JP7430443B2

JP7430443B2 - レーダアンテナ用フレアおよびレーダアンテナ

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Publication number: JP7430443B2
Application number: JP2019074669A
Authority: JP
Inventors: 崇行 ▲高▼▲瀬▼
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2024-02-13
Anticipated expiration: 2039-04-10
Also published as: JP2020174268A

Description

この発明は、レーダアンテナのフレア（ホーン）に関し、特に、高さを低くしつつサイドローブをより抑制することを可能にしたレーダアンテナ用フレアおよびレーダアンテナに関する。

レーダアンテナでは、サイドローブを抑制しつつ所望のビーム幅と利得を得ることが求められており、従来、フレアの寸法を最適化することで、これらの要求に対応していた。また、高さを低くすることができる、というレーダアンテナ用フレアが知られている（例えば、特許文献１等参照。）。

このフレアは、放射導波管の高さ方向の中心面から上側または下側のうち、所定のサイドローブ特性が要求される一方側において、所定のサイドローブ特性が得られるように、中心面から開口部の一方側の端縁の高さが設定されている。また、中心面から開口部の他方側の端縁の高さは、一方側の端縁の高さよりも低く設定され、さらに、一方側の端縁は、他方側の端縁よりも前方に突出しているものである。

特開２０１８－８５６０１号公報

ところで、特許文献１に記載のフレアでは、高さを低くすることができるものの、サイドローブを十分に抑制することができない場合がある。一方、サイドローブを抑制するために、従来、レドームの形状を変更したり、電波吸収体を張り付けたりすることが行われているが、コストが嵩むなどの問題があった。

そこで本発明は、簡易な構成で容易にサイドローブを抑制可能なレーダアンテナ用フレアおよびレーダアンテナを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、放射導波管から斜め上方に延びる第１のフレア板と、前記放射導波管から斜め下方に延びる第２のフレア板と、を備え、レドーム内に収容されるレーダアンテナ用フレアであって、前記第１のフレア板の自由端および前記第２のフレア板の自由端の一方が他方よりも前方に突出し、前方に突出する突出部のみに前記レドームからの反射波の位相を略１８０°変化させる、凸状または凹部の位相変化部が形成されている、ことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーダアンテナ用フレアにおいて、前記位相変化部に誘電体が設けられ、前記位相変化部と前記誘電体とによって前記レドームからの反射波の位相を略１８０°変化させる、ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、放射導波管から斜め上方に延びる第１のフレア板と、前記放射導波管から斜め下方に延びる第２のフレア板と、を備え、レドーム内に収容されるレーダアンテナ用フレアであって、前記第１のフレア板の自由端および前記第２のフレア板の自由端の一方が他方よりも前方に突出し、前方に突出する突出部のみに前記レドームからの反射波の位相を略１８０°変化させる誘電体が設けられている、ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項のレーダアンテナ用フレアを備えた、ことを特徴とするレーダアンテナである。

従来のレーダアンテナにおいてサイドローブが生じるのは、レドームからの反射波がフレアで再反射する再反射波が要因であると、本願発明者は考察した。そして、請求項１、４に記載の発明によれば、レドームからの反射波のうち位相変化部で再反射する再反射波が略１８０°位相変化するため、この再反射波と他の再反射波とが打ち消し合い、その結果、サイドローブを抑制することが可能となる。しかも、第１のフレア板または第２のフレア板の一方に凸状または凹部の位相変化部を形成するだけでよいため、簡易な構成で容易に、かつ、低コストでサイドローブを抑制することが可能となる。

請求項２、４に記載の発明によれば、位相変化部と誘電体とによって反射波の位相を略１８０°変化させるため、位相変化部のみによって反射波の位相を略１８０°変化させる場合に比べて、位相変化部の深さ（段差の高さ）を小さくすることが可能となる。

