特許 7066942 レーダ反射断面積計測用台座

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-06

(45)【発行日】2022-05-16

(54)【発明の名称】レーダ反射断面積計測用台座

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/41 20060101AFI20220509BHJP

【ＦＩ】

G01S7/41

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021050427

(22)【出願日】2021-03-24

【審査請求日】2021-03-24

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 令和３年２月２３日ウェブサイト（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉｅｉｃｅ－ｔａｉｋａｉ．ｊｐ／２０２１ｇｅｎｅｒａｌ／ｊｐｎ／）に掲示された２０２１年電子情報通信学会総合大会の講演予稿集で公開

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 令和３年３月１０日ウェブサイト（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉｅｉｃｅ－ｔａｉｋａｉ．ｊｐ／２０２１ｇｅｎｅｒａｌ／ｊｐｎ／）にて開催された２０２１年電子情報通信学会総合大会で発表

(73)【特許権者】

【識別番号】390014306

【氏名又は名称】防衛装備庁長官

(74)【代理人】

【識別番号】100067323

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 教光

(74)【代理人】

【識別番号】100124268

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 典行

(72)【発明者】

【氏名】赤嶺 賢彦

(72)【発明者】

【氏名】仲 功

(72)【発明者】

【氏名】大川 保純

【審査官】九鬼 一慶

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２２１８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１２０６６２０７（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０６５２６５６１（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００ － ７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００ －１３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定波長の電波に対する目標物のレーダ反射断面積を計測するために前記目標物が取り付けられるレーダ反射断面積計測用台座であって、
低比誘電率の材料から構成され、前記目標が設置される頂部から前記電波を反射する反射部を経て底部へ至るにつれて外径が広がるテーパ形状を備えるとともに、前記反射部には蛇腹構造が設けられていることを特徴とするレーダ反射断面積計測用台座。

【請求項2】

前記テーパ形状の中心軸線に沿って配置された支柱と、
前記支柱に着脱可能に外挿される反射部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のレーダ反射断面積計測用台座。

【請求項3】

前記蛇腹構造のピッチが前記所定波長のｐ倍（但しｐは数５、７、８、９を含む倍数群から選択された１の倍数）であることを特徴とする請求項２に記載のレーダ反射断面積計測用台座。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、所定波長の電波に対する目標物のレーダ反射断面積（Radar cross-section 、以下「ＲＣＳ」という）を計測するために前記目標物が取り付けられるレーダ反射断面積計測用台座（以下、単に台座とも称する。）に係り、特に軽量で可搬性があるため設置及び撤去が容易であり、目標物の高精度なＲＣＳ計測が可能なレーダ反射断面積計測用台座に関するものである。

【背景技術】

【0002】

目標物に照射されて目標物により散乱（反射）された電波の大きさは、目標物の材質や形状、大きさ等に依存するが、目標物が完全導体球（金属製の球）の場合は、照射されたエネルギーが１００％等方的に散乱される。そこで、レーダから電波の照射を受けた目標物が受信アンテナの方向に電波を反射させる能力の尺度として、前記完全導体球を基準にして換算した当該目標物の断面積をレーダ反射断面積として定義する。すなわちレーダ反射断面積は、ターゲットを完全導体球に置き換えたと仮定した場合に、同じ大きさの反射波が受信されるような完全導体球の断面積を意味しており、反射波の反射電力に正比例する値となっている。

【0003】

図１０は、目標物の一例である航空機１００（目標物１００とも呼ぶ。）のＲＣＳ計測の原理を示す図である。図１０に示すように、ＲＣＳ計測は、ＲＣＳ計測装置１０１から目標物１００に対して電波を照射（照射電波１０２）し、そのときの目標物から反射した電波（反射電波１０３）を計測することによって行われる。ＲＣＳ計測において、理想的には目標物１００のみが空中に浮遊して静止した状態で計測を行うことが望ましいが、実際にはそのような状態を実現することは困難であるため、目標物１００の下部に、目標物１００を支持するためのレーダ反射断面積計測用台座を設置することが必要となる。台座が存在する状況下で、ＲＣＳ計測を理想的な状態、すなわち目標物１００のみが浮遊しているような状態に近づけるためには、台座自体のＲＣＳが目標物１００のＲＣＳに対して無視できるほど小さくなくてはならない。仮に、台座のＲＣＳが十分に小さくない場合には、目標物１００のＲＣＳ計測精度が著しく低下する。

