JPWO2006129365A1 - 電波レンズアンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
半球状のルーネベルグレンズを反射板と組み合わせて構成される電波レンズを採用したアンテナ装置の良好な電気特性を長期にわたって維持するために、レンズの表面を覆うレンズカバーを反射板に安定して固定できるようにすることを課題としている。半球状のルーネベルグレンズ3と、レンズの表面を覆う半球殻状のレンズカバー4と、電波の反射板2と、レンズ3の外周に沿って配置するリング状のプレート5と、レンズの焦点部に配置する一次放射器と、その一次放射器の保持部とからなり、レンズカバー4の開口端に設けたフランジ4aを反射板2とプレート5とで挟み付けてレンズカバー4を反射板2に固定し、好ましくは、レンズカバー4をレンズ3に接触させ、さらに、レンズカバー4を介してレンズ3を径方向にもプレート5押さえ込むようにした。
Description
この発明は、通信衛星や地上設置のアンテナなどと送受信するために用いるルーネベルグレンズを使用した電波レンズアンテナ装置に関する。
アンテナ装置用の電波レンズとして、ルーネベルグレンズを使用したものが知られている。ルーネベルグレンズは誘電体で形成された球状のレンズであって、球の中心から外周に向かって比誘電率を2〜1に、或いはそれに近似した値で変化させたものが用いられる。なお、半球状のレンズをそのレンズよりも大サイズの電波の反射板と組み合わせて球状レンズと等価な機能を確保したルーネベルグレンズもある(例えば、下記特許文献1)。
特許文献1が開示している電波レンズアンテナ装置は、半球状のレンズを使用しているので球状レンズを使用するものに比べて小型化や低コスト化が図れるが、全体をレドームで覆って保護する構造にしているため、サイズが大きくなり、また、中空構造のレドームは強度を確保するために厚みを大きくせざるを得ず、それが原因で電気特性にも問題が生じるだけでなく、コスト的にも高価なものになる。
これに対し、下記特許文献1が開示している構造の電波レンズアンテナ装置は、半球殻のレンズカバーを使用してこのレンズカバーと反射板とでレンズを密封することができる。レンズカバーは、レンズの表面に接しているので寸法が大きくならず、厚みも薄くすることができ、そのために、レドームを使用するアンテナ装置に比べてさらなるコンパクト化が図れ、良好な電気特性を確保するのも容易である。
しかしながら、特許文献1は、レンズの固定と液封シールについては何ら言及していない。反射板に対するレンズの固定は、接着剤を使用して行うのが一般的である。しかしながら、接着では長期使用による接着剤の劣化が起こってレンズが剥がれる可能性があり、また、振動や衝撃、或いは、風圧による反射板の撓み等でレンズが剥がれる可能性もあり、その場合、レンズと反射板との間にレンズとは誘電率のことなる隙間ができるため、アンテナ装置の電気性能が大きく低下する。また、接着部の剥がれと、レンズカバーの外れ、破損が併せて発生した場合、レンズが落下することも懸念される。
また、反射板とレンズカバーとの間に適切なシールが施されていないと、雨水だけでなく、湿気などもレンズカバーの内部に入り込む可能性がある。水は、誘電率(εr)、誘電損失(tanδ)が高く、わずかな湿気がレンズ内部に入り込んだだけでもアンテナ装置の電気性能が著しく低下する。これらの問題に対して、特許文献1は、何ら解決策を示していない。
特開2002−232230号公報
この発明は、レンズと反射板との間の接着剤が剥がれてもアンテナ装置の電気性能の低下やレンズの落下が起こらず、併せて水分や湿気などがレンズカバー内部に侵入し難い構造を有する電波レンズアンテナ装置を提供することを課題としている。
上記の課題を解決するため、この発明においては、レンズカバーの開口端にフランジを設け、そのフランジを反射板とレンズを取り巻くプレートの間に挟んでレンズカバーを反射板に固定する。また、レンズを中心としたレンズ径よりも大径の円周上で前記反射板とレンズカバーとの間のシールを行い、このシール部よりもレンズから離れた側でプレートを反射板に固定する。
