JPH02501346A - アンテナシステムにおける故障切分け方法および装置 - 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】 Ｍ　ａｙ 発明の名称 アンテナシステムにおける故障切分は方法および装置発明者 ヒル、ゴートン　ニス。

発明の分野 本発明はレーダーアンテナシステム、特に前記システムおいて異なる位置で発生 する故障の切分は方法および装置に関する。

発明の背景 レーダーシステムは通常、送信器、アンテナ、そして前記送信器を前記アンテナ に接続する複数の導波伝送線路から構成される。前記送信器によって発生したパ ルスは、前記導波伝送線路を通って送信用の前記アンテナに伝わる。ＴＲＡＣ− Ａ回転ドームアンテナをもつ米国海軍Ｅ−２Ｃのような監視用航空機の場合、回 転接合部は、伝送線路およびアンテナの間に設置され、アンテナの回転を許容す る。前記回転接合部は、前記の静止した伝送線路を前記回転アンテナに適合させ ることができる。このようなシステムでは、伝送路中の故障、たとえば、前記伝 送線路の始端と前記アンテナの前位置との間の不特定の位置に故障がある場合、 パルスが前記送信器から送出されるときに、前記送信器へ反射される高い電圧定 在波比（以下文中、ＶＳＷＲ）の原因となる。前記送信器に近接するセンサは高 反射信号を感知し、前記反射信号に起因した損傷から前記送信機を救い、前記レ ーダーシステムの機能を停止させる。前記導波伝送線路で発生し得る最も一般的 な問題には、短絡、腐食、そして疎結合がある。

試験設備内に組み込まれている航空機では、レーダー機能停止を生み出す高いＶ ＳＷＲ状態中、たとえば、伝送線路、回転接合部、アンテナを含むであろう伝送 路における故障位置を明確に切分けることができない。伝送路におｌする故障を 切分ける通常の方法は、疑いのある構成部品の各々を取り除いて交換し、次に実 際の試験飛行中、レーダーシステムの機能試験を行う。言うまでもなく、本方法 による故障位置の切分けは極めて時間を費し、航空機が長時間にわたって使用で きない。さらに、構成部品の大部分はたいへん高価なので、これらの構成部品の 分解は、構成部品の不適合のような失敗を容易に招く。

発明の詳細な説明 本発明は、１組の冷却剤用のホース・アダプター、モしてＲＦ擬似負荷を用いて 、レーダーシステムの伝送路における故障位置を正確に特定することによって、 前述した問題を克服することができる。本発明の方法には、前記伝送路を適切な 分割部分に分割し、アダプタおよび擬似負荷を前記分割部分の各々に接続するこ とが含まれる。前記伝送路で問題が生じたとき、前記擬似負荷はまず前記アンテ ナに最も近接した前記アダプタに接続され、同時に前記送信器に近接した前記ア ダプタに接続される。

ＲＦパルスは同時に前記アンテナの方へ送出される。前記擬似負荷は前記アンテ ナのインピーダンスに整合するインピーダンスを有するので、前記送信器および 前記擬似負荷間の伝送路部分に故障が存在しないとき、前記パルスは大きく減衰 され、前記送信器には送り返される信号がなくなる。また、前記送信器に影響を 与える故障によって反射される信号があると、同時に、前記擬似負荷は前記アダ プタから切り離され、次のアダプタに順次交換され接続される。この過程は、予 め決められた閾値より高い信号かりはや前記送信器に送り返されることがなくな るまで繰り返される。この時点において前記故障は、最も新しく接続された部分 と前記送信器との間の前記伝送路の部分に位置していると見做される。例外の場 合、放射状アンテナ素子の容器との間であると見做される。

本発明の第二の実施例は、アダプタ一つだけを用い、前記アダプタは適時に分割 部分一つに接続される。パルスが送信され故障している分割部分によって送り返 されたあと、前記アダプタは前記分割部分から切分けられ、その次の分割部分に 接続され、前記擬似負荷と接続される。再び、パルスが前記分割部分に送出され 、その反射が測定される。前述のように、前記分割部分の一端から反射信号が測 定され、或いは他端から充分な反射信号が測定されないとき、故障は特定の分割 部分一つにおいて切分けられていると見做される。

