特開 2024-29306 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】P2024029306

(43)【公開日】2024-03-06

(54)【発明の名称】レーダアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/22 20060101AFI20240228BHJP

   H01Q 1/52 20060101ALI20240228BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20240228BHJP

   H01Q 21/08 20060101ALI20240228BHJP

【ＦＩ】

H01Q13/22

H01Q1/52

H01Q21/06

H01Q21/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022131492

(22)【出願日】2022-08-22

(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】荒井 瞳子

(72)【発明者】

【氏名】野呂 祟徳

(72)【発明者】

【氏名】澁谷 裕三

(72)【発明者】

【氏名】三浦 庸平

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 俊也

【テーマコード（参考）】

5J021

5J045

5J046

【Ｆターム（参考）】

5J021AA04

5J021AA05

5J021AA07

5J021AA09

5J021AA11

5J021AB05

5J021GA05

5J021GA08

5J021HA04

5J045AA05

5J045AA26

5J045AA27

5J045CA02

5J045DA04

5J045FA02

5J045HA01

5J045JA02

5J045LA01

5J045NA07

5J046AA04

5J046AB02

5J046AB08

5J046UA03

(57)【要約】

【課題】フレアを備えずに垂直面指向性が得られ、かつ、交差偏波成分の回り込みによるサイドローブを抑制可能なレーダアンテナを提供する。
【解決手段】断面が略四角形の筒状で前面部にスロット２ａが形成された複数の導波管２と、複数の導波管２が略水平に延びて上下に離隔を設けて配設された状態で、各導波管２の上面部と下面部のスロット２ａ側から略垂直に突出し導波管２の長手方向に沿って延びる帯板状の垂直板部３と、各垂直板部３から導波管２の前面部側に略水平に突出し、かつ、導波管２から離隔し、導波管２の長手方向に沿って延びる帯板状の水平板部４と、を備え、各垂直板部３は、導波管２の前面２１ａよりも後退した位置に設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

断面が略四角形の筒状で前面部にスロットが形成された複数の導波管と、
前記複数の導波管が略水平に延びて上下に離隔を設けて配設された状態で、前記各導波管の上面部と下面部の前記スロット側から略垂直に突出し前記導波管の長手方向に沿って延びる帯板状の垂直板部と、
前記各垂直板部から前記導波管の前面部側に略水平に突出し、かつ、前記導波管から離隔し、前記導波管の長手方向に沿って延びる帯板状の水平板部と、
を備え、
前記各垂直板部は、前記導波管の前面よりも後退した位置に設けられている、
ことを特徴とするレーダアンテナ。

【請求項2】

前記各水平板部の略水平方向の長さは、その自由端が前記導波管の前面よりも延び、不要放射を所定値まで抑制できるように設定されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーダアンテナ。

【請求項3】

最上位または最下位の前記水平板部の略水平方向の長さは、他の前記水平板部の略水平方向の長さよりも長く設定されている、
ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項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、水平面指向性を成形するためのスロット導波管と、垂直面指向性を成形するためのフレアとを組み合わせ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、導波管の前面に複数のスロット（長孔）が形成され、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、所定の指向性特性あるいは周波数特性が得られるようになっている。また、複数のスロットが形成された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導波管とフレアとが組み付けられている。

【0003】

このようなレーダアンテナでは、フレアを備えるため、レーダアンテナの奥行き寸法が大きくなる、という問題があった。このため、フレアを備えずに垂直面指向性を成形して、奥行き寸法を小さくできる、というレーダアンテナ・スロットアレイアンテナが知られている（例えば、特許文献２等参照。）。このレーダアンテナは、導波管の前面にスロットを水平方向および垂直方向に複数設けることで、導波管で水平面指向性と垂直面指向性を成形できるようにしたものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－７９４２４号公報

【特許文献2】特開２０１２－１９２５８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、導波管の前面にスロットを垂直方向に複数設けた場合、図８に示すように、スロットから放射される交差偏波成分・垂直偏波成分（図中の矢印）がレーダアンテナの上下方向に回り込んでしまう。この結果、例えば、図９に示すように、水平方向ＡＺ±約５０ｄｅｇ．および垂直方向ＥＬ±４０ｄｅｇ．の方向に高いレベルのサイドローブ・不要放射が発生してしまう。これは、例えば、船舶レーダの運用上、不要な放射となる。

【0006】

そこで本発明は、フレアを備えずに垂直面指向性が得られ、かつ、交差偏波成分の回り込みによるサイドローブを抑制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】