【0004】

従来の代表的な台座には、発泡スチロール製台座と金属製台座がある。
図１１に発泡スチロール製台座１１０の一例を示す。発泡スチロール製台座１１０は、発泡スチロールの比誘電率が空気の誘電率に近いために電波を透過しやすいという性質を利用し、照射された電波（照射電波１０２）のうち透過成分（透過電波１０４）を増加させ、反射成分（反射電波１０３）を減少させることで台座１１０のＲＣＳの低減を図るものである。

【0005】

図１２に金属製台座１１１の一例を示す。この金属製台座１１１は、図中破線で示すように水平な断面がオジャイブ形状の支柱である。金属製台座１１１がオジャイブ形状であることにより、照射された電波（照射電波１０２）のうち電波の送受信方向１０６以外の方向への反射成分（反射電波１０５）を増加させ、電波の送受信方向１０６への反射成分（反射電波１０３）を減少させることで台座１１１のＲＣＳ低減を図るものである。

【0006】

ＲＣＳ計測では、測定位置の周辺の状況の影響を避けるため、電波の不要な反射が少ない環境を選択する必要があり、そのために目標物の設置場所を変えながら計測を行いたい場合がある。このような場合には金属製台座は重量物であるため用いられず、発泡スチロール製台座が用いられるのが普通である。

【0007】

なお、下記非特許文献１には、発泡スチロール製台座のＲＣＳは周波数の４乗および台座の体積に正比例することが記載されている。このため、周波数が高い場合や台座の体積が大きい場合には、台座のＲＣＳが増加する可能性があり、単に台座の材質を発泡スチロールとしただけでは、台座のＲＣＳを十分に低減できない場合があると考えられる。

【0008】

台座のＲＣＳを低減するためには、以上説明したように発泡スチロールのような電波を透過しやすい材質を選択することの他、材質以外では台座の形状を工夫することも考えられる。

【0009】

図１３は、ＲＣＳを低減するために、台座の形状を円錐台形状や多角錐形状とした場合を示している。これらは、いずれも電波の送受信方向１０６以外の方向への電波の反射成分（反射電波１０５）を増加させ、電波の送受信方向１０６への電波の反射成分（反射電波１０３）を減少させることで、台座のＲＣＳの低減を図ろうとするものである。分図（ｂ）の多角錐形状の台座１１２では、同分図中、縦方向である錐形状の軸線を中心とした回転方向（アジマス方向）に台座１１２を回動させた場合、多角錐形状のカット面１１４が電波の送受信方向１０６と正対すると、台座１１２のＲＣＳが急激に上昇してしまう。このため、通常はアジマス方向の回動によってＲＣＳが変化しない分図（ａ）の円錐台形状の台座１１３が用いられることが多い。

【0010】

また、台座のＲＣＳの低減が可能な形状の他の公知例としては、下記特許文献１に開示された蛇腹形状の台座１１５が知られている。この蛇腹形状の台座１１５は、図１４に示すように、電波を受ける部分に蛇腹構造を設けることにより、電波の送受信方向１０６以外の方向への電波の反射成分（反射電波１０５）を増加させ、電波の送受信方向１０６への電波の反射成分（反射電波１０３）を減少させることで、台座１１５のＲＣＳ低減を図っている。なお、蛇腹のピッチｄは照射電波１０２の波長と同程度とされており、また台座１１５の材質はセラミックである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】特開平５－１７２９３１号

【非特許文献】

【0012】

【文献】M. A. Plonus, “Theoretical Investigations of Scattering from Plastic Foams ”, IEEE Trans. A. P., Vol. 13, pp.88-93, 1965

