特許 6808274 レーダアンテナ用フレアおよびレーダアンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6808274

(24)【登録日】2020年12月11日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】レーダアンテナ用フレアおよびレーダアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/02 20060101AFI20201221BHJP

   H01Q 19/15 20060101ALI20201221BHJP

【ＦＩ】

   H01Q13/02

   H01Q19/15

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-226910(P2016-226910)

(22)【出願日】2016年11月22日

(65)【公開番号】特開2018-85601(P2018-85601A)

(43)【公開日】2018年5月31日

【審査請求日】2019年11月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004330

【氏名又は名称】日本無線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126561

【弁理士】

【氏名又は名称】原嶋 成時郎

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼▲瀬▼ 崇行

(72)【発明者】

【氏名】▲渋▼谷 裕三

(72)【発明者】

【氏名】古賀 栄二

【審査官】 福田 正悟

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−００５０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２１６６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１２５７４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０６２２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２５７３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２５８０４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／００５６５３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０４４０９８５９（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２０１５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−０３５６１１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１６９４６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１２２０１７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００１／００２６２３７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ １３／０２

Ｈ０１Ｑ １９／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射導波管からホーン状に延びて開口部を有するレーダアンテナ用フレアであって、
上面部が、前記放射導波管側から斜め上方に延びる斜面部と当該斜面部から水平に延びる水平部とから構成されるとともに、下面部が、前記放射導波管側から斜め下方に延びる斜面部と当該斜面部から水平に延びる水平部とから構成され、
前記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、前記所定のサイドローブ特性が得られるように、前記中心面から前記開口部の前記一方側の前記水平部の端縁の高さが設定され、
前記一方側の前記斜面部の長さが前記中心面から前記開口部の他方側の前記斜面部の長さよりも長く設定されることにより、
前記他方側の前記水平部の端縁の高さが、前記一方側の前記水平部の前記端縁の高さよりも低く設定され、かつ、
前記一方側の前記水平部の前記端縁が、前記他方側の前記水平部の前記端縁よりも前方に突出している、
ことを特徴とするレーダアンテナ用フレア。

【請求項2】

前記一方側の前記斜面部の長さが３λであり、前記他方側の前記斜面部の長さが１．５λである（但し、λ：レーダの波長）、
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。

【請求項3】

請求項１または請求項２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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。すなわち、従来のレーダアンテナは、図９に示すように、放射導波管１０１の高さ方向の中心面Ｃ２を中心に、上下対称にホーン状に広がるフレア１０２が設けられている。そして、フレア１０２の開口高さＨ１１を最適化することで、サイドローブを抑制しつつ所望のビーム幅と利得を得ていた。ここで、フレア１０２が上下対称であるため、サイドローブは、上下両方向において同等に抑制される。

【0003】

また、フレアの上下中央位置に所定長の金属板を設けることで、垂直面ビーム幅を狭ビーム化して利得の向上を図ったレーダアンテナが知られている（例えば、特許文献１等参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４５０８９４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、フレア１０２の開口高さＨ１１を低くできれば、フレア１０２を覆うレドーム１０３の高さＨ１２も低くすることができ、耐風特性や回転機構の耐久性などを向上させることが可能となる。

【0006】

しかしながら、上記のようにフレア１０２の開口高さＨ１１を最適化するだけの場合、開口高さＨ１１が低いと、サイドローブを抑制した上で所望のビーム幅と利得を得る、ということができない場合がある。すなわち、図１０に示すように、開口高さＨ１１が最も低いＬ２３の場合、所望のビーム幅と利得が得られるものの、中心面Ｃ２を中心とする上下両方向のサイドローブは、開口高さＨ１１が最も高いＬ２１や中位のＬ２２の場合に比べて大きくなる（特に、図中ポイントＰにおいて）場合がある。このように、フレア１０２が上下対称の従来のレーダアンテナでは、フレア１０２の開口高さＨ１１を低くしつつサイドローブを抑制する、ということが困難であった。