それゆえ、本発明を利用することによって、試行錯誤によって前記構成部品の各 々を取り除いて交換する必要はもはやない。加えて、航空機の機能停止時間は、 大幅に削減される。その理由は、構成部分を交換するたびごとにその航空機を試 験的に飛行させる必要がないためである。これは、結果的に大きな経済的節約を 意味する。

本発明の上記の目的と利点は、添付の図面を合せて考慮すると、一層明確に理解 できるであろう。

図面の簡単な説明 第１図は、従来のレーダーシステムの簡単なブロック図； 第２図は、本発明のレーダーシステムの半ブロツク図；第３図は、導波伝送線路 に接続した本発明の擬似負荷を示す等測図； 第４図は、アンテナ放射状素子の基部に接続した擬似負荷を示す図面である。

発明の詳細な説明 従来のレーダーシステムでは、第１図に示されるように送信装置２、導波伝送線 路４、回転接合部６、そしてアンテナ８が含まれる。この型のレーダーシステム は典型的なものであり、たとえば、米国海軍Ｅ−２Ｃ監視用航空機に搭載されて きた。このレーダーシステムはジェネラル・エレクトリック社製でコアクスイト ロン（ｃｏａｘｊｔｒｏｎ　）　、ｊなわち、ＲＦパルスをアンテナに伝達する 増幅管である。アンテナ８はランドトロン社製のレーダードームアンテナである 。前記アンテナは、回転によって大きな面積を探査できる。前記送信装置と前記 のレーダードームおよびアンテナの両方の構成は典型的なので、後で述べる動作 を除いて、ここでは説明しない。

アンテナ８は、回転接合部６と導波伝送線路４によって送信装置２に接続される 。回転接合部６は、前記アンテナ、またはさらに特定すると、後に述べる前記ア ンテナ内部の前記放射状素子を回転させるのに必要である。

前記送信装置と前記レーダードームおよび前記アンテナのように、伝送線路４お よび回転接合部６の両方は従来のもので典型的なレーダーの構成部分である。

動作中、伝送線路４および回転接合部６によって、送信器１０は、反射信号が受 け取られ分析されるＲＦパルスをアンテナ８に送出する。もし、本発明のレーダ ーシステムが適正に機能するとき、前記パルスのほとんどすべての電力は前記ア ンテナによって受容され、外部に放射されるであろう。つまり、大へん低いレベ ルの信号でも、前記パルスの反射を示めせば、前記送信器で受信されるであろう 。前記反射信号の電力レベルが予め決められた閾値未満であるかぎり、本発明の レーダーシステムは動作を継続し得る。しかし、故障なら、たとえば、前記アン テナおよび前記送信装置の間の伝送路において短絡や疎結合が発生したとき、前 記送信器へ反射される前記パルスの電力は、前述の予め決められた閾値より高く なるだろう。もし、本発明のレーダーシステムが動作を停止しないときは、前記 反射信号が前記送信器への多大な損傷を招くだろうし、前記送信器を支える構成 部分にも何らかの損傷を与えるのは言うまでもない。そのため、正常な反射信号 より高い値が検出されたとき、本発明のレーダーシステムは自動的に停止する。

本発明以前は、このようなレーダーシステムにおける故障の位置を特定するため に、技術者は伝送路を分解し、各々の構成部分を新しいものと交換する必要があ った。

このような交換は、言うまでもなく、極めて費用がかかる。それに加えて、その 航空機は長時間使用できない。

第２図には、本発明の装置をもつレーダーシステムが示されている。同一の構成 部分は、同一の番号で示されている。そのため、本発明を備えたレーダーシステ ムは、送信装置２内の擬似負荷１２、ＶＳＷＲ測定器１４、そしてスイッチ１６ をさらに包含して図示されている。故障切分けを目的として、システムのテスト 中、送信装置２および導波伝送線路４との間に、擬似負荷が接続可能なアダプタ １８が挿入される。二番目のアダプタ２０は伝送線路４と回転接合部６の終端に 挿入される。送信器１０が送出するパルスは、導波伝送線路４、回転ジヨイント ６、そして末端線路２２によって、前記アンテナに送られる。前記末端線路は、 三番目のアダプタ２４および２６が示す前記アンテナの放射状素子を介して前記 擬似負荷に接続されている。

第２図のレーダーシステムにはアダプタが三つ示されているが、アダプタ数は変 更できる。そのため、本発明はレーダーシステムでないものが含まれる異なる型 の送信システム、たとえば、無線局にも応用できることを評価していただきたい 。