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本願発明者等は、軽量で可搬性があるため設置及び撤去が容易であるとともに、目標物の高精度なＲＣＳ計測が可能なレーダ反射断面積計測用台座の研究開発を行ってきたが、その研究の過程において、次のような知見を得るとともに、解決すべき新たな課題を見出した。まず、本願発明者等は、円錐台形状と蛇腹形状を組み合わせることにより、台座のＲＣＳをさらに低減するという発想を得たので、これを実現するための具体的な構造を検討した。ここで前述した特許文献１に示されているように蛇腹構造のピッチを波長と同程度とすると、例えば電波の周波数が１０ＧＨｚの場合にはピッチは３ｃｍ程度となる。特許文献１の例では台座の材料が硬いセラミックであるため、ピッチが数ｃｍから数ｍｍ程度の小さいサイズであっても強度的には特に問題はない。しかし、電波の透過性を考慮して発泡スチロールのような比誘電率が空気に近い材料を採用すると、上記のような小さいサイズで蛇腹構造を構成した場合には、その材質が脆いために、蛇腹の突出した部分が台座の持ち運び時などに強度不足で破損する恐れがある。また、円錐台形状と蛇腹形状を組み合わせた場合に、実際にどの程度のＲＣＳ低減効果が得られるかは従来知られていなかった。

【0014】

本発明は、以上説明した従来の技術と、本願発明者等の見出した課題に鑑みてなされたものであり、軽量で可搬性があるため設置及び撤去が容易であるとともに、目標物の高精度なＲＣＳ計測が可能なレーダ反射断面積計測用台座を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0015】

請求項１に記載されたレーダ反射断面積計測用台座は、
所定波長の電波に対する目標物のレーダ反射断面積を計測するために前記目標物が取り付けられるレーダ反射断面積計測用台座であって、
低比誘電率の材料から構成され、前記目標が設置される頂部から前記電波を反射する反射部を経て底部へ至るにつれて外径が広がるテーパ形状を備えるとともに、前記反射部には蛇腹構造が設けられていることを特徴としている。

【0016】

請求項２に記載されたレーダ反射断面積計測用台座は、請求項１に記載のレーダ反射断面積計測用台座において、
前記テーパ形状の中心軸線に沿って配置された支柱と、
前記支柱に着脱可能に外挿される反射部と、
を有することを特徴としている。

【0017】

請求項３に記載されたレーダ反射断面積計測用台座は、請求項２に記載のレーダ反射断面積計測用台座において、
前記蛇腹構造のピッチが前記所定波長のｐ倍（但しｐは数５、７、８、９を含む倍数群から選択された１の倍数）であることを特徴としている。

【発明の効果】

【0018】

請求項１に記載されたレーダ反射断面積計測用台座によれば、一般的に軽量な素材である低比誘電率の材料（例えば発泡スチロール）から構成されているため可搬性があり、設置及び撤去が容易である。また、素材と機能的構造の相乗効果、すなわち電波を透過しやすい低比誘電率の素材と、テーパ形状の頂部と底部の間の反射部に蛇腹構造を設けて蛇腹の隙間に電波を侵入させ、受信方向から離れた方向に電波を鏡面反射する機能的構造との相乗効果により、照射された電波の有効な反射成分をできる限り減少させて、目標物のＲＣＳ計測を高精度に行うことが可能である。

【0019】

請求項２に記載されたレーダ反射断面積計測用台座によれば、テーパ形状の中心軸線に沿って配置された支柱と、支柱に着脱可能に外挿される反射部を含む、複数の構成部品による分割可能な構造としたので、各構成部品の重量値を、分割数に応じた軽量な値とすることができる。このため、分解して持ち運ぶことが容易となり、容易な設置および撤去が可能となった。なお、構成部品と構成部品の分割面では、素材と空気の比屈折率が異なるために、わずかながらも電波反射が生じる。従って、この分割面の向きは、なるべく電波の送受信方向と正対させないようにすることが好ましい。そこで、支柱と反射部の分割面は、台座のアジマス方向の回転軸になるべく一致する周状の分割面とし、台座のアジマス方向の回転が支柱を中心として行われるように構成し、台座をテーパ形状の中心軸線の周りに回転させる場合に電波反射の非回転対称性が生じないようにすればよい。また反射部を分割構造とした場合の分割面は、可能な限り台座の設置面と平行となるようにすればよい。このようにすれば、分割構造の台座であっても、分割した構成部品の分割面で不要な電波反射の発生を防ぐことができる。