具体的には、半球状のルーネベルグレンズと、前記レンズの表面を覆うレンズカバーと、前記ルーネベルグレンズと組み合わせる電波の反射板と、前記ルーネベルグレンズの外周に沿って配置するリング状のプレートと、レンズの焦点部に配置する一次放射器と、その一次放射器の保持部とからなる電波レンズアンテナ装置を、
前記レンズカバーが開口端に設けたフランジを前記反射板と前記プレートの間に挟んで固定され、レンズを中心としたレンズ径よりも大径の円周上に前記反射板とフランジとの間をシールするシール部が設けられ、そのシール部よりもレンズから離れた側で前記プレートと反射板の固定がなされているものとなす。
前記レンズカバーが開口端に設けたフランジを前記反射板と前記プレートの間に挟んで固定され、レンズを中心としたレンズ径よりも大径の円周上に前記反射板とフランジとの間をシールするシール部が設けられ、そのシール部よりもレンズから離れた側で前記プレートと反射板の固定がなされているものとなす。
前記プレートは周方向に複数に分割してもよい。特に、プレートの内周面に、レンズカバーの外径よりも内径を小さくした箇所を設けるときにはプレートを分割して装着するのが望ましい。
レンズカバーの一部をレンズに接触(好ましくは圧接)させることによってレンズを固定してもよい。このときの、レンズとレンズカバーの接触部の位置は特に限定されないが、レンズカバーが仮に破損した場合、レンズカバーの一部が残存する確立は反射板の表面に近い部分ほど高いので、反射板に近い部分でレンズカバーをレンズに接触させると好ましい。
プレートの内周面をレンズからの離反量がプレートの下面側で大となる方向に傾斜させてこのプレートの内周面の上部やプレート厚み方向中央部に内径がレンズカバーの外径よりも小さな部分を形成し、そのように構成したプレートを用いてレンズとレンズカバーを固定してもよい。また、プレートの内周面にレンズ径方向の入り込み部や突出部を設けて内周面をレンズカバーに対して凹凸嵌合させてレンズとレンズカバーを固定することもできる。
プレート設置部における電波の反射面は、プレートの上面で構成することができる。プレートの上面を電波反射面の一部として使用するときには、反射板の反射面とプレート上面との段差をできるだけ小さくするのがよい。プレートの厚みは、受信する電波の波長の1/10以下が好ましい。
また、プレートを皿ねじで反射板に締結してプレートの上面を平坦に保つ構造、プレートを低誘電損失の合成樹脂で形成してこのプレートの下部に反射板の反射面を配置する構造、プレートを反射板に埋設してプレートと反射板の段差を小さくする構造なども好ましい。プレートを反射板に埋設すればプレートの上面と反射板の反射面の高さ位置をほぼ同一面内に揃えることができる。
なお、プレートは合成樹脂(発泡樹脂も含む)で形成してもよい。プレート材料の合成樹脂は、誘電損失の低いポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどのポリオレフィン樹脂や、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂を用いることが望ましい。
また、レンズカバーと反射板との間をシールする方法は、フランジを挟みつけるだけでも可能であるが、Oリング、パッキン、シーラント、接着剤などを使用し、或いは併用すると、より好ましいシールを行える。
レンズカバーの開口端のフランジを含めてレンズカバーの開口縁を反射板の内部に入り込ませ、レンズカバーと反射板との間のシールを反射板の内部で行うのも好ましい。
レンズを載せる第1反射板と、レンズの周囲において第1反射板上に重ねる第2反射板とで反射板を構成して第2反射板を前記プレートとして兼用する構造も考えられる。この場合、2枚の反射板の重ね部を反射板の内部とみなしてこの重ね部にレンズカバーと反射板間のシール部を設けることができる。
この発明の電波レンズアンテナ装置は、リング状のプレートと反射板との間にレンズカバーの開口端のフランジを挟んでレンズカバーを反射板に固定するので、前記フランジの各部に締め付け圧が均等に加わるようになり、荷重が一部に集中して薄いレンズカバーが破壊されることが防止される。
また、レンズカバー端のフランジをプレートで均等に押圧することでフランジと反射板との間に設けるシール部に均等なシール圧が加わり、従って、均一シールによりシールの信頼性も高まる。また、プレートの固定をシール部よりもレンズ径方向の外側で行うことにより、プレート固定部からの浸水も防止される。
