・帯
域ｌＪ比を呈するアンテナレード−ムを提供することで
ある。

〔発明の概要〕

本発明のアンテナパーン−ムは、アンテナを環境から保
護するような形の誘電部材、及びこの誘電部材の主表面
に対して所定のパターンで固定されている複数の導体を
含み、これらの導体を有する誘電部材の（アンテナの動
作波長における入射電磁波に対する）反射係数は導体が
ない場合よりも低くなっている。所望の加熱電流を導体
を通して流す手段が設けであるので誘電部材内に熱を発
生させることができる。

また本発明の環境的に安定化されたアンテナ装置は、あ
る波長の無線周波数エネルギ及び相対位相変移で励振さ
れた時に所望のアレイパターンが得られるように互に他
に対して固定されたアンテナ素子のアレイを具備する。

素子のアレイを環境から保護するために誘電シートが用
いられ、ごのシートを（アレイを保護するように）支持
する手段を設けである。所定のパターンの複数の導体が
誘電シートの主表面に対して固定されており、これらの
導体を有するシートを組合わせるとアレイの動作波長に
おける電磁波エネルギに対する反射係数は導体がない場
合よりも低くなる。導体の両端にまたがって電圧を印加
する手段が導体に加熱電流を流すので、誘電シート内に
熱を発生させることができる。

以下に添付図面に基づいて実施例を詳しく説明する。

〔実施例〕

第１図は本発明によるレードーム１２を含む平面アレイ
アンテナ１０の斜視図である。

アンテナ１０は、例えばマイクロ波着陸方式（ＭＬＳ）
に使用されている種類の方位（ＡＺ）アンテナである。

この種のアンテナは、一般に、互に隣接し合って支持さ
れている垂直に配向されたスロット型導波器１４の平ら
な矩形アレイであり、その寸法は高さ約１．５ｍ（５フ
イート）、巾約４．３ｍ（１４フィート）である。

本発明は、第１図に示す特定のアンテナ１０と共に使用
することに限定されるものではなく、ＭＬＳに使用され
ている線アレイ仰角アンテナ（Ｅ　Ｌ）その他の非アレ
イアンテナにも使用可能である。

今までは、レードームの外面が結氷するのを阻止するた
めに、ＭＬＳアンテナのレードームにインコネル線の格
子を設けることが行われて来た。

アンテナＩＯの動作中に第１図のレードーム１２の外面
が結氷すると、アンテナの性能に悪い影響を及ぼすこと
になる。ＭＬＳ装置においては、例えばＡＺアンテナは
電磁波エネルギ（波長λ。が約５．９２ｃｍ　（２，３
３インチ））の主ビームで、典型的には滑走路中心線に
対して±４０°の方位を左右に迅速に走査する。ＭＬＳ
装置のＥＬアンテナの主ビームは、典型的には滑走路に
対して約１゜から１５°までの仰角を上下に迅速に走査
する滑走路に接近中の航空機に搭載されているＭＬＳ受
信機はＡ、Ｚ及びＥＬアンテナによって走査されるビー
ムを受信して滑走路に対する機首方位及び降下角゛を計
算する。

結氷のまま、または強風による不整合または移動が原因
でアンテナ素子に対してレードームが変位したままＭＬ
Ｓアンテナを動作させると、電子的に舵取りされるビー
ムは空間内のそれらの精密な位置からずれてしまう。こ
のようにずれると、滑走路に航空機が接近している臨界
的な時間に航空機のＭＬＳ受信機によって誘導される位
置情報に重大な誤りをもたらす。

レードーム１２の結氷を阻止する手段として、従来のよ
うに入射無線周波数電界に対して直角に配列されたイン
コネル加熱線の格子を使用するのではなく、所定パター
ンの導体１６（第２図）を使用すれば、防水用の熱を発
生する手段として、且つ、レードーム材料と周囲空間と
のインピーダンス整合を（悪化させるどころか）良化さ
せる手段としての二重の役割を果させ得ることが分った
。

導体１６を使用してアンテナ１０の動作波長の電磁エネ
ルギに対するレードーム１２の反射係数を（導体１６が
ない場合よりも、または従来の加熱線の格子を使用する
場合よりも）低下させることによって、アンテナ素子１
４に対してレードーム１２が恒久的に不整合になるかも
しくは移動しても、実際のアンテナパターンに及ぼす効
果は僅かになる。従来レードームの不整合もしくは移動
によって誘起されていたＭ　Ｌ　Ｓ位置誤差は、本発明
においてはレードーム１２自体がより自由空間に近い伝
達特性であるために大１１に減少する。

第１図に示す実施例のレードーム１２の反射係数は、イ
ンコネル加熱線を用いた場合には一２３ｄＢ程度であっ
たのに対して一３６ｄＢまで低下している。第１図のア
ンテナ１０においては、レードーム１２はスロット型導
波器１４の前方約１０ｃｍ（４インチ）のところに展開
するように適当なブラケット１８によって支持されてい
る。ブラケット１８はレードーム１２をアンテナ素子即
ち導波器１４に対してその走査面の方向の所定位置に固
定し、強風によってレードーム１２が不要に移動するの
を防ぐためにレードーム１２にある張力を加えている。

