(57)【要約】【課題】主ビームに対してサイドローブレベルを低減させる。【解決手段】誘電体アンテナ１は、所定周波数の電波を放射するアンテナ素子２と、アンテナ素子２の前方に設けられていて電波の指向性に寄与する誘電体３と、アンテナ素子２及び誘電体３を囲うレドーム４とを備えた。レドーム４の先端部７の誘電体３側に誘電体板部８を設けて二重構造部９を形成し、この二重構造部９内に誘電体３の先端より厚みの大きい追加誘電体１１を設けた。誘電体３はレドーム４内の厚さ方向中央に配設され、発泡材等の支持部材１５で支持する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周波数の電波を放射するアンテナ素子と、
前記アンテナ素子の前方に設けられていて前記電波の指向性に寄与する誘電体と、
前記アンテナ素子及び前記誘電体を囲うアンテナカバーと、
前記誘電体の先端に設けられた誘電体板部と前記アンテナカバーの先端部とで形成された二重構造部と、
前記二重構造部に設けられた追加誘電体と、
を備えたことを特徴とする誘電体アンテナ。
【請求項２】
前記追加誘電体の厚さは、前記誘電体の先端の２．４倍以上の厚さで、前記アンテナカバーの先端部の厚さの０．５５倍以下に設定されている請求項１に記載された誘電体アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば船舶等に搭載されて電磁波を送信し反射波を受信する誘電体アンテナであって、アンテナの電波放射方向前方に誘電体を配設した誘電体アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に船舶用レーダ装置は、船外のマスト部分に取り付ける空中線装置等のレーダアンテナ装置と船内の操舵室に取り付ける指示機装置とで構成される。レーダアンテナ装置は電波を送受信するアンテナを有し、このアンテナを回転させて動作する。レーダアンテナ装置は船外に設置されるため、アンテナを回転させる際に風の影響を受ける。レーダアンテナ装置は強風下においてもアンテナを一定速度で回転させる必要がある。
強風下においてアンテナを一定速度で回転させるには強力なモータが必要である。しかし、強力なモータは重量が増加する上に高価になる。強力なモータを用いず、強風下においてアンテナを一定速度で回転させるには、アンテナの断面寸法における高さを低くして薄型化する必要がある。
【０００３】
例えば特許文献１に記載された船舶用レーダ装置の空中線は、アンテナにホーンが用いられている。ホーンタイプの場合、高さ寸法を低くするとビーム幅が増加し、利得が低下する問題がある。船舶用レーダ装置では利得低下は避けるべきであり、ビーム幅を広げないで維持すると共に高さ寸法を低くする必要がある。
【０００４】
このような薄型のレーダアンテナを実現するものとして、例えば特許文献２，３に示すように誘電体を用いた誘電体アンテナが提案されている。誘電体アンテナを採用することで、従来のホーンを用いた空中線装置に対して半分以下の高さ寸法を備えたレーダアンテナ装置を実現可能である。しかも、特許文献３に記載された誘電体アンテナは、アンテナカバー内に所定周波数の電波を放射するアンテナ素子と電波の放射方向に対して垂直な方向に延在する誘電体層とが配設されている。これにより、アンテナ素子から放射される電波に所望の指向性を与えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２８６２０５号公報
【特許文献２】特許第３６３４３７２号公報
【特許文献３】特許第５２１９７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２、３に記載された誘電体アンテナでは、ビーム幅は維持されているが、サイドローブレベルが上昇してしまうという問題があった。サイドローブレベルが上昇すると偽像が生じる可能性が高くなり、船舶用レーダ装置では、避けるべきである。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、主ビームに対してサイドローブレベルを低減させた誘電体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】
