JPH0342723B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、舶用レーダ、中継装置等のアンテナ
として好適なスロツト・アレイ・アテナ装置に関
し、特に、誘電体導波機構を備えて、小型軽量化
を図つたスロツト・アレイ・アンテナ装置に関す
る。

［従来の技術］ スロツト・アレイ・アンテナ装置は、パラボ
ラ・アンテナ等と比べて小型軽量であるため、マ
スト等に載せる必要がある舶用レーダに多用され
ている。しかし、スロツト導波管のみでは、該ス
ロツト導波管の管軸を含む平面（以下水平面と称
する。）内での指向性ビームを形成できるだけで、
該水平面に直交する面（以下垂直面と称する。）
内の指向性ビームは形成できないので、垂直面内
の指向性ビームを得るのに、通常、ホーンが装着
され、使用されている。そのため、パラボラ・ア
ンテナ程ではないにしても、鋭いビームを得よう
とすると、重量が増大し、また、開口面積が大き
くなつて、野外使用に際し、風圧の影響が大きく
なる欠点がある。特に、風の強い海上で使用され
る舶用レーダでは、それ自身の強度と共に、回転
駆動系に対しても多大な影響を及ぼすので、風圧
の問題は極めて重要である。

これに対し、出願人は、誘電体導波機構と小型
反射板とを備えて、ホーンを小型反射板に置き換
えて縮小することにより、小型軽量化を図り、か
つ開口面積を小さく抑えたスロツト・アレイ・ア
ンテナ装置を提案した（特開昭56−31205号）。

第１図および第２図は、このスロツト・アレ
イ・アンテナ装置の一例を示す。これらの図に示
すスロツト・アレイ・アンテナ装置は、チヤネル
部材２のウエブに溝部２ａを設けて、該溝部２ａ
にスロツト導波管１を挿入固着して成り、該スロ
ツト導波管１の前方に、該前方の空間を挟んで、
板厚が使用波長に比して十分薄い一対の誘電体板
３ａ，３ｂから成る誘電体導波機構３を突設し、
かつ、該一対の誘電体板３ａ，３ｂの外側に、誘
電体板３ａ，３ｂの基部近傍を透過して射出され
る電磁波を反射する反射板４を、上記チヤネル部
材２の開口部に設けて構成される。

このスロツト・アレイ・アンテナ装置は、スロ
ツト導波管１から放射された電磁波のうち、水平
面に対し小さな角度をなして放射されるものを、
誘電体板３ａ，３ｂの内向き面（対向面）にて反
射させて前方に導くと共に、大きな角度をなして
放射されるものを、反射板４にて前方に反射させ
ることにより、前方に放射される電磁波エネルギ
ーを増大させて、指向性ビームを形成し、かつ、
サイドローブレベルを低減させている。

この場合、反射板４は、大きな角度で放射され
る誘電体基部からの電磁波のみを反射すればよい
ので、短くてよい。従つて、開口面積を、従来の
ホーンに比し小さくすることができる。例えば、
従来のホーン型の場合、開口面高さが使用波長の
４倍以上であつたものが、このスロツト・アレ
イ・アンテナ装置の場合、波長の２倍程度でよ
く、開口面積を小さくすることができる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した第１図および第２図に示すスロツト・
アレイ・アンテナ装置は、これ自体で十分実用可
能であるが、さらに、屋外で使用することを考え
ると、レドームを装着することが好ましい。

しかし、従来は、どのようなレドームを装着す
ることが好ましいかについては、考慮されていな
かつた。特に、指向特性におけるビームの尖鋭
化、即ち、最大利得の増大に寄与しうるレドーム
が望まれている。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもの
で、レドームを装着して、サイドローブの増大を
極力小さく抑えて、主ローブのビームの尖鋭化を
実現できるスロツト・アレイ・アンテナ装置を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成すべく本発明の構成は、スロツ
ト導波管の前方に、該前方の空間を挟んで、板厚
が使用波長に比して十分薄い一対の誘電体板を突
設して誘電体導波機構を形成し、かつ、該一対の
誘電体板の基部近傍の外側に、電磁波を反射する
反射板を設けて成るスロツト・アレイ・アンテナ
装置において、上記一対の誘電体板の外側に、誘
電体板からなるレドームを装着し、かつ、上記一
対の誘電体板の先端部とレドーム先端内面との間
に、スペーサを配置して成ることを特徴とする。