【0020】

請求項３に記載されたレーダ反射断面積計測用台座は、請求項２に記載のレーダ反射断面積計測用台座において、蛇腹構造のピッチを、所定波長の５倍、７倍、８倍又は９倍の何れかとしたため、前記ピッチを所定波長の５倍未満の整数倍、または９を越える整数倍、または６倍とした場合に較べ、有意に大きいＲＣＳの低減量を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】実施形態の台座を示す斜視図である。

【図2】ＲＣＳの計測方法を示す説明図である。

【図3】ＲＣＳ計測に対象とした台座の斜視図であって、分図（ａ）は比較例の台座を示し、分図（ｂ）は実施形態の台座を示す。

【図4】比較例の台座と実施形態の台座に対するＲＣＳ計測の測定結果を示すグラフである。

【図5】発泡スチロール製の台座による電波反射のメカニズムを示す説明図である。

【図6】ＲＣＳ低減効果を確認するために行う電磁界解析の対象物の構造例を示す図であって、分図（ａ）及び（ｂ）は電波を受ける面がピッチの異なる蛇腹構造である場合を示し、分図（ｃ）は平板構造である場合を示す。

【図7】蛇腹構造における電波反射によってＲＣＳが低減される原理を示す説明図である。

【図8】蛇腹構造における各部の寸法記号及び実寸法の一例を示す図であって、分図（ａ）は蛇腹構造を示す斜視図であり、分図（ｂ）は波長λが一定の場合に蛇腹構造のピッチＤを決める数値ｐと全長Ｌとの対応関係を示す表である。

【図9】図８に示した各ピッチＤの蛇腹構造に対して電磁界解析を行った結果を示す図であって、ピッチＤを決める数値ｐとＲＣＳ低減量の関係を示すグラフである。

【図10】航空機のＲＣＳ計測の原理を示す図である。

【図11】従来の発泡スチロール製の台座の一例を示す図である。

【図12】従来の金属製の台座の一例を示す図である。

【図13】従来の台座におけるＲＣＳ計測の原理を示す図であって、分図（ａ）は円錐台形状の台座を示し、分図（ｂ）は多角錐形状の台座を示す。

【図14】従来の蛇腹構造の台座の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態を図１～図９を参照して説明する。
図１に示す実施形態の台座１は、低比誘電率の材料、例えばＥＰＳ（Expanded Polystyrene）等の発泡スチロールから構成されている。図１に示すように、台座１は、全体としてテーパ形状の側面を有する円錐台形状である。すなわち、ＲＣＳ計測の対象となる目標物１００が設置される頂部１ａから、電波を反射する側面の反射部２を経て、底部１ｂへと至るにつれて、水平面と平行である仮想的な切断面における外径が徐々に広がるような立体形状となっている。

【0023】

図１に示すように、電波の反射部２である円錐台形状の側面には、蛇腹構造５が設けられている。蛇腹構造５とは、鉛直方向に平行な切断面における断面形状が三角形となるような傾斜形状を備えた複数の凸部５ａと、凸部５ａと凸部５ａの間に設けられた複数の凹部５ｂとによって構成された規則的な繰り返し構造であって、照射された電波が凹部５ｂ内に入り、凸部５ａの表面で鏡面反射し、電波の送受信方向１０６とはなるべく異なる方向に反射するような構造である。蛇腹構造５の傾斜形状としては、三角形の断面形状を挙げたが、別にこれに限らない。なお、以上説明した蛇腹構造５の詳細と機能、作用及び効果等については後に詳述するが、蛇腹構造５における凸部５ａと凸部５ａの間隔であるピッチＤは、電波の波長λの５倍程度となっている。従来の蛇腹構造では、ピッチを波長と同程度としていたが、これを５倍程度に大きく拡大することによって、本実施形態におけるＲＣＳの低減効果は非常に大きくなった。

【0024】

図１に示すように、この台座１は、持ち運びを容易とするために、テーパ形状の中心軸線Ｃに沿って配置された円柱形状の支柱４と、支柱４に着脱可能に外挿される反射部２から構成された分割構造となっている。特に、反射部２は、蛇腹構造５における一つの凸部５ａごとに水平面を分割面として分割された大小複数の小反射部３から構成されている。従って反射部２の構成単位である１個の小反射部３は、２つの同形の円錐台形を、下底同士で接合したような形状となっている。このように、台座１を、１本の支柱４と、複数個の小反射部３に分割することにより、各部の重量が低減され、仮に総重量が１３ｋｇ程度であった場合、各部の重量最大値を３ｋｇ程度とすることができるので、分解して持ち運ぶことが容易となり、容易な設置および撤去が可能となった。