本発明による誘電体アンテナは、所定周波数の電波を放射するアンテナ素子と、アンテナ素子の前方に設けられていて電波の指向性に寄与する誘電体と、アンテナ素子及び誘電体を囲うアンテナカバーと、誘電体の先端側に設けられた誘電体板部とアンテナカバーの先端部とで形成された二重構造部と、二重構造部内に設けられた追加誘電体と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、誘電体の先端側の二重構造部内に追加誘電体を設けたため、アンテナ素子から放射される電波に誘電体で指向性を与えると共に追加誘電体によって主ビームの指向性を維持しながらその両側の広角全体においてサイドローブレベルを低減させることができる。
【０００９】
追加誘電体の厚さは、誘電体の先端の約２倍以上の厚さで、アンテナカバーの先端部の厚さの約１／２以下に設定されていることが好ましい。
【００１０】
厳密には、追加誘電体の厚さは、誘電体の先端の２．４倍以上の厚さで、アンテナカバーの先端部の厚さの０．５５倍以下に設定されていることが好ましい。
追加誘電体の厚さが誘電体の先端の厚さの２．４倍以上でアンテナカバーの先端部の厚さの０．５５倍以下に設定することで、広角に亘ってサイドローブレベルを低減させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による誘電体アンテナによれば、誘電体の先端に誘電体の先端より厚みの大きい追加誘電体を備えたため、主ビームの両側の広角全体に亘ってサイドローブレベルを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態による誘電体アンテナの斜視図である。
【図２】図１に示す誘電体アンテナの端部の拡大図である。
【図３】誘電体アンテナのレドームを破断して示すアンテナ素子の斜視図である。
【図４】実施形態による誘電体アンテナの縦断面図である。
【図５】比較例１による誘電体アンテナの縦断面図である。
【図６】比較例２による誘電体アンテナの縦断面図である。
【図７】第一実施形態による誘電体アンテナと比較例１，２の指向性を示すグラフである。
【図８】誘電体アンテナの指向性を示すグラフである。
【図９】誘電体アンテナの指向性を示すグラフである。
【図１０】誘電体アンテナの指向性を示すグラフである。
【図１１】（ａ）は比較例３による誘電体アンテナを示す断面図、（ｂ）は比較例４による誘電体アンテナを示す断面図である。
【図１２】実施形態による誘電体アンテナと比較例３、４の指向性を示すグラフである。
【図１３】誘電体アンテナの変形例を示すものであり、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例の縦断面図である。
【図１４】誘電体アンテナの変形例を示すものであり、（ａ）は第三変形例、（ｂ）は第四変形例、（ｃ）は第五変形例、（ｄ）は第六変形例の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による誘電体アンテナについて説明する。
図１乃至図４は実施形態による誘電体アンテナ１を説明するものである。図１乃至図３において、本実施形態による誘電体アンテナ１は例えば船舶用レーダであり、船舶等の屋外で回転させながら使用する。この誘電体アンテナ１は、所定周波数の電波を放射するアンテナ素子２と、アンテナ素子２の前方に配設された例えば板状の誘電体３と、これらアンテナ素子２及び誘電体３を囲う例えば薄型のアンテナカバーレドーム(以下、単にレドームという)４とを備えている。
【００１４】
アンテナ素子２は所定周波数の電波を放射する輻射器として機能する放射素子である。アンテナ素子２は例えば導波管スロットアレイアンテナからなるものであり、例えば金属で構成されている。アンテナ素子２として導波管スロットアレイアンテナ以外にパッチアンテナやダイポールアンテナ等を用いてもよい。
【００１５】
図４に示す誘電体アンテナ１の断面視で、レドーム４はアンテナ素子２と誘電体３とを仕切る仕切部６と誘電体３の前方の端面である先端部７とを備えている。先端部７の誘電体３側には誘電体板部８が形成され、レドーム４の先端部７と誘電体板部８との間に空間を形成する二重構造部９を構成している。