なお、プレートを周方向に分割したものは、プレートでレンズカバーを径方向に押圧し、レンズカバーを介してレンズを分割プレート間に挟むことができ、レンズの落下防止の効果をさらに高めることができる。
また、プレートの内周面を傾け、内周面の上部やプレート厚み方向中央部の内径をレンズカバーの外径よりも小さくしたものや、プレートの内周面にレンズ径方向の又は突出部を設けて内周面をレンズカバーに対して凹凸嵌合させるようにしたものは、プレートがレンズカバーに係止し、接着剤が剥がれてもレンズがプレートに引き止められる。そのために、レンズの移動、落下がより起こり難くなる。
レンズカバーと反射板間のシールを反射板の内部で行うものは、反射板の反射面上に電波の反射に影響を与える部材を設けずに済む。そのために、電波の反射が反射面の全域で正常になされ、アンテナ装置の電気性能の低下が防止される。
また、反射板の内部でシールを行うことによって、反射板からのアンテナカバーの浮き上がりやシール部のシール圧の不均一を無くしてシールの安定性を高めることもできる。
アンテナカバーの開口端のフランジを第1、第2反射板間に挟んで固定するものも、挟み込むことでシール性を持たせることができる。
さらに、レンズカバーの開口端のフランジを反射板の反射面上に配置してシールを行う場合には、反射板のフランジ重ね部に段差や孔(例えば水切りのための孔)などによる凹凸が存在するとフランジと反射板間に凹凸による隙間ができ、良好なシールを行うのが難しくなるが、反射板の内部でシールを行えばこの問題が起こらない。
このほか、Oリング、パッキン、シーラント、接着剤などを使用して、或いは併用してシールを行うものは、より安定したシールを行うことができる。
1 電波レンズアンテナ装置
2 反射板
2a 溝
2b 第1反射板
2c 第2反射板
3 ルーネベルグレンズ
3a 取付け面
4 レンズカバー
4a フランジ
5、15 プレート
6 一次放射器
7 保持部
8 シール部
8a シール剤
8b Oリング
9 締結具
10 接着剤
11 突起
12 溝
15a 下プレート
15b 上プレート
2 反射板
2a 溝
2b 第1反射板
2c 第2反射板
3 ルーネベルグレンズ
3a 取付け面
4 レンズカバー
4a フランジ
5、15 プレート
6 一次放射器
7 保持部
8 シール部
8a シール剤
8b Oリング
9 締結具
10 接着剤
11 突起
12 溝
15a 下プレート
15b 上プレート
以下、この発明の電波レンズアンテナ装置の実施の形態を添付図面の図1乃至図12に基づいて説明する。図1は、組み立て後の電波レンズアンテナ装置の概略断面を表している。この電波レンズアンテナ装置1は、電波を反射させる反射板2と、その反射板2上に設置する半球状のルーネベルグレンズ3(以下単にレンズと言う)と、そのレンズの表面を覆う半球殻状のレンズカバー4と、リング状のプレート5と、レンズの焦点部に配置する一次放射器6と、その一次放射器6の保持部7を組み合わせて構成される。
反射板2、レンズ3、レンズカバー4およびプレート5を分解した状態にして図2に示す。レンズカバー4は、開口端に一体のフランジ(外フランジ)4aを設けたものを使用する。
反射板2は、レンズ3よりもサイズが大きい。この反射板2は、軽量で安価なアルミニウムで形成すると好ましいが、アルミニウム以外の金属板で形成されたもの、樹脂板の表面に金属めっきを施したものなどであってもよい。レンズカバー4を取付ける領域よりも外側の領域は、微細な孔(例えば直径1mm以下の孔)をあけた多孔金属板や、微細な目孔(例えば1mm以下)を有する金属メッシュ板などで形成することもできる。要は、電波の反射に支障の無い平面度を有する面を電波反射面として備えていればよい。
レンズ3は、一般的には、レンズの各部を径方向に多層に分けて各層の比誘電率を少しずつ異ならせる方法で製造され、その一般的な方法で製造された比誘電率が径方向に段階的に変化したレンズでよい。