さらに、前記伝送路おいて指示番号で示される各位置用の同一のアダプタが用い られる場合、必要なアダプタは一つだけでよいこともまた評価していただきたい 。その一つのアダプタに対する動作方法は、根本的に複数のアダプタを使用する のと同一であり、前記アダプタが指示番号で示される各位置に接続され、その位 置から取り除かねばならないことが、主な違いである。

前述したように、第２図のレーダーシステムの送信装置２には、擬似負荷１２、 ＶＳＷＲ測定器１４、そしてスイッチ１６が含まれる。さらに、前記擬似負荷は 、送信器１０から出力されたＲＦエネルギーを捕らえて熱に変換する減衰器を有 する。一方、ＶＳＷＲ測定器１４は、前記送信器の方へ戻る反射信号のエネルギ ー量を検出し測定する。ただし、それらの信号は出力されるパルスに対応したも のである。スイッチ１６は、送信器１０から出力される前記パルスを擬似負荷１ ２またはアンテナ８のどちらかへ送る機能をもつ。前記送信器が適正に機能して いるか否か試験するため、スイッチ１６は、もしそのようにセットされているな ら、送信器１０から出力された一つのパルスを擬似負荷１２へ再び送ることがで きる。送信器１０が適正に作動しているならば、Ｖ　Ｓ　Ｗ　Ｒ測定器１４は高 い反射信号値を受け取らないであろう。

前記送信器が正常に作動することによって、ＲＦパルスは出力され、アンテナ８ の放射状素子２６へ伝送される。

伝送路に故障がないかぎり、ＶＳＷＲ測定器１４が検出する前記反射信号は、予 め決められた閾値未満になるだろう。

しかしながら、前記導波伝送線路中に故障が発生したとすると、Ｖ　Ｓ　Ｗ　Ｒ 測定器１４によって測定される前記反射信号は前記予め決められた閾値より高く なる。この実施例では、前記導波伝送線路がアダプタ１８からアダプタ２０へ連 続しており、回転接合部６がアンテナ８の基部からアダプタ２０へ延びる１個の 装置だと仮定し、さらに、回転接合部６および末端線路２２に沿った不特定の位 置で短絡が発生してしまったとする。本発明の方法は、故障位置の切分けを以下 のようにして行う。

擬似負荷１２と全く同一でアンテナ８のインピーダンスと整合するインピーダン スをもつ抵抗負荷２８は、たとえば放射状素子２６の基部のアダプタ２４と、ま ず接続される。つぎに、ＲＦパルスは、送信器１０からアンテナ８の放射状素子 へ出力される。前記送信器およびアダプタ２４間の伝送路に故障がない場合、抵 抗負荷２８はアダプタ２４と接続されているので、前記出力パルスの電力を捕ら えて減衰する役割を果たす。前記故障が回転接合部６および末端線路２２によっ て限定される前記伝送路の分割部分内にあると仮定すれば、前記パルスは抵抗負 荷２８によって大幅に減衰される代わりに送信装置２へ反射され、Ｖ　Ｓ　Ｗ　 ＲＩＩ定器１４によって測定される。この測定値から、技術者はアダプタ２４お よびアダプタ１８の間に存在する前記故障をおそらく容易に知ることができる。

このことは、もちろん、前記送信器がより速く測定下に置かれ、かつ前記送信器 の機能確認のために擬似負荷１２に接続されることが条件である。

抵抗負荷２８は、アダプタ２４から順次取り除かれ、アダプタ２０と接続される 。再び、送信器１０からパルスが出力され、アンテナ８の方へ送られる。伝送線 路４に故障が存在せず、また抵抗負荷２８が回転接合部６の基部で前記パルスを 捕らえていると、前記パルスの電力は抵抗負荷２８によって大きく減衰され、Ｖ ＳＷＲ測定器１４から極めて低い反射信号が受信される。この結果によって、伝 送線路４が機能しており、前記故障がアダプタ２０およびアダプタ２４の間にあ ることが確められる。アンテナ８の基部および回転接合部６の上部において接続 されたアダプタがないとしたら、回転接合部６と末端線路２２は取り換えが必要 である。もし、回転接合部６と末端線路２２との間に接続されたアダプタがある としたら、前記故障がさらに切り分けられるように上記の過程がもう一回繰り返 される。