上記構成において、本発明の作用は、理論的に
は必ずしも明確ではないが、一応、次のように考
えられる。

一対の誘電体板から射出された電磁波および反
射板から反射された電磁波の一部が、外側にある
レドームを構成する誘電体板により反射されて、
本来、側方（垂直方向）に放射されてビームを拡
げるものが、前方方向に集束され、ビームの尖鋭
化に寄与するためと考えられる。

また、スペーサを用いることにより、レドーム
を取付ける際の位置決めが容易に行なえる。とこ
ろで、発明者の実験によれば、誘電体導波機構と
レドームとの相対間隔が、電磁波の放射パターン
に影響することが分かつた。これは、誘電体導波
機構の先端部ほど著しいと考えられる。スペーサ
を用いると、誘電体導波機構の先端部において、
レドームとの相対間隔を保持できて、放射パター
ンを一定に保持することができる。

なお、レドーム内部および誘電体導波機構を構
成する誘電体板間を、発泡材等の支持部材で充填
することもできる。この場合には、支持部材を充
填する工程における位置決め部材として機能し、
結果として、誘電体導波機構の先端部において、
レドームとの相対間隔を保持できる。

［実施例］ 本発明の実施例について、図面を参照して説明
する。

第３図、第４図および第９図に本発明スロツ
ト・アレイ・アンテナ装置の第１実施例の構成を
示す。なお、第９図は、後述するスペーサを装着
した状態を示し、第４図は、装着していない状態
を示す。

第３図および第４図において、本実施例のスロ
ツト・アレイ・アンテナ装置において、チヤネル
部材２のウエブに溝部２ａを設けられて、該溝部
２ａにスロツト導波管１が挿入固着される。該ス
ロツト導波管１の前方には、該前方の空間を挟ん
で、板厚が使用波長に比して十分薄い一対の誘電
体板３ａ，３ｂからなる第１の誘電体導波機構３
が突設され、かつ、該一対の誘電体板３ａ，３ｂ
の外側に、誘電体板３ａ，３ｂの基部近傍を透過
して射出される電磁波を反射する反射板４が、上
記チヤネル部材２の開口部に設けられる。さら
に、上記一対の誘電体板３ａ，３ｂの外側に、後
述するように、レドームを構成するための、板厚
が使用波長に比して十分薄い誘電体板５ａ，５ｂ
を並設される。この誘電体板５ａ，５ｂは、第２
の誘電体導波機構５を構成する。

また、第９図に示すように、本実施例は、誘電
体板３ａ，３ｂの先端に、スペーサ７を装着し、
該スペーサ７の外周と反射板４の開口部４ａとに
より、誘電体板５ａ，５ｂと被覆部材６とを位置
決めして取付けてある。

スペーサ７は、例えば、第１０図に示すよう
に、被覆部材の先端形状に対応した曲面部７ａ
と、一対の誘電体板３ａ，３ｂの先端部を嵌着す
る凹部７ｂとを設けて成る。このスペーサ７は、
電磁波を散乱しないよう、使用電磁波に対し反射
の少ない材料、即ち、比誘電率が略１の物質にて
形成する。

スペーサ７の誘電体板３ａ，３ｂに対する装着
は、長手方向に適当な間隔にて複数個配置するこ
とにより行なう。この場合、凹部７ｂと誘電体板
３ａ，３ｂの先端とが当接する部分にクツシヨン
材を介在させると、位置決め作業の際、誘電体板
３ａ，３ｂに無理な力が加わらず、円滑に作業を
行ない得る。

なお、本実施例では、誘電体板３ａ，３ｂを、
先端を接近させて非平行に配設してある。勿論、
平行に配設してある場合にも適用できる。かかる
非平行配置構成によれば、誘電体板３ａ，３ｂが
平行に配設されている場合より、サイドローブを
小さく抑えられる。

チヤネル部材２は、金属板または金属壁面を有
する材料からなり、導波管と同様に作用する。金
属壁面を有する材料としては、例えば、プラスチ
ツク板に金属層を、メツキその他の手段により被
着したものがある。