【0025】

図１に示すように、台座１は図示しない設置面に載置されている。反射部２は、支柱４の中心軸線Ｃを中心とした任意の方向に任意の角度だけ回動できるようになっており、この回動方向をアジマス方向Ａと称する。また、このような反射部２が外挿された支柱４は、設置面側の基端部を中心として反射部２とともに任意の角度だけ回動できるようになっており、この回動方向をエレベーション方向Ｅと称する。台座１をアジマス方向Ａとエレベーション方向Ｅの２方向に回動させるメカニズムについては特に図示はしないが、軸を回転させる回動機構や、軸端をヒンジで回動自在に固定した揺動機構を利用でき、また駆動源はモータ等で構成できる。反射部２の頂部１ａには目標物１００を載置して固定できるようになっており、台座１をアジマス方向Ａとエレベーション方向Ｅの２方向に回動させることにより、照射される電波に対する目標物１００の姿勢を任意に設定することができる。なお、支柱４とともに反射部２がアジマス方向Ａに回転するものとしたが、反射部２はアジマス方向Ａには回動せず、支柱４のみがアジマス方向Ａに回転し、支柱４の上端に取り付けられた目標物１００をアジマス方向Ａに回転するものとしてもよい。

【0026】

なお、このように台座１を分割構造とした場合、支柱４と小反射部３の分割面、及び小反射部３と小反射部３の分割面では、素材と空気の比屈折率が異なるために、わずかながらも電波反射が生じる。従って、これら分割面の向きは、なるべく電波の送受信方向１０６と正対させないようにすることが好ましい。そこで、支柱４と小反射部３の円周状の分割面は、上述したようにアジマス方向Ａの回転軸に一致する支柱４の外周面とし、台座１が支柱４の周りに回転する場合には、支柱４の周面に沿った分割面について電波反射の非回転対称性が生じないようになっている。また小反射部３と小反射部３の分割面は、台座１を設置面と平行に設置することにより、水平となるようにする。このようにすれば、分割構造の小反射部３の分割面においても、不要な電波反射の発生を防ぐことができる。

【0027】

以上説明したように、図１に示す台座１は、低比誘電率の材料、例えば発泡スチロールを素材としているため、電波を透過しやすく、ＲＣＳが低い。また、円錐台形状に蛇腹構造５を付与し、さらに蛇腹構造のピッチＤを電波の波長λの５倍程度としたので、更なるＲＣＳの低減が実現できた。加えて、比較的脆い材料といえる発泡スチロールを使用しながらも、その蛇腹構造５は、ＲＣＳを従来よりも低減させる、従来よりも大きな凹凸で構成されているため、台座１は破損しにくくなっており、分割構造の構成単位が軽量であるため持ち運びが容易であるという長所を生かす効果が得られている。このように、この台座１によれば、ＲＣＳが低いという特徴と、可搬性があるため設置及び撤去が容易であるという特徴が両立している。

【0028】

次に、以上説明した実施形態の台座１と、比較例である円柱形状の発泡スチロール製の台座１１０の２種類について、それぞれのＲＣＳを屋外で計測した結果について図２～図４を参照して説明する。

【0029】

図２は、ＲＣＳの計測方法の概観図である。図２に示すように、ＲＣＳ計測装置１０１から３４０ｍ離れた位置を台座の設置位置とし、実施形態と比較例の台座（図では比較例の台座１１０を示している。）をそれぞれ設置し、それぞれＲＣＳを計測した。このとき、照射する電波の周波数および偏波は、Ｋｕ帯の垂直偏波であり、各台座のＲＣＳは、台座と同じ位置に別途設置した直径８０ｃｍのＲＣＳ計測用標準球（前記完全導体球）の反射電力を計測することにより、比較較正法を用いて次式により算出した。

