特開 2024-155220 レーダアンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024155220

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】レーダアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/22 20060101AFI20241024BHJP

   H01Q 19/15 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

H01Q13/22

H01Q19/15

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023069716

(22)【出願日】2023-04-21

(71)【出願人】

【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】▲渋▼谷 裕三

(72)【発明者】

【氏名】三浦 庸平

(72)【発明者】

【氏名】笠原 康汰

【テーマコード（参考）】

5J020

5J045

【Ｆターム（参考）】

5J020AA03

5J020BA07

5J020BC12

5J045AB05

5J045AB06

5J045DA04

5J045FA04

5J045HA01

5J045NA07

(57)【要約】

【課題】レドームの突起がなく、容易かつ低コストで放射導波管への給電が可能なレーダアンテナを提供する。
【解決手段】断面が略長方形で略水平方向に延びて配設される放射導波管３と、断面が略長方形で放射導波管３の長手方向に沿って配設され、放射導波管３に給電するための給電導波管５と、管路が略コ字状で一端部に給電導波管５の端部が接続され、他端部に放射導波管３の端部が接続されるコーナ導波管６と、を備え、給電導波管５の高さが放射導波管３の高さよりも低く形成されて、コーナ導波管６の管路の一端部側の高さが他端部側の高さよりも低く形成され、給電導波管５から放射導波管３にインピーダンスが整合するように、コーナ導波管６の管路の高さが一端部側から他端部側に向かって段階的に徐々に高く形成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

断面が略長方形で略水平方向に延びて配設される放射導波管と、
断面が略長方形で前記放射導波管の長手方向に沿って配設され、前記放射導波管に給電するための給電導波管と、
管路が略コ字状で一端部に前記給電導波管の端部が接続され、他端部に前記放射導波管の端部が接続されるコーナ導波管と、
前記放射導波管を挟むように配設されるホーン状のフレアと、を備え、
前記給電導波管の高さが前記放射導波管の高さよりも低く形成されて、前記コーナ導波管の管路の一端部側の高さが他端部側の高さよりも低く形成され、
前記給電導波管から前記放射導波管にインピーダンスが整合するように、前記コーナ導波管の管路の高さが一端部側から他端部側に向かって段階的に徐々に高く形成されている、
ことを特徴とするレーダアンテナ。

【請求項2】

前記コーナ導波管の管路の他端部側で略水平に延びる放射導波管側水平部における高さの変化量が、略垂直に延びる垂直部における高さの変化量よりも大きくなるように形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーダアンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、陸上や船舶などで使用されるレーダアンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

陸上や船舶などで使用されるレーダアンテナとして、導波管の狭壁面側前面に複数のスロット（長孔）を形成し、各スロットの傾斜角度、幅、切込み深さ、配置などを調整することで、所定の指向性特性や周波数特性を得るようにした放射導波管（スロット導波管）を備えたものが知られている（例えば、特許文献１等参照。）。このレーダアンテナは、放射導波管を挟むように、上フレアと下フレアで構成されるホーン状のフレアが配設され、複数の導波管押え金具によって放射導波管とフレアとが組み付けられている。

【0003】

一方、このようなレーダアンテナでは、ペデスタルと呼ばれる回転機構に送受信機が内蔵され、送受信機とレーダアンテナとの間でマイクロ波エネルギー伝送を行う必要がある。すなわち、ペデスタルは、レーダアンテナを回転しつつマイクロ波エネルギーを伝送させる必要があるため、ロータリジョイントというマイクロ波コンポーネントを介してレーダアンテナの回転中心に入出力端子が設けられている。そして、ペデスタルのロータリジョイントから放射導波管の端面までマイクロ波エネルギーを伝送するために、次のようにして給電していた。

【0004】

すなわち、図６（ａ）に示すように、放射導波管１０１の下側に給電導波管１０２を配設して、給電導波管１０２の一端部をロータリジョイント側に接続する。また、放射導波管１０１の端面と給電導波管１０２の他端面とを略コ字状のコーナ導波管１０３（例えば、特許文献２等参照。）で接続して、伝送方向を物理的に１８０°折り返す。そして、ロータリジョイント側からの電力を給電導波管１０２およびコーナ導波管１０３を介して放射導波管１０１に給電するものである。また、放射導波管１０１の下側に配設した同軸管の一端部をロータリジョイント側に接続し、放射導波管１０１の端部と同軸管の他端部とを接続する手法も知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７－０７９４２４号公報