請求項３、４に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様に、レドームからの反射波のうち誘電体で再反射する再反射波が略１８０°位相変化するため、この再反射波と他の再反射波とが打ち消し合い、その結果、サイドローブを抑制することが可能となる。しかも、第１のフレア板または第２のフレア板の一方に誘電体を設けるだけでよいため、簡易な構成で容易に、かつ、低コストでサイドローブを抑制することが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る第１のレーダアンテナを示す模式的側面図である。図１のレーダアンテナと対比する従来のレーダアンテナを示す模式的側面図である。図１のレーダアンテナと図２のレーダアンテナの垂直面指向性特性を示す図である。この発明の実施の形態１に係る第２のレーダアンテナを示す模式的側面図である。図４のレーダアンテナと対比する従来のレーダアンテナを示す模式的側面図である。図４のレーダアンテナと図５のレーダアンテナの垂直面指向性特性を示す図である。この発明の実施の形態１に係る第３のレーダアンテナを示す模式的側面図である。図７のレーダアンテナと図５のレーダアンテナの垂直面指向性特性を示す図である。図５のレーダアンテナにおける再反射波を示す模式的側面図である。図５のレーダアンテナにおける入射波と反射波との関係を示す模式図である。図４のレーダアンテナにおける再反射波を示す模式的側面図である。図４のレーダアンテナにおける入射波と反射波との関係を示す模式図である。この発明の実施の形態２に係るレーダアンテナを示す模式的側面図である。図１３のレーダアンテナにおける入射波と反射波との関係を示す模式図である。この発明の実施の形態３に係るレーダアンテナを示す模式的側面図である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１は、この実施の形態に係る実施例１のレーダアンテナ１を示す模式的側面図であり、図２は、このレーダアンテナ１と対比する従来のレーダアンテナ１０１を示す模式的側面図である。このレーダアンテナ１は、位相変化部２２ｂを有する点を除いて、従来のレーダアンテナ１０１と同等の構成となっているため、従来と同等の構成についての詳細な説明は省略するが、概略次のような構成等となっている。

すなわち、レドーム３内に、放射導波管４からホーン状に延びるフレア（レーダアンテナ用フレア）２が配設されている。このフレア２は、放射導波管４から斜め上方に延びる第１のフレア板２１と、放射導波管４から斜め下方に延びる第２のフレア板２２と、を備える。この第１のフレア板２１の自由端側には、水平に延びる第１の水平部２１ａが形成され、第２のフレア板２２の自由端側には、水平に延びる第２の水平部２２ａが形成されている。そして、このようなフレア２やレドーム３、放射導波管４などが、水平方向（図１の紙面に対して垂直方向）に長く延びているものである。

また、放射導波管４の高さ方向の中心面（高さ中心を通る水平面）Ｃから上側または下側のうち、所定のサイドローブ特性が要求される一方側において、所定のサイドローブ特性が得られるように、中心面Ｃから第１のフレア板２１または第２のフレア板２２の自由端縁までの高さが設定されている。すなわち、この実施の形態では、所定のサイドローブ特性が得られるように、中心面Ｃから第２のフレア板２２の第２の水平部２２ａまでの高さが設定されている。また、中心面Ｃから第１のフレア板２１の第１の水平部２１ａまでの高さは、第２の水平部２２ａまでの高さよりも低く設定されている。

また、第１のフレア板２１の自由端および第２のフレア板２２の自由端の一方が、他方よりも前方に突出している。すなわち、この実施の形態では、第２のフレア板２２の第２の水平部２２ａの自由端が、第１のフレア板２１の第２の水平部２１ａの自由端よりも前方・反放射導波管４に突出している。ここで、第１のフレア板２１と第２のフレア板２２の傾斜角は、ほぼ同等に設定されている。

このような図２に示す従来のレーダアンテナ１０１に対して本レーダアンテナ１は、図1に示すように、第２のフレア板２２が第１のフレア板２１よりも前方に突出する突出部Ｅに、位相変化部２２ｂが形成されている。この位相変化部２２ｂは、第２のフレア板２２の傾斜部（放射導波管４側の斜面部・主面部）から内側つまり第１のフレア板２１側に突出する凸状の矩形突起であり、レドーム３からの反射波の位相を略１８０°変化させるように形成されている。

具体的には、第２のフレア板２２の傾斜部からの位相変化部２２ｂの突出高さが、使用される波長λの約１／４に設定され、これにより、レドーム３からの反射波のうち、位相変化部２２ｂで再反射する再反射波が略１８０°位相変化するようになっている。詳細については後述する。ここで、位相変化部２２ｂの幅（中心面Ｃ方向の長さ）は、サイドローブの抑制効果が十分に得られるように設定されている。後述する位相変化部２２ｃ、２２ｄ、２２ｅおよび誘電体５についても同様である。

図３は、本レーダアンテナ１の垂直面指向性特性Ｌ１と、図２に示す従来のレーダアンテナ１０１の垂直面指向性特性Ｌ２を示す図である。この図から明らかなように、本レーダアンテナ１のサイドローブが抑制されていることが確認できる。

図４は、この実施の形態に係る実施例２のレーダアンテナ１を示す模式的側面図であり、図５は、このレーダアンテナ１と対比する従来のレーダアンテナ１０１を示す模式的側面図である。このレーダアンテナ１は、フレア板２１、２２に水平部２１ａ、２２ａが形成されていない点で実施例１のレーダアンテナ１と構成が異なる。