【0030】

（台座のＲＣＳ）＝（台座の反射電力）/ （ＲＣＳ計測用標準球の反射電力）×（ＲＣＳ計測用標準球のＲＣＳ）…（式１）

【0031】

ＲＣＳの定義上、ＲＣＳ計測用標準球のＲＣＳは、その物理的な断面積に等しく、既知（円周率π×０．４ｍ×０．４ｍ≒０．５ｍ² ）であるため、上式から台座のＲＣＳを算出することができる。

【0032】

図３に台座の形状を示す。図３（ａ）が比較例の台座１１０であり、図３（ｂ）が実施形態の台座１である。何れも、その直径は１ｍ程度、高さは１．５ｍ程度、台座１，１１０の材質は何れもＥＰＳ（Expanded Polystyrene）であり、発泡倍率は６０倍である。図３（ｂ）に示す実施形態の台座１は、蛇腹構造５のピッチ、すなわち凸部５ａと凸部５ａの間隔が、前述したように波長の５倍となっている。また、図３（ａ）に示す比較例の台座１１０の上部は、目標物設置の都合上、上端部が一部加工されている。

【0033】

図４は、実施形態と比較例の２つの台座１，１１０のＲＣＳ計測結果を示すグラフである。図４に示すグラフは、横軸を計測回数（回）とし、縦軸を測定されたＲＣＳ（ｍ² ）として、各計測回における実施形態と比較例の２つの台座１，１１０のＲＣＳを示している。計測回ごとの時間間隔は数十秒程度である。図４中、ＲＣＳが大きい上側にある破線が円柱形状の比較例の台座１１０の計測結果であり、ＲＣＳが小さい下側にある二点鎖線が実施形態の台座１の計測結果である。比較例の台座１１０のＲＣＳは０．１ｍ² 程度であったが、実施形態の台座１のＲＣＳは０．００１ｍ² 程度となっており、実施形態によれば、従来の台座１１０に較べ、Ｋｕ帯においてＲＣＳが１００分の１以下に低減されることが確認された。なお、計測環境の外部雑音レベルが０．００１ｍ² 程度に相当するため、実施形態の台座１のＲＣＳは、実際には０．００１ｍ² より低い可能性もある。

【0034】

蛇腹構造５のピッチＤと、ＲＣＳの低減効果との関係については、これまでに報告されている例が存在しない。そこで、本願発明者等は、蛇腹のピッチを波長の５倍まで拡大することが、台座１のＲＣＳ低減にいかなる効果を与えるかについて電磁界解析（シミュレーション）を行って確認した。

【0035】

図５は、発泡スチロール製の台座１１０における電波反射のメカニズムを模式的に示している。図５に示すように、発泡スチロール製の台座１１０からの電波反射は、台座１１０の表面で生じる反射電波１０３と、台座１１０の内部に侵入した電波が発泡スチロールの微細構造１０９により多重に反射されることで生じる反射電波１０７とに大別される。

【0036】

本願発明者等の研究に基づく知見によれば、照射された電波を受ける台座１１０の側面の形状を、例えば実施形態の台座１の反射部２が有する蛇腹構造５のように、変更したとすると、その影響は、主に図５に示す内部の微細構造１０９による反射電波１０７ではなく、表面での反射電波１０３の増減に寄与すると考えられる。そこで、本願発明者等は、図６（ａ），（ｂ）に示すようにピッチＤ（Ｄ１，Ｄ２）が異なる２種類の完全導体の蛇腹構造５についてＲＣＳ解析を行い、結果を比較することによりＲＣＳの低減効果を検証した。

【0037】

ＲＣＳ解析はＭＬＦＭＭ法（マルチレベル高速多重極展開法）で行い、周波数および偏波はＫｕ帯の１５ＧＨｚと設定した。また、解析対象は簡単のため表面に蛇腹構造５を付与した完全導体平板とし、電波の送受信方向１０６は平板の平面と垂直になるように設定した。このとき、蛇腹構造５のピッチＤ１およびＤ２は、それぞれ波長の１倍及び５倍、すなわち２ｃｍ及び１０ｃｍとした。図６（ｂ）に示す波長の５倍であるピッチＤ２の蛇腹構造５が実施形態に相当し、図６（ａ）に示す波長の１倍であるピッチＤ１の蛇腹構造５が比較例となる。また、同じ条件で図６（ｃ）に示すように蛇腹構造５がない平坦な完全導体平板のＲＣＳ解析も行った。図６（ａ）～（ｃ）において、平板の幅および高さはそれぞれ１０ｃｍ、２０ｃｍとした。