【特許文献2】特開２００９－２５３３６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、従来の給電導波管１０２は、高さと幅（ともに内寸法）とが放射導波管１０１と同じ標準的な導波管であるため、コーナ導波管１０３の高さが高くなり、コーナ導波管１０３の下端部が下フレア１０４から突出する。このため、図６（ｂ）に示すように、放射導波管１０１、給電導波管１０２およびコーナ導波管１０３をレドーム１０６内に収容しようとすると、レドーム１０６のコーナ導波管１０３側の端部１０６ａが下側に突起した形状となってしまう。しかも、レドーム１０６のバランスを保つために、レドーム１０６の他方の端部１０６ｂも下側に突起した形状にせざるを得ず、レーダアンテナ１００の高さが高くなるとともに、レーダアンテナ１００の回転機構への負荷が増加する要因となっていた。なお、図６（ａ）中の符号１０５は、上フレアを示す。

【0007】

また、同軸管を用いた給電手法では、レドーム１０６の突起をなくすことが可能ではあるが、同軸管とロータリジョイント側との接続部や、同軸管と放射導波管１０１との接続部において、給電の特性を良好にするための調整が必要となる。また、外導体や内導体などの多くの部材・パーツを要してコストがかさみ、さらに、同軸管による給電は、導波管による給電に比べて損失が増大する、という問題があった。

【0008】

そこで本発明は、レドームの突起がなく、容易かつ低コストで放射導波管への給電が可能な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】

【0009】

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、断面が略長方形で略水平方向に延びて配設される放射導波管と、断面が略長方形で前記放射導波管の長手方向に沿って配設され、前記放射導波管に給電するための給電導波管と、管路が略コ字状で一端部に前記給電導波管の端部が接続され、他端部に前記放射導波管の端部が接続されるコーナ導波管と、前記放射導波管を挟むように配設されるホーン状のフレアと、を備え、前記給電導波管の高さが前記放射導波管の高さよりも低く形成されて、前記コーナ導波管の管路の一端部側の高さが他端部側の高さよりも低く形成され、前記給電導波管から前記放射導波管にインピーダンスが整合するように、前記コーナ導波管の管路の高さが一端部側から他端部側に向かって段階的に徐々に高く形成されている、ことを特徴とするレーダアンテナである。

【0010】

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において、前記コーナ導波管の管路の他端部側で略水平に延びる放射導波管側水平部における高さの変化量が、略垂直に延びる垂直部における高さの変化量よりも大きくなるように形成されている、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

請求項１に記載の発明によれば、給電導波管の高さが放射導波管の高さよりも低く形成されて、コーナ導波管の管路の一端部側の高さが他端部側の高さよりも低く形成されているため、コーナ導波管の全高を低く抑えて、コーナ導波管がフレアから突出しないようにすることが可能となる。このため、レドームの両端部に従来のような突起を形成する必要をなくして、レーダアンテナの高さを低くし、かつ、レーダアンテナの回転機構への負荷を軽減することが可能となる。

【0012】

また、給電導波管およびコーナ導波管を介して放射導波管に給電するため、同軸管の場合のような調整が不要で、多くの部材・パーツも要しない。このため、容易かつ低コストで放射導波管への給電が可能となる。しかも、同軸管による給電に比べて、損失を軽減することが可能となる。

【0013】

一方、コーナ導波管の管路の高さが徐々に高くなることで、変成器機能が形成されて、給電導波管から放射導波管にインピーダンスが整合するため、適正な給電が可能となる。また、コーナ導波管自体に変成器機能を備えるため、変成器を別体で設ける場合に比べてレーダアンテナの長さ・高さを抑えることが可能となる。

【0014】

請求項２に記載の発明によれば、コーナ導波管の管路の放射導波管側水平部が垂直部よりも高さが大きく変化するように形成されているため、コーナ導波管およびレーダアンテナの水平方向の長さを抑制することが可能となる。また、給電導波管が接続される一端部側での高さの変化を抑えることが可能となり、コーナ導波管がフレアから突出するのを抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】この発明の実施の形態に係るレーダアンテナのレドームを外した状態を示す正面図（ａ）と、レドームを取り付けた状態を示す正面図（ｂ）である。

【図2】図１のレーダアンテナの放射導波管と給電導波管のコーナ導波管への接続状態を示す概念図である。

【図3】図２のコーナ導波管周辺を示す拡大図である。

【図4】図１のレーダアンテナのコーナ導波管を示す垂直断面図である。

【図5】図１のレーダアンテナにおいて、長さを同一とした場合の給電導波管と従来の同軸管による給電損失を示す一例図である。

【図6】従来のレーダアンテナのレドームを外した状態を示す正面図（ａ）と、レドームを取り付けた状態を示す正面図（ｂ）である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