また、第２のフレア板２２が第１のフレア板２１よりも前方に突出する突出部Ｅに、凹状の位相変化部２２ｃが形成されている。この位相変化部２２ｃは、第２のフレア板２２の自由端部が外側つまり反第１のフレア板２１側に窪む凹状の矩形段差であり、レドーム３からの反射波の位相を略１８０°変化させるように形成されている。具体的には、第２のフレア板２２の傾斜部からの位相変化部２２ｃの窪み深さが、使用される波長λの約１／４に設定され、これにより、レドーム３からの反射波のうち、位相変化部２２ｃで再反射する再反射波が略１８０°位相変化するようになっている。詳細については後述する。

図６は、本レーダアンテナ１の垂直面指向性特性Ｌ１１と、図５に示す従来のレーダアンテナ１０１の垂直面指向性特性Ｌ１２を示す図である。この図から明らかなように、本レーダアンテナ１のサイドローブが抑制されていることが確認できる。

図７は、この実施の形態に係る実施例３のレーダアンテナ１を示す模式的側面図である。このレーダアンテナ１は、第２のフレア板２２が第１のフレア板２１よりも前方に突出する突出部Ｅに、２つの凹状の位相変化部２２ｄ、２２ｅが形成されている点で、図４に示すレーダアンテナ１と構成が異なる。

すなわち、第１の位相変化部２２ｄは、第２のフレア板２２の自由端部が外側つまり反第１のフレア板２１側に窪む凹状の矩形段差である。第２の位相変化部２２ｅは、第１の位相変化部２２ｄに隣接して放射導波管４側に形成され、外側に窪む凹状の矩形段差である。この位相変化部２２ｄ、２２ｅの窪み深さが、使用される波長λの約１／４に設定され、これにより、レドーム３からの反射波のうち、位相変化部２２ｄ、２２ｅで再反射する再反射波が略１８０°位相変化するようになっている。詳細については後述する。

図８は、本レーダアンテナ１の垂直面指向性特性Ｌ２１と、図５に示す従来のレーダアンテナ１０１の垂直面指向性特性Ｌ２２を示す図である。この図から明らかなように、本レーダアンテナ１のサイドローブが抑制されていることが確認できる。しかも、この実施例では、２つの位相変化部２２ｄ、２２ｅが形成されているため、図４の場合に比べて、サイドローブをより抑制することが可能となる。すなわち、より多くの位相変化部を形成することで、サイドローブをより抑制することが可能となる。

以上のように、この実施の形態のレーダアンテナ１およびフレア２によれば、サイドローブを抑制することが可能となる。ここで、従来のレーダアンテナにおいてサイドローブが生じるのは、レドームからの反射波がフレアで再反射する再反射波が要因であると、本願発明者は考察した。すなわち、例えば、第１のフレア板２１と第２のフレア板２２が真っ直ぐな図５に示す従来のフレア２の場合、図９に示すように、放射導波管４からの電波がレドーム３から反射する。この反射波Ｒ_１、Ｒ_２が第２のフレア板２２で再反射する再反射波ＲＲ_１、ＲＲ_２は、方向がほぼ同じで位相もほぼ同位相となるため、互いに強め合いサイドローブが大きくなる。より具体的には、図１０に示すように、例えば、第２のフレア板２２に対する区間１での入射波の経路長はＷ１で、反射波の経路長はＷ２となり、区間２での入射波の経路長もＷ１で、反射波の経路長もＷ２となる。このように、経路長が同じであるため同位相となり、サイドローブが大きくなる。

これに対して、例えば、図４に示す本レーダアンテナ１の場合、図１１に示すように、レドーム３からの反射波Ｒ_１、Ｒ_２のうち、位相変化部２２ｃで再反射する再反射波ＲＲ_２が略１８０°位相変化する。このため、この再反射波ＲＲ_２と位相変化部２２ｃ以外からの再反射波ＲＲ_１とは、方向がほぼ同じで位相がほぼ反転するため、互いに打ち消し合い、その結果、サイドローブを抑制することが可能となるものである。より具体的には、図１２に示すように、例えば、第２のフレア板２２に対する区間１での入射波の経路長はＷ１で、反射波の経路長はＷ２となる。一方、区間２での入射波の経路長は「Ｗ１＋Ｗ１１」で、反射波の経路長は「Ｗ２＋Ｗ２１」となる。すなわち、区間１と区間２における入反射波の経路差が「Ｗ１１＋Ｗ２１」となり、Ｗ１１とＷ２１が１／４λの場合、経路差が１／２λとなって位相差が１８０°となる。この結果、区間１と区間２の反射波同士が逆相となって互いに打ち消し合う。

また、第２のフレア板２２に凸状または凹部の位相変化部２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅを形成するだけでよいため、簡易な構成で容易に、かつ、低コストでサイドローブを抑制することが可能となる。