【0038】

解析の結果、図６（ａ）、（ｂ）の蛇腹構造５、及び図６（ｃ）の完全導体平板の各ＲＣＳは、それぞれ１１．９４ｍ² 、０．１１ｍ² 、１２．５７ｍ² となり、ピッチＤ１によるＲＣＳの低減効果はほとんど認められない一方、ピッチＤ２によりＲＣＳは１００分の１以下に低減されることが確認された。

【0039】

図７は、蛇腹構造５における電波反射によってＲＣＳが低減される原理を示す説明図である。図７に示すように、表面での電波反射によるＲＣＳの低減は、電波の鏡面反射方向１０８を電波の受信方向（送受信方向１０６）から遠ざけることにより達成される。しかしながら、図６（ａ）の蛇腹構造５では、ピッチＤ１が波長と同程度であり非常に短いため、そもそも図７において蛇腹構造５の凸部５ａの表面１２０にまで電波はほとんど進入せず、凸部５ａのエッジ１２１を含む電波の送受信方向１０６に直交する平面上において、送信波のほとんどが図６（ｃ）の場合と同様に散乱されてしまう。すなわち、図６（ａ）の蛇腹構造５では、ピッチＤ１が短すぎるために電波が蛇腹構造５の内部に入り込むことができず、ＲＣＳ低減効果がほとんど得られない。これに対し、図６（ｂ）のようにピッチＤ２が波長に対してある程度大きいと、電波が蛇腹構造５の内部に入り込んで鏡面反射するため、ＲＣＳの低減効果を向上させることが確認された。このように、本実施形態の発泡スチロール製の台座１によれば、蛇腹構造５のピッチＤを電波の波長λの５倍まで拡大することによって十分なＲＣＳ低減効果が得られ、さらに蛇腹構造５の凹凸のサイズが大きくなるため、発泡スチロールを材料としながらも台座１の強度を必要な程度に確保できるので、ＲＣＳ低減効果と必要な強度による可搬性を両立できた。

【0040】

なお、実施形態の台座１との比較の意味で、従来の円柱形状の台座１１０の寸法のみを変えることによってＲＣＳを１００分の１に低減しようとする場合を考えてみる。目標物の設置高さを変えないために円柱の長さは固定し、台座１１０の直径だけを変更する場合、図５に示す表面における反射電波１０３の量は台座１１０の直径に比例するため、台座１１０のＲＣＳを１００分の１に低減するためには、台座１１０の直径を１００分の１にする必要がある。このとき台座１１０の長手方向（軸線方向）にかかる圧縮応力は円柱の横断面積に反比例するため１００００倍となるから、台座１１０に搭載可能な計測目標物１００の重量は１００００分の１となってしまい、全く実用性がない。

【0041】

以上説明したように、実施形態の台座１では、蛇腹構造５のピッチＤ２を波長λの５倍とすることにより優れたＲＣＳ低減効果を得ることができたが、本願発明者等は、ＲＣＳ低減に有効な蛇腹構造５のピッチＤと電波の波長λとの好ましい関係について、従来知られていないより深い知見を得るため、前述した電磁界解析によってさらなる検討を行っている。その検討の手法と結果を、図８を参照して以下に説明する。

【0042】

図８（ａ）は、実施形態の蛇腹構造５における各部の寸法記号及び実寸法の一例を示す図である。使用する電波の波長λは２ｃｍ、周波数は１５ＧＨｚである。蛇腹構造５のピッチ及び凸部５ａの基部の高さをＤ＝ｐλで表し、全体の長さ（高さ）をＬで表す。また、巾及び奥行きは図示のように各々１００ｍｍとした。

【0043】

図８（ｂ）は、蛇腹構造５のピッチＤを決める倍数ｐを１から１０まで変化させ、各倍数ｐにおいて把握される異なるピッチＤの蛇腹構造５について、それぞれの長さＬを示したものである。ここで、ｐの数値の増大に対して長さＬの変化が比例していないのは、ＲＣＳ低減の効果を正しく評価するため、長さＬをピッチＤの整数倍とし、蛇腹構造５の凹凸が途中で切れないようにしているためである。例えば、図８（ａ）の蛇腹構造５は、倍数ｐが２の場合を示しており、その場合の縦方向の長さＬは図８（ｂ）に示すように４００ｍｍとなっている。