レンズカバー4は、合成樹脂で形成されている。使用する合成樹脂は誘電損失が小さくて耐候性のある材料であれば基本的にその種類を問わないが、誘電損失の特に小さいポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレンなどの炭化水素系熱可塑性樹脂が好ましく、また、誘電損失低減の面からレンズカバー4の厚みも1mm以下であることが好ましい。
プレート5は、材質は特に問わないが、反射板2と同様、軽量かつ安価なアルミニウムで形成すると好ましい。このプレート5は、上面を電波の反射面として構成するものと、電波を透過させる構造のものが考えられる。前者のプレートは、反射板2と同様の材料で形成することができ、一方、後者のプレートは、誘電損失の小さな材料、例えば、レンズカバー4と同様の材料で形成するのが好ましい。このプレート5は、エンドレスのリング、又はそれを周方向に複数に分割したものを使用する。
上面を電波の反射面にするプレート5は、その厚みを、受信する電波の波長の1/10以下にすると好ましい。反射板2上にプレート5を設けるときには、必要強度が損なわれない範囲でプレート5を極力薄くして反射板2の反射面からプレート5の上面までの高さ(以下段差と言う)をできるだけ小さくするのがよい。そうすることで、装置の性能に与える悪影響を少なくすることができる。その段差は電波の波長の1/10以下であることが好ましい。図9〜図12に示すような構造にすれば、プレートの厚みを減少させずに上記段差を小さくすることができ、反射板2の反射面とプレート5の上面を同一面内に揃えることも可能になる。図9〜図12のアンテナ装置の詳細説明は後に行う。
一次放射器6は、LNB(ローノイズブロック)と称されるものであって、少なくとも1個、必要なら複数個が通信相手の静止衛星などからの電波の焦点に位置決めされて設けられる。
保持部7は、一次放射器6を位置決め点に保持するもので、レンズの表面に沿って湾曲させたポールやアーチ状アームなどの周知のホルダを使用できる。
例示の電波レンズアンテナ装置は、いずれも、レンズカバー4のフランジ4aを、反射板2とプレート5の間に挟んでレンズカバー4を反射板2に固定している。また、レンズを中心としたレンズ径よりも大径の円周上に反射板2とフランジ4aとの間をシールするシール部8を設け、そのシール部8よりもレンズから離れた側でプレート5をボルトなどの締結具9を用いて反射板2に固定している。
レンズカバー4を反射板2に固定する構造の第1実施例を図3に、同構造の第2実施例を図4にそれぞれ示す。レンズ3は反射板2に接着固定するのが好ましく、この第1、第2実施例では、レンズ3を、接着剤10を用いて反射板2の反射面上に接着している。
レンズ3の外周に半球殻状のレンズカバー4を被せ、そのレンズカバー4の開口端に設けたフランジ4aを反射板2上に載せ、その後、フランジ4a上にリング状のプレート5を重ね、このプレート5を締結具9で反射板2に固定し、反射板2との間にフランジ4aを挟み込んでレンズカバー4を反射板2に固定している。レンズカバー4は、少なくとも一部がレンズ3に接触しており、そのためにレンズカバー4を介してレンズ3が反射板2に押し付けられ、レンズカバー4を用いてのレンズ固定も同時になされる。
なお、プレート5は、周方向に分割されたプレートを使用して固定位置を径方向に調整できるようにすると、レンズカバー4を径方向にも押さえ込むことができる。その径方向押さえ込みを行うと、レンズカバー4を介してレンズ3を分割されたプレート5で径方向に挟みつけることができ、接着剤10の劣化によるレンズの取付け面3aの剥離とレンズカバー4の破れが万一重なって発生しても、プレート5による締め付け力でレンズ3の落下を防止することができる。
プレート5の上面を電波の反射面として使用する場合の締結具9は、図4に示す皿ねじがプレート5の上面を平坦に保つことができて好ましいが、リベットなどの他の締結要素も使用できる。
シール部8は、反射板2とプレート5による締め付け圧をフランジ4aの両面に働かせるだけのものも考えられるが、反射板2との界面にシリコンコーティング剤、シーラント、接着剤などのシール剤8aを塗布してシール性を向上させることが好ましい。シール性の向上は、フランジ4aを防水性のある両面粘着テープで反射板に貼り付ける方法や、図4に示すように、反射板2とフランジ4a間にOリング8b(パッキンも可)を組み込む方法でも行える。