【0017】

図１は、この発明の実施の形態に係るレーダアンテナ１のレドーム２を外した状態を示す正面図（ａ）と、レドーム２を取り付けた状態を示す正面図（ｂ）である。このレーダアンテナ１は、主として給電導波管５とコーナ導波管６が従来の導波管給電式のレーダアンテナと構成が異なる。このため、給電導波管５とコーナ導波管６以外について詳細な説明を省略するが、概略次のような構成となっている。

【0018】

すなわち、放射導波管３は、断面が略長方形の筒状体で、略水平方向に延びて配設されている。この放射導波管３の狭壁面側前面には、複数のスロット（長孔）３ａを形成され、所定の指向性特性や周波数特性が得られるように、各スロット３ａの傾斜角度、幅、切込み深さ、配置などが調整されている。

【0019】

ここで、放射導波管３の高さと幅（ともに断面における内寸法）は、標準的な寸法に設定されている。すなわち、一般的な放射導波管は、高さ寸法と幅寸法の値が標準化されており、例えば、高さ寸法が３４ｍｍで幅寸法が７２.１ｍｍと標準化されている。

【0020】

この放射導波管３を挟むようにホーン状のフレアが配設されている。すなわち、放射導波管３の上面から前方斜め上方に広がる上フレア４１と、放射導波管３の下面から前方斜め下方に広がる下フレア４２とで構成されるフレアが配設され、複数の導波管押え金具（図示せず）によって放射導波管３とフレアとが組み付けられている。

【0021】

このような下フレア４２の背面側で放射導波管３の下側に、給電導波管５が配設されている。すなわち、給電導波管５は、断面が略長方形の筒状体で、放射導波管３の下側に放射導波管３の長手方向に沿って配設されている。ここで、給電導波管５の長さが放射導波管３の長さの略半分で、給電導波管５の一端部５１が放射導波管３のほぼ中央部に位置し、他端部５２が放射導波管３の一端部３１とほぼ同位置に（それぞれの断面が上下に重なるように）配設されている。

【0022】

この給電導波管５は、放射導波管３に給電するための導波管であり、一端部５１がペデスタル内のロータリジョイント側に接続され、他端部５２が後述するコーナ導波管６を介して放射導波管３の一端部３１に接続されている。これにより、送受信機からロータリジョイントを介して入力された電力を、給電導波管５およびコーナ導波管６を介して放射導波管３に給電するものである。

【0023】

この給電導波管５の幅（内寸法）は、放射導波管３の幅と同寸法で、高さ（内寸法）が放射導波管３の高さよりも低く形成されている。すなわち、後述するようにしてコーナ導波管６が接続・配設された状態で、コーナ導波管６がフレア（下フレア４２）から突出しないように、給電導波管５の高さが設定されている。具体的に、この実施の形態では、放射導波管３の高さの半分、つまり、１７ｍｍに設定されている。なお、放射導波管３と給電導波管５の厚み・肉厚は、略同寸法であり、従って、給電導波管５の外形の高さは、放射導波管３の外形の高さよりも低い。

【0024】

コーナ導波管６は、放射導波管３の一端部３１と給電導波管５の他端部５２とを電気的に接続するための導波管である。すなわち、図２および図３に示すように、コーナ導波管６の管路（内空間）６０が略コ字状（略Ｃ字状）で、一方の開口部である給電導波管挿入部（一端部）６１に給電導波管５の他端部５２が接続され、他方の開口部である放射導波管挿入部（他端部）６２に放射導波管３の一端部３１が接続される。これにより、給電導波管５の一端部５１から入力された電力が、コーナ導波管６を通過して放射導波管３に給電される。

【0025】

ここで、この実施の形態では、図３および図４に示すように、給電導波管挿入部６１に給電導波管５が挿入されて接続され、放射導波管挿入部６２に放射導波管３が挿入されて接続されるため、給電導波管挿入部６１と放射導波管挿入部６２とを除く部分がコーナ導波管６の管路６０となる。すなわち、給電導波管挿入部６１の高さｄ１１および幅は、給電導波管５の外形の高さおよび幅と略同寸法に形成され、放射導波管挿入部６２の高さｄ１２および幅は、放射導波管３の外形の高さおよび幅と略同寸法に形成されている。