第３図に示すように、レードーム１２は層２゜及び２２
からなる誘電シートである。層２ｏは例えば０．４６ｍ
　（０，０１８インチ）厚のレイデルＭ−２６のような
テフロン布であり、また層２２は例えばケムファブ　ス
クリムクロス（ファイバグラス）である。３Ｍ”２９９
０（エポキシ）のような適当な接着剤で接着すると、２
つの層２ｏ、じく能力があるので外側（天候にさらされ
る側）の層として好ましい。

導体１６は印刷その他によってレードーム層２０．２２
の一方の主表面上に固定し、両層を第３図のように接着
した時に両層の間に挟まれるようにすることが好ましい
。

第２図及び第４図に示すように、導体１６は屈曲した形
である。即ち、導体１６は全体的には互に平行に走り、
多くともアンテナ１０の動作波長の２の距離だけ離間し
ている。各導体１６は全体的には電磁波エネルギの電（
Ｅ）界に平行な方向に伸びている。導体１６の最大離間
限度をこのように設定することによって、アンテナ１０
がそのビームをレードーム１２に対して走査させた時に
アンテナ１０の輻射パターンに不望の格子ローブが現わ
れるのが阻止される。

平行で屈曲している各導体１６の両端は端末バス線２４
．２６に接続され、源■（第２図）からの電圧が印加さ
れる。電圧の印加により電流が導体１６に流れ、レード
ーム１２内に熱を発生する。

加熱電流の大きさはレードーム１２の外面が結氷するの
を防ぐのに充分でなければならない。電圧源Ｖは交流源
であってよく、通常はアンテナ設備に接して配置され、
典型的には数キロワットまたはそれ以上の容量を有する
。

導体１６は、第４図に示すように、約１．４　＋ｎ（０
，０５５インチ）　＋１１の平らな銅ストリップである
ことが好ましい。この場合には各導体１６を流れる典型
的な加熱電流は約Ａアンペアである。しかし、寸法及び
導体材料は変えても差支えない。

典型的なＭＬＳ設備に使用される約５．９２　ｃｍの動
作波長の場合には、隣接する導体１６間の間隔Ｓは約に
５．４ｍ（１インチ）とすることが好ましい。導体１６
の誘導性領域の長さしは約１０．６１璽■（０，４１８
インチ）、各導体１６の長さに沿って連続する誘導性領
域の周期Ｐは約５．５４．　ｍｍ（０，２１８インチ）
とすることが好ましい。

勿論、上に述べた寸法は、レードーム１２と共に使用す
るアンテナの動作波長に依存して変えることができる。

所望の反射係数及び誘電定数を有するレードーム１２の
周波数・帯域巾比は以下のように導びくことができる。

誘電シートの正規化した容量性サセプタンスはＢ−（ｋ
−１）２π（１／λｏ）　（ｒ／ｒ、）　　　　　　　
　ｆｔ）で与えられる。但し ｋ　−誘電定数 λ。−自由空間波長 ｆ　−周波数 ｆｏ−参照周波数 ｔ　−誘電体の厚さ である。

導体１６により誘導性を付与されたレードーム１２のサ
セプタンスは Ｂ＝（ｋ−１）２π（１／λｏ）　（（ｒ／ｒｏ）　−
（ｒｏ／ｒ）　）となり、ＢＷを周波数・帯域巾比とす
ればＢ−（ｋ−１）２π（１／λ。）叶 で表わされる。

反射係数は ｐ＃−ｊＢ／２ ｐ＝（ｋ−１）（π／λｏ）ｔ’ＢＷ で与えられる。ここで ｐ＝０．０１５８　（−３６ｄＢ） ｋ＝３ ｔ＝０．６３５■ｎ（０，０２５インチ）λｏ　＝５．
９２６ｃｍ　（２，３３３インチ）とすれば ＢＷ＝０．２５５または２５．５％ となる。