図5は、レンズカバーを固定する構造の第3実施例である。この第3実施例は、プレート5の内周面をレンズ3からの離反量がプレート5の下面側で大となる方向に傾斜させて内周面の厚み方向中央部(上部でもよい)を尖らせ、レンズカバー4に対するプレート5の引っ掛かり性を良くした点が図3の第1実施例と異なる。レンズカバー4のプレート5との係合部は、プレート5の内周面の形状に対応させた形にしておくのがよい。プレート5の内周面を図5のような形状にしてレンズカバー4に係止させると、レンズカバー4がレンズ径方向に動いて締め付け力が低下する不具合が起こり難くなる。
プレート5の内周面は、図6の(a)〜(i)に例示するような形状、即ち、内周面にレンズ径方向の入り込み部や突出部があり、その内周面がレンズカバー4に対して凹凸嵌合する形状にしてもよく、この方法でもレンズカバー4の引っ掛かり性を良くすることができる。
図7は、レンズカバーを固定する構造の第4実施例である。この第4実施例は、プレート5とフランジ4aの合わせ面に、互いに嵌り合う突起11と溝12を対応させて設けている。その突起11と溝12は、レンズ径方向と交差する方向に延びており、その両者が係合してフランジ4aのレンズ径方向への移動が阻止される。従って、プレート5による固定力の緩みが発生しない。なお、突起11をプレート5に設けてその突起11をレンズカバー4に設けた溝12に係止させる構造でも同一効果が得られる。
レンズとレンズカバーを固定する構造の第5〜第9実施例を図8〜図12に示す。図8の第5実施例は、下プレート15aと上プレート15bを備える断面コの字型の周方向に複数に分割されたプレート15を用いてレンズカバー4を反射板2に固定する。下プレート15aは、内周面にテーパを付けて内端の上側の縁を尖らせており、この尖った縁をレンズ3の取付け面近傍の外周にレンズの性能に影響を与えない範囲で食い込ませるようにしている。また、締結具9(図のそれはねじ)で締め付ける下プレート15aと上プレート15b間にレンズカバー4のフランジ4aを挿入し、そのフランジ4aを下プレート15aと上プレート15bで挟持してレンズカバー4を反射板2に固定している。その他の構成は図3の第1実施例と同じである。この第5実施例は、プレート5による直接のレンズ固定と、レンズカバー4を介してのレンズ固定が併せてなされるので、レンズの固定がさらに安定する。
図9の第6実施例は、反射板2にレンズを取り巻く溝2aを設け、その溝2aにレンズカバー4の開口端のフランジ4aとリング状プレート5を重ねて収納したものであって、プレート5が反射板2に埋設された状態になり、反射板2の反射面とプレート5の上面に(反射面)の高さ位置がほぼ同一面内に揃っている。この構造は、プレート5を使用することによる反射面の段差がなくなり、その段差が生じたものに比べてアンテナ装置の電気性能が向上する。また、フランジ4aが反射板2の内部に埋設され、そのために、シール部8も反射板2の内部に設けられることになるので、反射板の表面に凹凸があってもその影響を受けず、良好なシール部を形成することができる。
図10の第7実施例、図11の第8実施例、図12の第9実施例は、いずれもレンズ3を載せる第1反射板2bとレンズ3の周囲において第1反射板2b上に重ねる第2反射板2cとで反射板2を構成したものである。第1反射板2bは、レンズカバー4の外径よりも外側に位置する部分の厚みを、レンズ3が接着される部分の厚みよりも第2反射板2cの厚み相当分薄くして上面に段差を生じさせており、この第1反射板2bの厚みが薄くなった部分に第2反射板2cを重ねて第1反射板2bと第2反射板2cの面位置を同一面内に揃えている。第2反射板2cはレンズカバー4を受け入れる円形の穴を有しており、従って、円環ではないがこれもリングと考えることができる。この第2反射板2cも本発明ではリング状プレートとみなす。
このような構造にすると、第1反射板2bを押圧用のプレートとして働かせてその第1反射板2bと第2反射板2cとの間にレンズカバーのフランジ4aを挟み込んで固定することができ、専用のプレートを設けずに済む。また、図9の第6実施例と同様、シール部8が反射板の内部に設けられる構造になるので、反射板の表面に凹凸があってもその影響を受けることがなくなり、良好なシール部を形成することができる。