【0007】

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、断面が略四角形の筒状で前面部にスロットが形成された複数の導波管と、前記複数の導波管が略水平に延びて上下に離隔を設けて配設された状態で、前記各導波管の上面部と下面部の前記スロット側から略垂直に突出し前記導波管の長手方向に沿って延びる帯板状の垂直板部と、前記各垂直板部から前記導波管の前面部側に略水平に突出し、かつ、前記導波管から離隔し、前記導波管の長手方向に沿って延びる帯板状の水平板部と、を備え、前記各垂直板部は、前記導波管の前面よりも後退した位置に設けられている、ことを特徴とするレーダアンテナである。

【0008】

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、前記各水平板部の略水平方向の長さは、その自由端が前記導波管の前面よりも延び、不要放射を所定値まで抑制できるように設定されている、ことを特徴とする。

【0009】

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のレーダアンテナにおいて、最上位または最下位の前記水平板部の略水平方向の長さは、他の前記水平板部の略水平方向の長さよりも長く設定されている、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

請求項１に記載の発明によれば、スロットが形成された複数の導波管が、略水平に延びて上下に配設されているため、フレアを備えずに垂直面指向性が得られ、レーダアンテナの奥行き寸法を小さく抑えることが可能となる。

【0011】

また、各導波管の上面部と下面部から垂直板部が設けられ、垂直板部から水平板部が設けられ、垂直板部が導波管の前面よりも後退した位置に設けられている。つまり、垂直板部と水平板部で形成される角部が、導波管の前面よりも後退した位置に設けられ、垂直板部と水平板部によって、モードをフィルタリングする構造（モードフィルタ構造）が各導波管に形成される。このため、スロットから放射される交差偏波成分が打ち消され、導波管の上下方向に回り込むことによるサイドローブを抑制することが可能となる。

【0012】

さらに、各垂直板部から水平板部が導波管の前面部側に突出して設けられ、モードフィルタ構造が形成されているため、垂直方向に対してビームを狭幅化・狭域化すること、利得を増加させることが可能となる。

【0013】

請求項２に記載の発明によれば、各水平板部の自由端が導波管の前面よりも延び、不要放射を所定値まで抑制できるように各水平板部の長さが設定されているため、水平板部の長さを調整するだけで不要放射レベルを所望の特性にすることが可能となる。

【0014】

請求項３に記載の発明によれば、最上位または最下位の水平板部の長さが、他の水平板部よりも長く設定されているため、水平板部が長い側（例えば、海側）への不要放射が抑制される。この結果、水平板部が長い側の垂直面指向性において、サイドローブや利得ヌル・ゼロの発生を抑制し、所望のサイドローブレベル特性を得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１に係るレーダアンテナの概略構成を示す斜視図である。

【図2】図１のレーダアンテナの垂直断面図である。

【図3】図１のレーダアンテナにおけるＸＺ面の電界分布を示す図である。

【図4】図１のレーダアンテナにおける３次元指向性を示す図である。

【図5】モードフィルタ構造を備えない従来のレーダアンテナにおける垂直面指向性を示す図である。

【図6】モードフィルタ構造を備える図１のレーダアンテナにおける垂直面指向性を示す図である。

【図7】図１のレーダアンテナにおける水平板部の長さＬ１を規定する図（ａ）と、各長さＬ１における回り込み成分を示す図（ｂ）～（ｇ）であり、図（ｂ）は長さＬ１が０の場合、図（ｃ）は長さＬ１が０．２２λの場合、図（ｄ）は長さＬ１が０．３０λの場合、図（ｅ）は長さＬ１が０．３８λの場合、図（ｆ）は長さＬ１が０．５３λの場合、図（ｇ）は長さＬ１が０．６９λの場合を示す。

【図8】従来のレーダアンテナにおけるＸＺ面の電界分布を示す図である。

【図9】従来のレーダアンテナにおける３次元指向性を示す図である。

【図10】この発明の実施の形態２に係るレーダアンテナを示す側面図である。

【図11】すべての水平板部の長さが同じレーダアンテナにおける垂直面指向性を示す図である。

【図12】図１０のレーダアンテナにおける垂直面指向性（電磁界解析結果）を示す図である。

【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】

（実施の形態１）
図１は、この実施の形態に係るレーダアンテナ１の概略構成を示す斜視図であり、図２は、図１のレーダアンテナ１の垂直断面図である。このレーダアンテナ１は、スロット２ａが形成された導波管２を複数備えるアレイアンテナであり、フレアが不要となっている。ここで、この実施の形態では、導波管２を３つ備える場合について主として以下に説明するが、２つまたは４つ以上備えてもよい。