ＭＬＳ設備では、通常、動作帯域Ｉｌｌ比は０゜０１２
即ち１．２％が採用される。本発明のレードーム１２が
提供する広い帯域１１］（２４，４％）は製造及び材料
に望まれている公差に対して充分な余裕を与えるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレードーム構造を含むアンテナアレイ
の斜視図、 第２図は第１図のレードームの一部の平面図、第３図は
第２図のＡ−Ａ矢視断面図、及び第４図は第２図のレー
ドームの一部の拡大詳細図。 １０・・・平面アレイアンテナ １２・・・レードーム １４・・・導波器 １６・・・導体 １８・・・ブラケット ２０．２２・・・誘導層 ２４．２６・・・端末バス線。 ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電界成分を有する所与の波長の電磁波を放出するよ
   うに設計されているアンテナと共に使用するアンテナレ
   ードームであって、 前記アンテナを周囲環境から保護するように形成されて
   いる誘電部材、 全体的には前記アンテナからの所与の波長の入射電磁波
   の電界に平行な方向に伸びているが所定の屈曲した経路
   を辿っている所定のパターンとして前記誘電部材の主表
   面上に配列され、前記所与の波長の入射電磁波に対する
   前記誘電部材の反射係数をそれらがない場合の反射係数
   よりも低くする複数の導体、及び 前記導体に所望の加熱電流を流して前記誘電部材内に熱
   の発生を可能ならしめる手段 を具備するアンテナレードーム。 ２、導体が銅である請求項１記載のアンテナレードーム
   。 ３、導体がインコネルである請求項１記載のアンテナレ
   ードーム。 ４、導体が平らなストリップの形である請求項１記載の
   アンテナレードーム。 ５、導体が全体的には平行であり、所与の波長の半分よ
   り大きくない距離だけ互に離間している請求項１記載の
   アンテナレードーム。 ６、所与の波長が自由空間において約５．９２ｃｍ（２
   ．３３インチ）であり、誘電部材は誘電定数が約３であ
   りそしてその厚さが約０．６４ｍｍ（０．０２５インチ
   ）のシートである請求項１記載のアンテナレードーム。 ７、誘電部材が２つの薄い層によって形成されているシ
   ートであり、導体を２つの層の間に挟んでいる請求項１
   記載のアンテナレードーム。 ８、所定の波長が自由空間において約５．９２ｃｍ（２
   ．３３インチ）であり、２つの層の一方の厚さが約０．
   ４６ｍｍ（０．０１８インチ）、他方の厚さが約０．１
   ８ｍｍ（０．００７インチ）であり、各シートの誘電定
   数が約３である請求項７記載のアンテナレードーム。 ９、導体の両端に電圧を印加し、所定の条件下にある誘
   電部材の外面が氷結するのを阻止するのに充分な熱を発
   生させるレベルの加熱電流を導体に流す手段を含む請求
   項１記載のアンテナレードーム。 １０、導体が約１．４ｍｍ（０．０５５インチ）巾の平
   らなストリップの形であり、各ストリップを流れる加熱
   電流が約にアンペアである請求項９記載のアンテナレー
   ドーム。 １１、電圧印加手段が交流源である請求項９記載のアン
   テナレードーム。 １２、アンテナが所定の走査角範囲を有する走査型アン
   テナであり、誘電シートと導体との組合せの所与の波長
   における反射係数がこの走査角範囲にわたって約−３０
   ｄＢ乃至−３６ｄＢである請求項６記載のアンテナレー
   ドーム。 １３、誘電シートの所定周波数に対する周波数・帯域巾
   比が約２５％である請求項６記載のアンテナレードーム
   。 １４、電界成分を有する選択された波長の電磁波を放出
   するように設計されている線形偏波アンテナ素子のアレ
   イ、 前記アレイを天候環境から遮蔽するように形成されてい
   る誘電シート、 前記誘電シートを全体的に前記アレイに平行に、且つ、
   前記電磁波の通路内に支持する手段、全体的には前記ア
   レイからの選択された波長の入射電磁波の電界に平行な
   方向に伸びているが所定の屈曲した経路を辿っている所
   定のパターンとして前記誘電シートの主表面上に配列さ
   れ、前記選択された波長の入射電磁波の反射係数をそれ
   らがない場合の反射係数よりも低くする複数の導体、及
   び 前記導体に接続されていてこれらの導体の両端にまたが
   って電圧を印加し、これらの導体に流れる加熱電流によ
   って誘電シートを加熱する手段 を具備する環境的に安定なアンテナ装置。 １５、導体が銅である請求項１４記載のアンテナ装置。 １６、導体がインコネルである請求項１４記載のアンテ
   ナ装置。 １７、導体が平らなストリップである請求項１４記載の
   アンテナ装置。 １８、導体が全体的には平行であり、選択された波長の
   半分より大きくない距離だけ互いに離間している請求項
   １４記載のアンテナ装置。 １９、選択された波長が自由空間において約５．９２ｃ
   ｍ（２．３３インチ）であり、誘電シートは誘電定数が
   約３でありそしてその厚さが約０．６４ｍｍ（０．０２
   ５インチ）である請求項１４記載のアンテナ装置。 ２０、誘電シートが２つの層からなり、導体を２つの層
   の間に挾んでいる請求項１４記載のアンテナ装置。 ２１、導体が約１．４ｍｍ（０．０５５インチ）巾の平
   らなストリップであり、各ストリップを流れる加熱電流
   が約１／４アンペアである請求項１４記載のアンテナ装
   置。 ２２、誘電シートと導体との組合せの選択された波長に
   おける反射係数が約−３０ｄＢ乃至−３６ｄＢである請
   求項１９記載のアンテナ装置。 ２３、導体を有する誘電シートの選択された波長に対す
   る周波数・帯域巾比が約２５％である請求項１９記載の
   アンテナ装置。