同一の原理を用いて、アンテナ８の放射状素子２６または送信装置２のスイッチ １６における故障は、直接取り除くこと又は取り外すことによって、同じように 簡単に切分！することができる。

第３図には、アダプタ２０または伝送線路４に接続される抵抗負荷２８の概観図 が示されている。抵抗負荷２８を許容温度に維持するにめ、一対のホース３０Ａ およびホース３０Ｂはそれらの中に冷却剤を循環する。前記冷却剤は図示されて いないポンプによって循環される。

そして前記冷却剤によって運ばれる熱は、また図示されてない熱交換器によって 散逸される。アダプタ２０は、現に使用している導波伝送線路の屈曲部分である ことを評硼していただきたい。同じように、抵抗負荷２８は減衰器からなり、こ れもまた従来からのものである。放射状素子２６の基部への抵抗負荷の接続は第 ４図に示され、円３２の内側に描かれている。

本発明は多くの類型、修正、そして詳細な変更の下にある。そのため、添付の図 面に示され、本明細書全体の説明すべては、限られた意味だけで解釈されるもの ではない。このような事情に応じ、本発明は、添付した特許請求の範囲の精神と 広がりとによってのみ限定されることが望まれる。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．送信手段（２）、導波伝送線路（４）、所定のインピーダンスとアンテナ回 転用の接合手段（６）とを有するアンテナ（８）を備え、前記送信線路および接 合手段が前記送信手段を前記アンテナに接続する送信システムにおいて、 （ａ）前記伝送線路（４）および前記接合手段（６）を少くとも二つの分割部分 に分割する段階と；（ｂ）アダプタ手段（１８、２０）を前記分割部分の一つに 接続する段階と； （ｃ）前記アンテナのインピーダンスにほぼ整合するインピーダンスを有する抵 抗負荷（２８）を前記送信手段から送出されるパルスを捕えて減衰するために前 記アダプタ手段に接続する段階と； （ｄ）前記送信手段からのパルスを前記抵抗負荷の方へ送出する段階と； （ｅ）前記送出パルスが前記抵抗負荷によって大幅に減衰されて前記送信手段へ 反射されないとき、前記送信手段および前記アダプタ手段の間の線路に故障がな いことを示す段階と； （ｆ）前記送出パルスが前記送信手段へ大幅に反射されるとき、前記送信手段お よび前記アダプタ手段の間の線路に故障があることを示す段階と；からなる前記 システムにおける故障切分け方法。 ２．（ｇ）前記アダプタ手段を別の分割部分に接続する段階と； （ｈ）前記抵抗負荷を前記アダプタ手段に接続する段階と； （ｉ）段階（ｄ）および（ｆ）を繰り返す段階と；（ｊ）分割部分が故障と示さ れた線路を含み、故障でないと示された線路を含んだ別の分割部分に近接してい るとき、前記システムの故障の分割部分を故障として確認する段階と； からなる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３．（ｋ）段階（ｄ）から段階（ｈ）を前記抵抗負荷が前記分割部分の各々に接 続されるまで繰り返す段階からなる、特許請求の範囲第２項記載の段階。 ４．段階（ｃ）では前記抵抗負荷を前記アンテナ前位置に密着して接続されたア ダプタ手段に接続することと；前記送信手段から送信されたパルスが前記抵抗負 荷によって大きく反射されないとき、前記アンテナが故障であると確認する段階 と； を備える特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５．段階（ｃ）では前記抵抗負荷を前記送信手段の後位置に密着して接続された アダプタ手段に接続することと；前記送信手段にはパルス送信器およびこれを支 える構成要素が含まれることと； 前記送信器から送出されるパルスが大きく前記抵抗負荷によって減衰されないと き、前記送信手段の少くとも一つの構成要素を確認する段階からなる方法と；を 特徴として備える特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６．