上記第１の誘電体導波機構３は、例えば、
FRP（繊維強化プラスチツク）からなる２枚の誘
電体板３ａ，３ｂにて構成される。誘電体板３
ａ，３ｂは、各々、基部近傍を僅かに折曲した板
状の誘電体から成り、互いに外向き面の延長線が
先端側にて接近するようにして、基部をチヤネル
部材２の平行片の内側に固着して成る。

誘電体板の折曲は、該板の長さ、反射板の長さ
および開き角度によつても異なるが、１度〜５度
程度の極めて僅かな角度である。もつとも、チヤ
ネル部材２の平行片に傾斜を設けておけば、誘電
体板を折曲しなくともよい。また、平行平面板の
誘電体板を、チヤネル部材２に取付ける際に折曲
してもよい。

誘電体板３ａ，３ｂの傾斜角度は、サイドロー
ブレベルに影響があり、本発明者の実験によれ
ば、角度が大きくなる程サイドローブレベルが小
さくなる。ただし、角度を大きくし過ると、メイ
ンローブの放射パターンが悪くなるので、上記角
度範囲が望ましい。

また、誘電体板３ａ，３ｂは、波長に比して十
分薄い板厚のもの、例えば、1/10波長以下の板を
使用する。本実施例の場合、この板厚ｔは、
0.078λとしてある。板厚は、誘電率が大きいもの
程薄くする必要があり、本実施例では、比誘電率
が約2.8のものを使用している。板厚を薄くする
理由は、誘電体板内に電磁波がトラツプされるこ
とによる放射パターンの劣化を防ぐためである。

誘電体板３ａ，３ｂの前後方向の長さＬは、長
い程よいと考えられるが、内向きの傾斜を考慮す
ると、波長λの数倍程度が適当である。本実施例
では3.4λである。

また、誘電体板３ａ，３ｂの間隔は、狭くなる
程サイドローブレベルが減少する。しかし、誘電
体板３ａ，３ｂの基部では、チヤネル部材２の開
口部幅を1/2λより小さくすると、スロツト導波
管１からの電力放射を抑圧するため、本実施例の
如き誘電体板取付構造の場合、必然的に1/2波長
以上となる。もつとも、チヤネル部材２の構造が
異なれば、このように限定されない。本実施例で
は、外向き面間の距離Ｄは、0.78λとしてある。

一方、先端における距離ｄは、誘電体板３ａ，
３ｂの長さと傾斜角とで決り、本実施例の場合、
0.69λである。

反射板４は、上記チヤネル部材２と同様に、金
属板または金属壁面を有する板から成り、本実施
例では、上記第１図のものと同様に、チヤネル部
材２開口部に一体に設けられている。この反射板
４は、その長さｌを大きくする程、サイドローブ
レベルが小さくなるが、ｌを大きくすると、それ
だけ風圧が大きくなる。従つて、使用波長の２倍
程度が望ましく、本実施例では、1.9λとしてあ
る。

また、反射板４の開き角度θは、誘電体板３ａ
または３ｂを透過してくる電磁波の入射角度と風
圧とを考慮して、実験により決める。本実施例で
は、25度である。

第２の誘電体導波機構５は、例えば、FRP（繊
維強化プラスチツク）からなる誘電体板５ａおよ
び５ｂの基端を、上記反射板４の開口部４ａに固
着し、上記誘電体板３ａ，３ｂの外側にて、これ
らを覆うように並設して構成される。即ち、この
第２の誘電体導波機構５は、上記第１の誘電体導
波機構３を適当な空間を保持して挟むように形成
される。本実施例では、上記誘電体板３ａ，３ｂ
と同一の材料にて形成してあるが、異なる材料に
よつて形成してもよい。

上記誘電体板５ａ，５ｂは、上記誘電体板３
ａ，３ｂと同様に、波長λに比して十分薄い板厚
のもの、例えば、1/10λ以下の板を使用する。本
実施例の場合、この板厚ｔは、0.05λとしてある。
板厚は、この値に限らないが、上記誘電体板３
ａ，３ｂの場合と同じ理由により、誘電率が大き
いもの程薄くする必要がある。