【0026】

ここで、給電導波管挿入部６１と給電導波管５との間に隙間が生じるように給電導波管挿入部６１が形成され、給電導波管挿入部６１の外側には、給電導波管挿入部６１（隙間）と連通する空間状の第１のチョーク６１ａが形成されている。同様に、放射導波管挿入部６２と放射導波管３との間に隙間が生じるように放射導波管挿入部６２が形成され、放射導波管挿入部６２の外側には、放射導波管挿入部６２（隙間）と連通する空間状の第２のチョーク６２ａが形成されている。そして、給電導波管５、コーナ導波管６および放射導波管３の各接続部に位置ズレが生じても、各部の反射、通過特性が良好になるように第１のチョーク６１ａおよび第２のチョーク６２ａの寸法が最適化されている。

【0027】

この実施の形態における管路６０は、一端部側で（給電導波管挿入部６１に隣接して）略水平に延びる給電導波管側水平部６３と、給電導波管側水平部６３から略垂直に延びる垂直部６４と、他端部側で略水平に延びる放射導波管側水平部６５と、放射導波管側水平部６５から放射導波管挿入部６２側に延びる放射導波管側水平端部６６と、を備える。さらに、給電導波管側水平部６３と垂直部６４とが斜めに延びる（略三角形状の）第１コーナ部６７で連結され、垂直部６４と放射導波管側水平部６５とが斜めに延びる（略三角形状の）第２コーナ部６８で連結されている。

【0028】

このような管路６０において、一端部側の高さ、つまり、給電導波管側水平部６３の給電導波管挿入部６１側の高さｄ１が、他端部側の高さ、つまり、放射導波管側水平端部６６の高さｄ６よりも低く形成されている。すなわち、給電導波管挿入部６１側の高さｄ１が給電導波管５の高さ（内寸法）と同寸法に設定され、給電導波管挿入部６１に挿入された給電導波管５と第１のチョーク６１ａを介して連通するようになっている。また、放射導波管側水平端部６６の高さｄ６が放射導波管３の高さ（内寸法）と同寸法に設定され、放射導波管挿入部６２に挿入された放射導波管３と第２のチョーク６２ａを介して連通するようになっている。

【0029】

また、給電導波管５から放射導波管３にインピーダンスが整合・変換するように、管路６０の高さが一端部側から他端部側に向かって段階的に徐々に高く形成されている。すなわち、給電導波管５と放射導波管３とは特性インピーダンスが異なるが、管路６０の高さを給電導波管５側から放射導波管３側に向かって徐々に高く形成し、各部の経路長を概略λ_g／４（λ_g：導波管の管内波長）に近い長さで、かつ最適長さに調整することで変成器機能（インピーダンス変換機能）を形成し、給電導波管５と放射導波管３とのインピーダンスを整合・マッチングさせるようになっている。

【0030】

ここで、高さとは、コーナ導波管６の垂直断面における給電導波管側水平部６３と放射導波管側水平部６５の垂直方向の長さ（幅寸法）、垂直部６４の水平方向の長さ（幅寸法）を意味し、第１コーナ部６７と第２コーナ部６８における幅寸法（後述するｄ２、ｄ４）を含まない。また、インピーダンスを変換させるための高さの変化手法は、既知の手法・設計方法が用いられている。

【0031】

さらに、放射導波管側水平部６５における高さの変化量が、垂直部６４における高さの変化量よりも大きくなるように、コーナ導波管６の管路６０が形成されている。具体的には、まず、給電導波管側水平部６３では、高さｄ１が変化せずに高さｄ１のまま真っ直ぐ延びて形成されている。これにより、コーナ導波管６の下側が高くなって下フレア４２から突出するのが抑制されるようになっている。

【0032】

続く、垂直部６４においては、第１コーナ部６７側つまり給電導波管側水平部６３側の高さｄ１が給電導波管側水平部６３の高さｄ１と同じで、第２コーナ部６８側つまり放射導波管側水平部６５側の高さｄ３が高さｄ１よりもやや大きく形成されている。また、第１コーナ部６７の幅寸法（三角形の高さに相当する寸法）ｄ２が、給電導波管側水平部６３の高さｄ１と垂直部６４の給電導波管側水平部６３側の高さｄ１とで規定され、良好な反射および通過特性が得られる寸法に調整されている。

【0033】

続いて、放射導波管側水平部６５の第２コーナ部６８側つまり垂直部６４側の高さｄ３が、垂直部６４の放射導波管側水平部６５側の高さｄ３と同じで、中央部の高さｄ５が高さｄ３よりも大きく形成されている。また、放射導波管側水平端部６６の高さｄ６が高さｄ５よりも大きく上記のような寸法に形成されている。