送信手段２、伝送線路４、そして特定のインピーダンスをもつアンテナ８を 有し、前記伝送線路が前記送信手段を前記アンテナに接続する送信システムにお いて、（ａ）前記伝送線路を少くとも二つの分割部分に分割する段階と； （ｂ）各々のアダプタ手段（１８、２０）を各々の前記分割部分に接続する段階 と； （ｃ）前記アンテナのインピーダンスとほぼ整合するインピーダンスをもつ抵抗 負荷（２８）を前記アダプタ手段の一つに接続する段階と； （ｄ）前記送信手段からのパルスを前記抵抗負荷の法へ送出する段階と； （ｅ）前記抵抗負荷から反射される信号を受信する段階と； （ｆ）前記反射信号の電力が所定の閾値より低いとき前記送信手段および前記抵 抗負荷の間の前記伝送線路の前記部分を故障していないと示し、前記反射信号の 電力が少なくとも前記閾値と対応するとき前記部分を故障していると示す段階と ； とからなる、前記システムにおける故障切分け方法。 ７．（ｇ）前記抵抗負荷を別のアダプタ手段（１８、２０、２４）に接続する段 階と； （ｈ）段階（ｄ）から段階（ｇ）を繰り返す段階と；（ｉ）前記抵抗負荷が分割 部分すべてと接続されていて故障している分割部分が示されていないとき、前記 システムを故障なしと示す段階と； からなる、特許請求の範囲第６項記載の方法。 ８．（ｇ）前記抵抗負荷を別のアダプタ手段に接続する段階と； （ｊ）段階（ｄ）から段階（ｇ）を繰り返す段階と；（ｋ）前記伝送部分の分割 部分が故障と示された部分を含んで故障していないと示された部分に近接してい るとき、前記分割部分が故障していると確認する段階と；からなる、特許請求の 範囲第６項記載の方法。 ９．前記アンテナの放射状素子の前位置に密接して接続されたアダプタ手段に前 記抵抗負荷を接続することを段階（ｃ）が含むことと、前記抵抗負荷から反射さ れた前記信号の電力が前記予め決められた閾値よりも低いとき前記アンテナを故 障していると確認する段階と、を特徴として備える、特許請求の範囲第６項記載 の方法。 １０．前記送信手段の後位置に密接して接続されたアダプタ手段に前記抵抗負荷 を接続することを含む段階（ｃ）において、前記送信手段には送信器およびこれ を支える構成要素があることと； 前記抵抗負荷から反射される前記信号の電力が前記予め決められた閾値に少なく とも対応するとき、前記構成要素の少なくとも一つを故障していないと確認する 段階からなる方法と； を特徴として備える、特許請求の範囲第６項記載の方法。 １１．送信手段（２）、伝送線路（４）、所定のインピーダンスを持つアンテナ （８）、そして前記アンテナを回転させるための接合手段（６）を有し、前記伝 送線路および前記接合手段が前記送信手段および前記アンテナに接続される送信 システムにおいて、 前記伝送線路および前記接合手段の分割部分一つに少なくともアダプタ手段（１ ８、２０）一つが接続されることと； 前記送信手段から送出されるパルスを捕らえて減衰する前記アダプタに接続可能 な前記アンテナのインピーダンスに整合するインピータンスを有する抵抗負荷（ ２８）と； 前記送信手段および前記抵抗負荷を分離する前記システムの一部分を介して、前 記抵抗負荷によって反射される前記パルスに対応して、信号の電力を測定するた めの前記送信手段（１４）と協働する手段と；以上によって、前記反射信号の電 力が前記抵抗負荷によって大幅に減衰されるとき、前記抵抗負荷および前記送信 手段の間の前記システムの前記部分が故障していないと示されるか、または前記 反射信号が大幅に減衰されていないとき前記部分が故障と示されることと；から なる、送信システム。 １２．前記抵抗負荷がＲＦ擬似負荷からなる、特許請求の範囲第１１項記載の装 置。 １３．前記測定手段がＶＳＷＲ測定器からなる、特許請求の範囲第１１項記載の 装置。 １４．前記抵抗負荷に整合させるため、前記アンテナの放射状素子の基部に結合 される前記アダプタ手段と；前記放射状素子の前記基部で前記抵抗負荷によって 反射される前記信号が大幅に減衰されるとき、前記アンテナが故障していると確 認されることと；を特徴として備える、特許請求の範囲第１１項記載の装置。 １５．前記抵抗負荷に整合させるため、前記アダプタ手段が前記送信手段の後位 置に密接して結合される、前記送信手段が送信器およびこれを支える支持部品を 含むことと； 前記送信手段後部の前記抵抗負荷によって反射される前記信号の電力が大幅に減 衰されないとき、前記構成要素の少なくとも一つを故障していると確認すること と； を特徴として備える、特許請求の範囲第１１項記載の装置。 １６．前記抵抗負荷が発生する熱を吸収する冷却手段を備える、特許請求の範囲 第１１項記載の装置。