誘電体板５ａ，５ｂは、互いに先端を接近させ
るよう配設されている。この理由は、バツクロー
ブ等の、主ビームから大きく離れた角度に生ずる
サイドローブを増加させないためである。もつと
も、平行に設けても、ビーム集束効果はある。

また、誘電体５ａ，５ｂの先端には、曲面状の
被覆部材６が設けてある。この被覆部材６は、本
実施例では、誘電体板５ａ，５ｂと同一の材料に
て一体に設けてある。従つて、本実施例の誘電体
導波機構５は、１枚の誘電体板を、開口部に向つ
て拡開する略Ｕ自在字状に成型して設け、その開
口部を上記反射板４の開口部４ａに固着して形成
される。

この被覆部材６と誘電体板５ａ，５ｂとは、レ
ドームを構成し、アンテナ装置の両側面を適当な
側板（図示せず）にて覆うことにより、内部の誘
電体導波機構３およびスロツト導波管１を密封す
る。

なお、本発明では、電磁波の放射パターンの改
善のためには、誘電体導波機構３の誘電体板３
ａ，３ｂに並設される板状の誘電体板５ａ，５ｂ
の部分があればよく、この被覆部材６は、必ずし
も設ける必要はない。しかし、レドームを構成す
るには、該被覆部材６は必須である。レドームが
設けてあると、風圧の影響を軽減でき、また、水
や塵埃の侵入を防止できる。

上述した構成において、スロツト導波管１から
電磁波を放射すると、非平行状態に配置されてい
る誘電体板３ａ，３ｂに対する入射角が、誘電体
板３ａ，３ｂの傾斜角度分小さくなるので、第１
図に示す平行配置の場合より、透過率が大きくな
つて、誘電体板３ａ，３ｂ基端近傍において水平
面に対して大きな角度で進行する電磁波は、第５
図にてＷ１で示すように、大部分が誘電体板３ａ
を透過して、反射板４により反射される。この電
磁波Ｗ１は、前方からやや離れる方向に向つて進
行し、誘電体板５ａに入射し、ここで内向きに反
射され、再び、誘電体板３ａに入射して、反射さ
れ、前方方向に進行する。

また、上記Ｗ１より大きい角度で誘電体板に入
射した電磁波は、同図Ｗ２で示すように、反射板
４には入射せず、前方にやや拡がつて進行し、誘
電体板５ａに入射して、一部は透過し、残りが反
射される。そして、誘電体板３ａにて反射され、
前方方向に進行する。

一方、上記Ｗ２よりさらに大きな角度で誘電体
板３ａに入射した電磁波は、同図Ｗ３で示すよう
に、誘電体板内向き面で反射され、前方に進行す
る。この場合、反射される電磁波は、入射角度の
大きいもののみであるので、放射エネルギが集束
されて、拡がりの少ないビームとなる。

上記Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３のように進行する各電磁
波を重畳すると、第６図に示す放射パターンとな
る。

これを、上記実施例から第２の誘電体導波機構
５を除いたアンテナ装置の放射パターン（第７図
参照）と比較すると、前者、即ち、上記実施例の
アンテナ装置では、サイドローブは若干高くなつ
てはいるが、ビーム半値幅、即ち、−3dBビーム
幅は、22度となつており、後者の24度より尖鋭化
し、アンテナ利得が増加している。

次に、第８図に示す本発明第２実施例について
説明する。

本実施例は、誘電体導波機構５を構成する誘電
体板５ａ，５ｂの先端開口部に、平板状の被覆部
材６を装着して成るものである。他の構成は、上
記第１実施例と同様であるので、説明を繰返さな
い。

本実施例の被覆部材６は、誘電体板５ａ，５ｂ
と別体に設けられているが、上記第１実施例と同
様に、一体に設けてもよい。また、被覆部材６の
材質は、誘電体板と同じでなくてもよく、放射さ
れる電磁波の反射が少なければよい。