なお、図10の第7実施例は、第1反射板2bに溝を設けてフランジ4aの収納スペースを作り出しているが、フランジ4aの収納スペースは、図11の第8実施例のように、第2反射板2cの裏面に段差をつけて生じさせてもよい。また、フランジ4aを反射板2の内部に配置する場合には、図12の第9実施例に示すように、レンズカバー4の開口近傍の内面と反射板との間にシール部8を形成することが可能になる場合がある。
レンズ3とレンズカバー4を接着剤10のみで反射板2に固定した従来例の電波レンズアンテナ装置を簡略化して図13に示す。この従来例の電波レンズアンテナ装置と実施例1〜9の固定構造を用いた電波レンズレンズアンテナ装置のレンズ固定の信頼性を評価するために、アンテナ装置を0°〜90°、つまり、反射板2が水平状態から垂直状態になるまで傾けて電気特性を調べた。その結果、従来例は、レンズの固定が不安定で反射板上でのレンズのずれが発生し、それが原因で受信感度(C/N)が1.1dB低下した。これに対し、実施例1〜9は、電波の受信感度に変化が無く、フランジをリング状のプレートで反射板との間に挟んでレンズカバーを反射板に固定したことによってレンズ3の固定も安定することが証明された。
Claims (11)
- 半球状のルーネベルグレンズと、前記レンズの表面を覆うレンズカバーと、前記レンズと組み合わせる電波の反射板と、前記レンズの外周に沿って配置するリング状のプレートと、前記レンズの焦点部に配置する一次放射器と、その一次放射器の保持部とからなる電波レンズアンテナ装置において、
前記レンズカバーが開口端に設けたフランジを前記反射板と前記プレートの間に挟んで固定され、前記レンズを中心としたレンズ径よりも大径の円周上に前記反射板と前記フランジとの間をシールするシール部が設けられ、そのシール部よりも前記レンズから離れた側で前記プレートと前記反射板の固定がなされていることを特徴とする電波レンズアンテナ装置。 - 前記プレートが周方向に複数に分割されていることを特徴とする請求項1に記載の電波レンズアンテナ装置。
- 前記レンズカバーの一部を前記レンズに接触させて前記レンズを固定したことを特徴とする請求項1又は2に記載の電波レンズアンテナ装置。
- 前記プレートの内周面を、前記レンズからの離反量が前記プレートの下面側で大となる方向に傾斜させたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電波レンズアンテナ装置。
- 前記プレートの内周面にレンズ径方向の入り込み部又は突出部があり、前記プレートの内周面が前記レンズカバーに対して凹凸嵌合することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電波レンズアンテナ装置。
- 前記プレートの厚みを、受信する電波の波長の1/10以下としたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の電波レンズアンテナ装置。
- 前記プレートを皿ねじで前記反射板に締結して前記プレートの上面を平坦に保ったことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の電波レンズアンテナ装置。
- 前記プレートを低誘電損失の合成樹脂で形成し、前記プレートの下部に前記反射板の反射面を配置した請求項1〜7のいずれかに記載の電波レンズアンテナ装置。
- 前記プレートを前記反射板に埋設して前記プレートと前記反射板の段差を小さくしたことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の電波レンズアンテナ装置。
- 前記反射板を、前記レンズを載せる第1反射板と、前記レンズの周囲において第1反射板上に重ねる第2反射板とで構成し、前記第2反射板を前記プレートとして兼用したことを特徴とする請求項9に記載の電波レンズアンテナ装置。
- 前記シール部のシール手段としてOリング、パッキン、シーラント、接着剤のいずれかを使用又は併用したことを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の電波レンズアンテナ装置。
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