【0044】

図９は、図８（ｂ）に示した各倍数ｐによって決まる異なるピッチＤの蛇腹構造５に対して電磁界解析を行った結果を示す図であり、倍数ｐとＲＣＳ低減量（ｄＢ）の関係を示している。なお、先に説明した図４のグラフではＲＣＳ（ｍ² ）を示したが、ここではＲＣＳ低減量（ｄＢ）を示している。これは、図４のグラフでは各台座１の長さＬが一定であったためＲＣＳ（ｍ² ）を直接比較することができたが、図８及び図９の例では、台座１の長さＬが倍数ｐによって変わり、ＲＣＳ（ｍ² ）は長さＬの二乗に比例する値であるため、倍数ｐによって長さＬが変わる場合には、ＲＣＳそのもので評価すると蛇腹構造５の凹凸の効果以外に長さＬの違いが含まれてしまうため、評価方法として適切とはいえなくなるからである。そこで、図９では、蛇腹構造５の凹凸の効果のみを抽出して評価するため、別途、凹凸のない平板を解析し、平板を基準としたときの凹凸の蛇腹構造５によるＲＣＳの低減量（単位：ｄB ）を示すこととした。なお、ＲＣＳとＲＣＳ低減量の関係は、下記式（２）のようになる。
ＲＣＳ低減量（ｄＢ）＝１０×ｌｏｇ１０（蛇腹構造のＲＣＳ（ｍ² ）÷平板（蛇腹構造から凹凸を除去したもの) のＲＣＳ（ｍ² ））…（式２）

【0045】

図９に示すように、電磁界解析によれば、蛇腹構造５のピッチＤは、所定の波長λの５倍以上９倍以下（但し６倍は除く）であると、それ以外の場合に較べ、大きなＲＣＳ低減量が得られる。すなわち、倍数ｐが５から９の範囲（但しｐ＝６は除く）であると、倍数ｐが５未満の値、９を越える値、さらに６である場合に較べ、有意に大きいＲＣＳの低減量を得ることができる。特に、ｐ＝５でＲＣＳの低減量が大きく、ｐ＝８がこれに続いている。倍数ｐが９を越えるとＲＣＳ低減の効果が弱くなるのは、蛇腹構造５の凸部５ａの先端が鈍角になるからと考えられる。

【0046】

なお、倍数ｐが５、７、８、９のときに有効な結果が得られているのに、これらの倍数の中途にある６の値において、ＲＣＳ低減量は特異的に小さくなっている。その理由は必ずしも理論的には明快ではない。しかし、電波は波動であるから、先に図７に示したように電波を単純化して直進する細いビームと考え、電波の反射を単純な線型の幾何学的な伝播モデルのみで考えると、電波の挙動を完全には把握できない可能性はありうる。

【符号の説明】

【0047】

１…レーダ反射断面積計測用台座（台座）
１ａ…台座の頂部
１ｂ…台座の底部
２…台座の反射部
３…反射部を構成する小反射部
４…台座の支柱
５…蛇腹構造
５ａ…蛇腹構造の凸部
５ｂ…蛇腹構造の凹部
１００…目標物または目標物としての航空機
Ｄ…蛇腹構造のピッチ

【要約】

【課題】設置及び撤去が容易であり、目標物の高精度なＲＣＳ計測が可能なレーダ反射断面積計測用台座を提供する。
【解決手段】台座１は発泡スチロール製であり、テーパ形状の側周面に蛇腹構造５を形成する複数の小反射部３で構成された反射部２を支柱４に外挿した分割構造となっている。蛇腹構造のピッチＤは電波の波長λの５倍である。軽量な発泡スチロール製の分割構造なので可搬性があり、設置及び撤去が容易である。電波を透過しやすい低比誘電率の素材と、反射部２に上記ピッチＤの蛇腹構造を設けて受信方向１０６から離れた方向に電波を鏡面反射する機能的構造（図７）との相乗効果により、電波の有効な反射成分をできる限り減少させて、目標物のＲＣＳ計測を高精度に行うことができる。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】