なお、上記第２実施例に示す平板状の被覆部材
６を使用する場合には、スペーサとして、上記第
１０図に示すスペーサ７の曲面部７ｂを平板状と
したものを使用する。

次に、第１１図に示す本発明の第３実施例は、
上記第２実施例のアンテナ装置の誘電体板５ａ，
５ｂの内側に、支持部材８を装填して成るもので
ある。

この支持部材８は、使用電磁波に対して透明な
材料、即ち、比誘電率が略１の物質にて形成され
る。例えば、発泡スチロール等の発泡材を、誘電
体板５ａと３ａとの間、誘電体板３ａと３ｂとの
間、および、誘電体板３ｂと５ｂとの間に装填す
る。

装填は、例えば、発泡材からなる支持部材８の
場合には、予め発泡成型した発泡材を、上記各空
間に嵌着するか、または、上記各空間にて、発泡
材原料を発泡させて充填することにより行なう。
この場合、誘電体板３ａ，３ｂ間とこれらの外側
とは、必ずしも同一材料である必要はない。

誘電体板５ａ，５ｂの中で発泡を行なう場合、
上記スペーサ７があるため、この部分に発泡材が
充填されない空間ができ、該空間にて電磁波が散
乱されるという不都合を生じることがある。その
ため、第１１図に示すように、スペーサ７に透孔
７ｃを設けておくと、この透孔７ｃを介して発泡
材が移動し、不充填部分が埋められ、上記不都合
を生じない。

なお、上記各実施例では、反射板の内側に、第
２の誘電体導波機構を構成する誘電体板を取付け
ているが、外側であつてもよい。また、反射板に
固着せず、反射板の外側でアンテナ装置全体を覆
うように設けてもよい。

なお、上記各実施例では、反射板４を、平板に
て構成しているが、放物面等の曲面板であつても
よい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、スペーサ
により、誘電体導波機構とレドームとの位置関係
を保持できるので、一対の誘電体板の外側に、レ
ドームを装着しても、サイドローブの増大を極力
小さく抑えて、主ローブのビーム尖鋭化すること
ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は誘電体導波機構を備えたスロツト・ア
レイ・アンテナ装置の例を示す斜視図、第２図は
その断面図、第３図は本発明スロツト・アレイ・
アンテナ装置の第１実施例を示す斜視図、第４図
はその断面図、第５図は上記第１実施例の作用を
示す説明図、第６図は上記第１実施例の実測放射
パターンを示す特性図、第７図は上記第１実施例
のアンテナ装置から第２の誘電体導波機構を除去
したものの実測放射パターンを示す特性図、第８
図は本発明スロツト・アレイ・アンテナ装置の第
２実施例を示す断面図、第９図は本発明スロツ
ト・アレイ・アンテナ装置の第１実施例を示す断
面図、第１０図は上記第１実施例にて使用される
スペーサの一例を示す斜視図、第１１図は本発明
スロツト・アレイ・アンテナ装置の第３実施例を
示す断面図である。 １……スロツト導波管、２……チヤネル部材、
３……誘電体導波機構、３ａ，３ｂ……誘電体
板、４……反射板、４ａ……開口部、５……第２
の誘電体導波機構、５ａ，５ｂ……誘電体板、６
……被覆部材、７……スペーサ、８……支持部
材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スロツト導波管の前方に、該前方の空間を挟
   んで、板厚が使用波長に比して十分薄い一対の誘
   電体板を突設して誘電体導波機構を形成し、か
   つ、該一対の誘電体板の基部に、電磁波を反射す
   る反射板を設けて成るスロツト・アレイ・アンテ
   ナ装置において、 上記一対の誘電体板の外側に、誘電体板からな
   るレドームを装着し、かつ、上記一対の誘電体板
   の先端部とレドーム先端内面との間の複数箇所
   に、スペーサを配置して成ることを特徴とするス
   ロツト・アレイ・アンテナ装置。 ２ 上記スペーサは、上記レドームを構成する部
   材の先端形状に対応した曲面部と、一対の誘電体
   板の先端部を内側に嵌着するための凹部とを有す
   るものである、特許請求の範囲第１項記載のスロ
   ツト・アレイ・アンテナ装置。 ３ 上記スペーサの凹部と一対の誘電体板の先端
   とが当接する部分にクツシヨン材を介在させるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスロ
   ツト・アレイ・アンテナ装置。