（実施の形態２）
図１３は、この実施の形態に係るレーダアンテナ１を示す模式的側面図である。この実施の形態では、位相変化部２２ｃに誘電体５が設けられている点で、実施の形態１と構成が異なり、実施の形態１と同等の構成については、同一符号を付することでその説明を省略する。ここで、この実施の形態では、実施の形態１の図４の位相変化部２２ｃに誘電体５を設ける場合について説明するが、他の位相変化部２２ｄ、２２ｅに設けてもよい。

誘電体５は、位相変化部２２ｃとともに、レドーム３からの反射波の位相を略１８０°変化させるものであり、位相変化部２２ｃと略同じ厚みであり、位相変化部２２ｃの上面（第１のフレア板２１に対向する面）に貼り付けられている。すなわち、位相変化部２２ｃの深さが１／４λよりも小さく形成され、誘電体５を張り付けることで、反射波の位相を略１８０°変化させる。

このような実施の形態によれば、位相変化部２２ｃと誘電体５とによって反射波の位相を略１８０°変化させるため、位相変化部２２ｃのみによって反射波の位相を略１８０°変化させる場合に比べて、位相変化部２２ｃの深さ（段差の高さ）を小さくすることが可能となる。すなわち、図１４に示すように、誘電体５の波長短縮効果によって、位相変化部２２ｃに必要な深さはλ_ｇ／４となる。ここで、λ_ｇ＝λ／√比誘電率で、誘電体の比誘電率は１より大であるため、λ_ｇ<λとなり、位相変化部２２ｃの深さを小さくできるものである。

（実施の形態３）
図１５は、この実施の形態に係るレーダアンテナ１を示す模式的側面図である。この実施の形態では、位相変化部に代って誘電体５が設けられている点で、実施の形態１と構成が異なり、実施の形態１と同等の構成については、同一符号を付することでその説明を省略する。ここで、この実施の形態では、実施の形態１の図１の位相変化部２２ｂに代って誘電体５を設ける場合について説明する。

誘電体５は、レドーム３からの反射波の位相を略１８０°変化させるものであり、第２のフレア板２２が第１のフレア板２１よりも前方に突出する突出部Ｅに（位相変化部２２ｂとほぼ同位置に）に貼り付けられている。この誘電体５の高さ・厚みは、使用される波長λの約１／４に設定され、これにより、レドーム３からの反射波のうち、誘電体５で再反射する再反射波が略１８０°位相変化するようになっている。

このような実施の形態によれば、誘電体５が設けられているため、実施の形態１と同様に、レドーム３からの反射波のうち誘電体５で再反射する再反射波が略１８０°位相変化するため、この再反射波と他の再反射波とが打ち消し合い、その結果、サイドローブを抑制することが可能となる。しかも、第２のフレア板２２に誘電体５を貼り付けるだけでよいため、簡易な構成で容易に、かつ、低コストでサイドローブを抑制することが可能となる。また、既存・既製のフレア２に誘電体５を貼り付けることで、既存のフレア２のサイドローブを抑制することが可能となる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、第２のフレア板２２に位相変化部２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅを形成したり誘電体５を貼り付けたりする場合について説明したが、第１のフレア板２１に形成したり貼り付けたりしてもよい。また、位相変化部２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅが矩形となっているが、丸みを帯びた湾曲状に形成してもよい。

１レーダアンテナ
２レーダアンテナ用フレア（フレア）
２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ位相変化部
２１第１のフレア板
２２第２のフレア板
３レドーム
４放射導波管
５誘電体
Ｅ突出部
Ｃ中心面

Claims

放射導波管から斜め上方に延びる第１のフレア板と、前記放射導波管から斜め下方に延びる第２のフレア板と、を備え、レドーム内に収容されるレーダアンテナ用フレアであって、
前記第１のフレア板の自由端および前記第２のフレア板の自由端の一方が他方よりも前方に突出し、前方に突出する突出部のみに前記レドームからの反射波の位相を略１８０°変化させる、凸状または凹部の位相変化部が形成されている、
ことを特徴とするレーダアンテナ用フレア。
前記位相変化部に誘電体が設けられ、前記位相変化部と前記誘電体とによって前記レドームからの反射波の位相を略１８０°変化させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーダアンテナ用フレア。
放射導波管から斜め上方に延びる第１のフレア板と、前記放射導波管から斜め下方に延びる第２のフレア板と、を備え、レドーム内に収容されるレーダアンテナ用フレアであって、
前記第１のフレア板の自由端および前記第２のフレア板の自由端の一方が他方よりも前方に突出し、前方に突出する突出部のみに前記レドームからの反射波の位相を略１８０°変化させる誘電体が設けられている、
ことを特徴とするレーダアンテナ用フレア。
請求項１から３のいずれか１項に記載のレーダアンテナ用フレアを備えた、ことを特徴とするレーダアンテナ。