【0007】

そこでこの発明は、高さを低くしつつサイドローブを抑制することが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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、放射導波管からホーン状に延びて開口部を有するレーダアンテナ用フレアであって、上面部が、前記放射導波管側から斜め上方に延びる斜面部と当該斜面部から水平に延びる水平部とから構成されるとともに、下面部が、前記放射導波管側から斜め下方に延びる斜面部と当該斜面部から水平に延びる水平部とから構成され、前記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、前記所定のサイドローブ特性が得られるように、前記中心面から前記開口部の前記一方側の前記水平部の端縁の高さが設定され、前記一方側の前記斜面部の長さが前記中心面から前記開口部の他方側の前記斜面部の長さよりも長く設定されることにより、前記他方側の前記水平部の端縁の高さが、前記一方側の前記水平部の前記端縁の高さよりも低く設定され、かつ、前記一方側の前記水平部の前記端縁が、前記他方側の前記水平部の前記端縁よりも前方に突出している、ことを特徴とする。

【0009】

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、前記一方側の前記斜面部の長さが３λであり、前記他方側の前記斜面部の長さが１．５λである（但し、λ：レーダの波長）、ことを特徴とする。

【0010】

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２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。

【発明の効果】

【0011】

請求項１乃至３に記載の発明によれば、所定のサイドローブ特性が要求される一方側においてのみ、所定のサイドローブ特性が得られるように、開口部の一方側の端縁の高さが設定され、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ている。すなわち、所定のサイドローブ特性が要求される一方側では、所定の高さが確保されて要求特性が満たされている一方で、所定のサイドローブ特性が要求されない他方側では、高さが低く設定されている。この結果、レーダアンテナ用フレアの全体の高さを低くしつつ、所定・所望のサイドローブを抑制することが可能となる。

【0012】

請求項１乃至３に記載の発明によれば、また、レーダアンテナ用フレアの一方側の端縁が他方側の端縁よりも前方に突出しているため、ビーム幅を狭めて高い利得を得ることが可能となる。すなわち、本願発明者は、レーダアンテナ用フレアの一方側の端縁を他方側の端縁よりも前方に突出させることで、ビーム幅が狭まり高い利得が得られることを確認した。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】この発明の実施の形態に係るレーダアンテナを示す模式的側面図である。

【図2】図１のレーダアンテナのフレアを示す模式的側面図である。

【図3】図１のレーダアンテナと従来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4】従来のレーダアンテナに対する抗力、横力、揚力を示す図である。

【図5】図１のレーダアンテナに対する抗力、横力、揚力を示す図である。

【図6】従来のレーダアンテナに対するヨーイングトルクを示す図である。

【図7】図１のレーダアンテナに対するヨーイングトルクを示す図である。

【図8】レーダアンテナの水平面指向性と垂直面指向性を示す図である。

【図9】従来のレーダアンテナを示す模式的側面図である。

【図10】従来のレーダアンテナにおけるフレアの開口高さと指向性特性との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

【0015】

図１は、この発明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り、図２は、この発明の実施の形態に係るレーダアンテナ用フレア（以下、単に「フレア」という）２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２およびレドーム３の形状を除いて、従来のレーダアンテナと同等の構成、機能となっているため、従来と同じ点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。

【0016】

すなわち、放射導波管４からホーン状に延びる導電性のフレア２が配設され、フレア２およびフレア２の開口部２Ａ（前方側）が誘電性のレドーム３によって覆われている。ここで、図示していないが、電磁波放射方向に所定長の金属板を、フレア２の上下方向の中央位置に配設したり、フレア２の開口部２Ａを塞ぐように誘電性の電波成形板を配設したりするタイプであってもよい。

【0017】

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。

【0018】

このような構成において、このレーダアンテナ１のフレア２は、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）Ｃ１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Ｃ１から開口部２Ａの一方側の端縁の高さが設定され、中心面Ｃ１から開口部２Ａ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ている。

【0019】

すなわち、この実施の形態では、レーダアンテナ１が船舶用のレーダアンテナであり、図２に示すように、放射導波管４の中心面Ｃ１から下側を一方側とし、つまり、海面側で所定のサイドローブ特性が要求される。これは、船舶レーダでは、海面反射の影響を軽減する必要がある一方で、上空側は殆ど影響がないためである。そして、海面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Ｃ１からフレア２の開口部２Ａの海面側の端縁（下端縁）２ａまでの高さＨ２が設定されている。つまり、海面側で所定のサイドローブ特性を満たすように、中心面Ｃ１から下端縁２ａまでの高さＨ２が大きく設定されている。ここで、所定のサイドローブ特性とは、例えば、所定のアングルにおけるサイドローブ（ｄＢ）が所定値以下である、ことなどを意味する。