【0018】

各導波管２は、断面が略四角形の筒状体で、前面部２１にスロット２ａが長手方向に沿って複数形成されている。このような導波管２が３つ、略水平に延び所定の間隔を隔てて上下に配設されている。この際、各導波管２の前面２１ａが同一面上に位置するように配設されている。

【0019】

このような配設状態において、各導波管２の上面部２２と下面部２３のスロット２ａ側から、略垂直に突出する帯板状（垂直板状）の垂直板部３が設けられている。この垂直板部３は、導波管２の長手方向に沿って延び、導波管２の前面２１ａよりも後退した位置（導波管２の背面部２４側）に設けられている。

【0020】

このように垂直板部３が設けられることで、上下に隣接する導波管２同士が垂直板部３で連結されている。すなわち、上位の導波管２の下面部２３からの垂直板部３と、隣接する下位の導波管２の上面部２２からの垂直板部３とが一体・同体となり、上位の導波管２と下位の導波管２とが垂直板部３で連結されている。そして、最上位の導波管２の上面部２２および最下位の導波管２の下面部２３から、それぞれ垂直板部３が延びた状態となっている。

【0021】

また、各垂直板部３から導波管２の前面部２１側に略水平に突出する水平板部（フィン）４が設けられている。この水平板部４は、帯板状（平板状）で導波管２から離隔し、導波管２の長手方向に沿って延びている。また、導波管２、２間の垂直板部３に設けられた水平板部４は、垂直板部３の中央部に位置し、最上位と最下位の垂直板部３に設けられた水平板部４は、垂直板部３の自由端（反導波管２側の端）に位置する。さらに、水平板部４から導波管２までの離隔距離がすべて同寸法になるように、垂直板部３および水平板部４が設けられている。

【0022】

このような垂直板部３と水平板部４で形成される角部３４が、導波管２の前面２１ａよりも後退した位置（導波管２の背面部２４側）に設けられ、垂直板部３と水平板部４によってモードをフィルタリングする構造（モードフィルタ構造）が、各導波管２に形成されている。そして、垂直板部３の位置や水平板部４と導波管２との隙間などは、スロット２ａから放射される交差偏波成分が、モードフィルタ構造によって導波管２の上下方向に回り込むのを抑制できるように設定されている。

【0023】

また、各水平板部４の略水平方向の長さは、その自由端が導波管２の前面２１ａよりも延び、不要放射を所定値まで抑制できるように設定されている。すなわち、後述するように、水平板部４が導波管２の前面２１ａよりも延び、長いほど交差偏波成分の上下方向への回り込みを抑制でき、かつ、垂直方向のビーム幅を狭幅化・狭域化すること、利得を増加させることが可能となる。

【0024】

一方、水平板部４が長いとレーダアンテナ１が大きくなるため、不要放射レベルを所望の特性に抑制できるまで水平板部４が長く設定されている。具体的にこの実施の形態では、図２に示すアンテナ高さＨが約２．６λ（λ：波長）の場合において、導波管２の前面２１ａからの長さ（後述する図７（ａ）の長さＬ１）が、約０．５λに設定されている。

【0025】

このような複数の導波管２と垂直板部３と水平板部４を備えるレーダアンテナ１は、押出成形によって一体的に形成されている。また、この実施の形態では、レーダアンテナ１が船舶に搭載され、図１、図２におけるレーダアンテナ１の上側が空、下側が海であるとする。

【0026】

このような構成のレーダアンテナ１によれば、スロット２ａが形成された複数の導波管２が、略水平に延びて上下に配設されているため、フレアを備えずに垂直面指向性が得られ、レーダアンテナ１の奥行き寸法を小さく抑えることが可能となる。

【0027】

また、上記のように、各導波管２に対して垂直板部３と水平板部４によってモードフィルタ構造が形成されているため、スロット２ａから放射される交差偏波成分が打ち消され、導波管２の上下方向に回り込むことによるサイドローブを抑制することが可能となる。すなわち、モードフィルタ構造を備えない場合には、図８に示すように、スロット２ａから放射される交差偏波成分（図中の矢印）がレーダアンテナの上下方向に回り込んでしまうのに対して、モードフィルタ構造を備る場合には、図３に示すように、交差偏波成分の上下方向への回り込みが抑制される。この結果、モードフィルタ構造を備えない場合には、図９に示すように、高いレベルのサイドローブ・不要放射が発生するのに対して、モードフィルタ構造を備る場合には、図４に示すように、サイドローブが抑制される。