【0034】

そして、高さｄ５と高さｄ３との差（高さの変化量）および高さｄ６と高さｄ５との差が、高さｄ３と高さｄ１との差よりも大きく形成されている。なお、この実施の形態では、高さｄ５と高さｄ３との差が最も大きく形成されている。また、第２コーナ部６８の幅寸法（三角形の高さに相当する寸法）ｄ４が、垂直部６４の放射導波管側水平部６５側の高さｄ３と放射導波管側水平部６５の垂直部６４側の高さｄ３とで規定され、良好な反射および通過特性が得られる寸法に調整されている。

【0035】

このような各高さ・寸法ｄ１～ｄ６部分における流路方向の長さは、上記のように、適正にインピーダンスが変換されるように設定されている。すなわち、変成器部である第２コーナ部６８の長さＬ１と放射導波管側水平部６５の長さＬ２は、理論上λ_g／４（λ_g：導波管の管内波長）となる。しかし、コーナ導波管６の長さＬ３ができるだけ小さくなるように変成器部６８、６５の配置を決め、総合的に所望の特性が得られるように長さＬ１、Ｌ２の寸法が最適化されている。また、長さλ_g／４の変成器部６８、６５を単に水平方向に延ばして配置すると、コーナ導波管６の長さＬ３が大きくなるため、角部分である第２コーナ部６８に配置することで、水平方向の長さが約１／√２の長さで済むようにしている。

【0036】

このような構成のレーダアンテナ１によれば、給電導波管５の高さが放射導波管３の高さよりも低く形成されて、コーナ導波管６の管路６０の一端部側の高さｄ１が他端部側の高さｄ６よりも低く形成されている。このため、コーナ導波管６の全高を低く抑えて、コーナ導波管６が下フレア４２から突出しないようにすることが可能となる。この結果、図１に示すように、レドーム２の両端部に従来のような突起を形成する必要がなく、レドーム２を全長にわたって平坦・平滑な形状とし、レーダアンテナ１の高さを低くし、かつ、レーダアンテナ１の回転機構への負荷を軽減することが可能となる。

【0037】

また、給電導波管５およびコーナ導波管６を介して放射導波管３に給電するため、同軸管の場合のような調整が不要で、多くの部材・パーツも要しない。このため、容易かつ低コストで放射導波管３への給電が可能となる。しかも、同軸管による給電に比べて、損失を軽減することが可能となる。

【0038】

ここで、仮にＳバンドでとあるアンテナ長さの場合における、本レーダアンテナ１の給電導波管５による給電損失と、同軸管（共に長さ１．８ｍと想定）による給電損失のシミュレーション結果を図５に示す。この図５で示すように、本給電導波管５による給電損失の方が同軸管による給電損失よりも小さく改善されていることが確認された。

【0039】

一方、コーナ導波管６の管路６０の高さが徐々に高くなることで、変成器機能が形成されて、給電導波管５から放射導波管３にインピーダンスが整合するため、適正な給電が可能となる。また、コーナ導波管６自体に変成器機能を備えるため、変成器を別体で設ける場合に比べてレーダアンテナ１の長さ・高さを抑えることが可能となる。

【0040】

しかも、コーナ導波管６の管路６０の放射導波管側水平部６５が垂直部６４よりも高さが大きく変化するように形成されているため、コーナ導波管６の長さＬ３を従来アンテナのコーナ導波管と同等の長さに抑制することが可能となり、レーダアンテナ１の水平方向の長さを従来アンテナと同一長さに抑制することが可能となる。また、給電導波管５が接続される一端部側の高さ変化、つまり、給電導波管側水平部６３の高さ変化を抑えることが可能で、上記のように、給電導波管側水平部６３の高さｄ１が高さｄ１のままであるため、コーナ導波管６が下フレア４２から突出するのを抑制することが可能となる。

【0041】

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、給電導波管５の高さが放射導波管３の高さの半分に設定されているが、給電導波管５から放射導波管３にインピーダンスが整合できれば半分でなくてもよい。

【符号の説明】

【0042】

１ レーダアンテナ
２ レドーム
３ 放射導波管
４１ 上フレア
４２ 下フレア
５ 給電導波管
６ コーナ導波管
６０ 管路
６１ 給電導波管挿入部（一端部）
６２ 放射導波管挿入部（他端部）
６３ 給電導波管側水平部
６４ 垂直部
６５ 放射導波管側水平部
６６ 放射導波管側水平端部
６７ 第１コーナ部
６８ 第２コーナ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】