【0020】

一方、中心面Ｃ１から上側つまり反海面側・上空側を他方側とし、中心面Ｃ１からフレア２の開口部２Ａの反海面側の端縁（上端縁）２ｂまでの高さＨ３は、中心面Ｃ１から下端縁２ａまでの高さＨ２よりも低く設定されている。つまり、反海面側ではサイドローブが発生するのを許容する前提で、中心面Ｃ１から上端縁２ｂまでの高さＨ３が小さく設定されている。ここで、中心面Ｃ１から上端縁２ｂまでの高さＨ３は、レーダ性能に影響を与えない範囲でできるだけ小さく設定されている。

【0021】

さらに、フレア２の一方側の端縁つまり下端縁２ａは、他方側の端縁つまり上端縁２ｂよりも前方・反放射導波管４に突出している。すなわち、放射導波管４側から斜め下方に延びる部分を下斜面部２１、下斜面部２１から水平に延びる部分を下水平部２２とし、放射導波管４側から斜め上方に延びる部分を上斜面部２３、上斜面部２３から水平に延びる部分を上水平部２４とする。そして、下斜面部２１と上斜面部２３の傾斜角がほぼ同等で、下斜面部２１の長さＤ１が上斜面部２３の長さＤ３よりも長く、下水平部２２の長さＤ２と上水平部２４の長さＤ４とがほぼ同等に設定されている。これにより、中心面Ｃ１から下端縁２ａまでの高さＨ２が中心面Ｃ１から上端縁２ｂまでの高さＨ３よりも大きく、かつ、下端縁２ａが上端縁２ｂよりも前方に突出している。

【0022】

このように、下端縁２ａを上端縁２ｂよりも前方に突出させているのは、下端縁２ａと上端縁２ｂとの位置を相対的に長く離隔させることで、海面側でサイドローブをより抑制することができるからである。すなわち、フレア２の下面部２５である下斜面部２１と下水平部２２との長さ（Ｄ１＋Ｄ２）を、フレア２の上面部２６である上斜面部２３と上水平部２４との長さ（Ｄ３＋Ｄ４）よりもより長くすることで、下面部２５側における電波エネルギーが低減して、サイドローブがより抑制されるからである。

【0023】

一方、フレア２の上面部２６の長さを下面部２５よりも短くすることで、ビーム幅が広がり利得が下がる場合があり、これに対する対策として、下水平部２２と上水平部２４の長さＤ２、Ｄ４をともに長くすることが有効である。このため、下水平部２２と上水平部２４の長さＤ２、Ｄ４をともに従来よりも長くし、下斜面部２１の長さＤ１を上斜面部２３の長さＤ３よりも長くすることで、下端縁２ａを上端縁２ｂよりも前方に突出させている。

【0024】

このように、所定・所望のサイドローブをより抑制することができ、かつ、ビーム幅が狭く（指向性が高く）高い利得が得られるように、フレア２の上端縁２ｂまでの高さＨ３が下端縁２ａまでの高さＨ２よりも低く設定され、下端縁２ａが上端縁２ｂよりも前方に突出された上で、各長さＤ１〜Ｄ４が設定されている。さらに、レドーム３の幅Ｗ１が、従来のレドーム１０３の幅Ｗ１１と同等以下になるように、各長さＤ１〜Ｄ４が設定されている。具体的には、例えば、下斜面部２１の長さＤ１が約３λ（λ＝波長）、上斜面部２３の長さＤ３が約１．５λ、下水平部２２の長さＤ２と上水平部２４の長さＤ４が約０．７λに設定されている。

【0025】

レドーム３は、このようなフレア２の形状に沿うように形成されている。すなわち、図１に示すように、レドーム３の上面３１は、フレア２の上水平部（上面）２４に沿うように形成され、上面３１は、所定の隙間を介してフレア２の上水平部２４の直上に位置している。これにより、フレア２の高さＨ１（＝Ｈ２＋Ｈ３）に合わせて、レドーム３の高さＨ４が低く抑えられている。

【0026】

また、レドーム３の前面３２は、フレア２の一方側の端縁つまり下端縁２ａと他方側の端縁つまり上端縁２ｂとを結ぶ面Ｓに沿うように形成され、前面３２の下側が上側よりも前方に突出している。このように面Ｓに沿うように形成することで、上記のようなフレア２の性能をそのまま発揮でき、高い指向性と高い利得が得られるものである。ここで、前面３２は風の抵抗などを考慮して全体が湾曲されている。