【0028】

さらに、各垂直板部３から水平板部４が導波管２の前面部２１側に突出して設けられ、モードフィルタ構造が形成されているため、垂直方向に対してビームを狭幅化・狭域化すること、利得を増加させることが可能となる。すなわち、モードフィルタ構造を備えない場合には、図５に示すように、垂直方向のビーム幅が広い（例えば、２２．９９ｄｅｇ．）のに対して、モードフィルタ構造を備る場合には、図６に示すように、垂直方向のビーム幅が狭く（例えば、１６．９１ｄｅｇ．）、利得が増加（例えば、１．３ｄＢ増加）する。

【0029】

しかも、各水平板部４の自由端が導波管２の前面２１ａよりも延び、不要放射を所定値まで抑制できるように各水平板部４の長さが設定されているため、水平板部４の長さを調整するだけで不要放射レベルを所望の特性にすることが可能となる。すなわち、図７（ａ）に示すように、導波管２の前面２１ａからの水平板部４の突出量を長さＬ１とし、長さＬ１を０（図７（ｂ））、０．２２λ（図７（ｃ））、０．３０λ（図７（ｄ））、０．３８λ（図７（ｅ））、０．５３λ（図７（ｆ））、０．６９λ（図７（ｇ））と順次延ばすと、長さＬ１が長いほど交差偏波成分の上下方向への回り込みを抑制でき、かつ、垂直方向のビーム幅を狭幅化・狭域化することが可能となる。そして、不要放射が所定値まで抑制できる長さＬ１に水平板部４の長さを調整するだけで、不要放射レベルを所望の特性にすることが可能となる。

【0030】

（実施の形態２）
図１０は、この実施の形態に係るレーダアンテナ１０を示す側面図である。この実施の形態では、最下位の水平板部４の略水平方向の長さが、他の水平板部４の略水平方向の長さよりも長く設定さ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。

【0031】

すなわち、海側での垂直面指向性において、サイドローブや利得ヌル・ゼロの発生を抑制するために、最下位の水平板部４の長さが、他の水平板部４の長さよりも長く設定されている。例えば、他の水平板部４では、図７（ａ）に示す長さＬ１が０．５λであるのに対して、最下位の水平板部４の長さは、他の水平板部４よりも延長寸法Ｌ２だけ長く設定されている。そして、延長寸法Ｌ２は、海側でのサイドローブや利得ヌルを効果的に抑制できる長さであり、例えば、約０．５λ（λ：波長）に設定されている。ここで、導波管２が３段積層されている場合、Ｌ２＞０．３λでサイドローブや利得ヌルを抑制可能である。

【0032】

このように、最下位の水平板部４の長さが、他の水平板部４よりも長く設定されているため、水平板部４が長い側つまり海側への不要放射が抑制される。この結果、海側の垂直面指向性において、サイドローブや利得ヌル・ゼロの発生を抑制し、所望のサイドローブレベル特性を得ることが可能となる。すなわち、すべての水平板部４の長さが同じ場合、図１１に示すように、垂直面指向性の海側において、高いレベルのサイドローブが発生して虚像となるおそれがあり、また、仰角（ＥＬ）－３０度以内に利得ヌルが生じ、その角度内に入った物標を認識できないおそれがある。

【0033】

これに対して、この実施の形態のレーダアンテナ１０では、図１２に示すように、垂直面指向性の海側において、サイドローブレベルが仰角－３０度以遠で低減され、仰角－３０度以内での利得ヌルも解消されて、所望のサイドローブレベル特性が得られる。ここで、図１２において、反海面側（空側）で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ため、運用上の問題はない。また、図１１、図１２における振幅比は、各導波管２の振幅比を意味する。

【0034】

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２では、最下位の水平板部４の長さを他の水平板部４よりも長く設定しているが、最上位または最下位の水平板部４のうち、サイドローブや利得ヌルを抑制したい側の水平板部４を他よりも長くすればよい。

【符号の説明】

【0035】

１、１０ レーダアンテナ
２ 導波管
２ａ スロット
２１ 前面部
２１ａ 前面
２２ 上面部
２３ 下面部
２４ 背面部
３ 垂直板部
４ 水平板部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】