【0027】

このような構成のレーダアンテナ１およびフレア２によれば、所定のサイドローブ特性が要求される海面側（一方側）においてのみ、所定のサイドローブ特性が得られるように、フレア２の開口部２Ａの下端縁（一方側の端縁）２ａの高さＨ２が設定され、開口部２Ａの上端縁（他方側の端縁）２ｂの高さＨ３は、下端縁２ａの高さＨ２よりも低く設定されている。すなわち、所定のサイドローブ特性が要求される海面側では、所定の高さが確保（高さが高く）されて要求特性が満たされている一方で、所定のサイドローブ特性が要求されない反海面側では、高さが低く設定されている。この結果、フレア２の全体の高さＨ１を低くしつつ、所定・所望のサイドローブを抑制することが可能となる。

【0028】

図３は、フレアが上下対称な従来の既製のレーダアンテナの垂直面指向性特性Ｌ１１と、本レーダアンテナ１の垂直面指向性特性Ｌ１２を示す図である。この図から、本フレア２の垂直面指向性特性Ｌ１２は、反海面側（アングルがプラス側）においてはサイドローブが高いところがあるものの、海面側（アングルがマイナス側）においては良好なサイドローブ特性が得られていることが確認できる。ここで、図８に示すように、垂直面指向性とは、レーダアンテナの高さ方向（長手方向に垂直な方向）に対する指向性であり、水平面指向性とは、レーダアンテナの長さ方向（長手方向）に対する指向性である。

【0029】

このように、フレア２の高さＨ１を従来よりも低くしても、海面側においては良好なサイドローブ特性を得ることが可能となる。なお、反海面側においてはサイドローブが高いところが発生するが、船舶レーダにおいては反海面側でのサイドローブは一般に許容されるので、運用上問題はない。

【0030】

また、フレア２の下端縁２ａが上端縁２ｂよりも前方に突出しているため、上記のように、ビーム幅を狭めて高い利得を得ることが可能となる。このように、本レーダアンテナ１によれば、フレア２の高さＨ１（レドーム３の高さＨ４）を低くしつつ、良好なサイドローブ特性、高い指向性および高い利得を得ることが可能となる。

【0031】

一方、フレア２の高さＨ１を低くすることができる結果、フレア２の上水平部（上面）２４に沿うように形成されているレドーム３の上面３１の高さも低くなり、レーダアンテナ１全体の高さを低くすることが可能となる。例えば、本レドーム３の高さＨ４を従来のレドーム１０３の高さＨ１２よりも、約２０％低くすることが可能となる。この結果、風に対する抗力が軽減して耐風特性・空力特性が向上し、レーダアンテナ１を回転させる回転機構・モータへの負荷が軽減され、回転機構の耐久性などを向上させることが可能となる。

【0032】

図４は、従来のレーダアンテナに作用する回転角度ごとの抗力、横力および揚力を示し、図５は、本レーダアンテナ１に作用する回転角度ごとの抗力、横力および揚力を示す。これらの図から、本レーダアンテナ１は、従来のレーダアンテナに比べて抗力、横力および揚力ともに軽減されていることが確認できる。

【0033】

また、図６は、従来のレーダアンテナに作用する回転角度ごとのヨーイングトルク（水平面内での回転モーメント）を示し、図７は、本レーダアンテナ１に作用する回転角度ごとのヨーイングトルクを示す。これらの図から、本レーダアンテナ１は、従来のレーダアンテナに比べてヨーイングトルクが小さく、回転機構への負荷が軽減されていることが確認できる。

【0034】

また、フレア２の上面部２６を従来よりも短くしたり、レドーム３の高さＨ４を従来よりも約２０％低くすることができるため、本レーダアンテナ１を軽量化（従来に比べて２０％程度）することが可能となる。さらに、レドーム３の幅Ｗ１が、従来のレドーム１０３の幅Ｗ１１と同等以下であるため、全体の小型化を図ることができる。

【0035】

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、放射導波管４の中心面Ｃ１から海面側・下側を所定のサイドローブ特性が要求される一方側としているが、中心面Ｃ１から反海面側・上側を一方側としてもよい。

【符号の説明】

【0036】

１ レーダアンテナ
２ レーダアンテナ用フレア（フレア）
２Ａ 開口部
２ａ 下端縁（一方側の端縁）
２ｂ 上端縁（他方側の端縁）
３ レドーム
３１ 上面
３２ 前面
４ 放射導波管
Ｃ１ 中心面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】