レドーム４はアンテナ素子２を収納する第１の空間４ａと誘電体３を収納する第２の空間４ｂと二重構造部９を有する第3の空間４ｃとを備えている。
【００１６】
レドーム４の第２の空間４ｂ内に設置された誘電体３はアンテナ素子２の電波の指向性に寄与するもので、例えば先細となるテーパ状の断面形状を有しており、例えばポリプロピレンなどの樹脂材料を用いる。誘電体３はレドーム４内の厚さL方向中央に配設され、発泡材等の支持部材１５で支持されている。支持部材１５はアンテナ素子２から射出される電波の指向性形成に影響を与えない。
そして、二重構造部９において、誘電体板部８と先端部７との間に誘電体３の先端より厚みの大きい追加誘電体１１が形成されている。追加誘電体１１は誘電体板部８と先端部７に連結され、二重構造部9の高さ方向中央部に形成されている。追加誘電体１１は、例えば断面四角形状に形成されている。
しかも、レドーム４と二重構造部９と追加誘電体１１とは、例えばＡＥＳ樹脂等の同一素材でそれぞれ形成されている。
【００１７】
次に、本実施形態による誘電体アンテナ１の効果について、図５、図６に示す比較例１，２との比較により、アンテナ放射特性をシミュレーションで立証する。
本実施形態による誘電体アンテナ１として、図４に付記した寸法を備えたものを実施例１として用いる。即ち、実施例１の誘電体アンテナ１は、レドーム４の高さ(厚み)をＬ、追加誘電体１１の厚みをＴ、誘電体３の先端の厚みをａとする。アンテナ素子２から放射する電波の波長λとして、例えばＬ＝１．１λ、Ｔ＝０．６λ、ａ＝０．０５λとした。その他の部分の厚みや長さは、図４に示すように、誘電体３の基部の厚みを０．２λ、レドーム４の仕切部６から先端部７までの長さ(レドーム長さ)を４．７λ、二重構造部９の空間の幅を０．２λとした。
【００１８】
比較例１は、図５に示すように実施例１の誘電体アンテナ１に対して、その先端に二重構造部９と追加誘電体１１を設けない構成の誘電体アンテナ２２である。比較例１は上述の特許文献２をベースにしたものである。
比較例２は、図６に示すように実施例１の誘電体アンテナ１に対して、その先端に二重構造部９を設けても追加誘電体１１を設けない構成の誘電体アンテナ２３である。比較例２は上述の特許文献３をベースにしたものである。
【００１９】
実施例１、比較例１、比較例２のシミュレーション結果は図７に示すとおりである。
即ち、実施例１による誘電体アンテナ１は、アンテナ放射特性について、誘電体アンテナ１の主ビーム（０ｄｅｇ）付近の電波の指向性に対して広角（±４５ｄｅｇ〜±１８０ｄｅｇの範囲）においてサイドローブのレベルを低くすることができる。
これに対し、図５に示す比較例１では、主ビーム（０ｄｅｇ）付近ではビーム幅２０ｄｅｇに亘る指向性を実現できる。しかしながら、広角（±４５ｄｅｇ〜±１８０ｄｅｇの範囲）においてサイドローブのレベルが高かった。
また、図６に示す比較例２では、主ビームに対して、±９０ｄｅｇ〜±１８０ｄｅｇの範囲ではサイドローブを下げる効果はあるが、±４５ｄｅｇ〜±９０ｄｅｇの範囲ではサイドローブのレベルが高かった。
【００２０】
次に、本実施形態による誘電体アンテナ１において、追加誘電体１１によってサイドローブのレベルを主ビームに対して十分低減できる範囲をシミュレーションによって立証する。この効果を確実に実現することのできる追加誘電体１１の厚み寸法Ｔの範囲と電波の指向性との関係を図８から図１０に示すシミュレーション結果によって求めた。
【００２１】
即ち、図４に示す実施形態による誘電体アンテナ１の構成において、追加誘電体１１の厚さＴを０．０３λ、０．０６λ、０．０９λ、０．１２λ、０．１５λまで変化させた場合の指向性の変化を図８に示すシミュレーション結果によって得た。更に、比較のために、上述した比較例１より良い結果の比較例２、即ち、上述した二重構造部９を有するが、追加誘電体１１を設けない場合のサイドローブレベルを提示した。
同様に、追加誘電体１１の厚さＴを０．１５λ、０．３０λ、０．４５λ、０．６０λまで変化させた場合のシミュレーション結果を図９に示す。更に、追加誘電体１１の厚さＴを０．６０λ、０．６３λ、０．６６λ、０．６９λ、０．７２λまで変化させた場合のシミュレーション結果を図１０に示す。
【００２２】
図８〜図１０に示すシミュレーション結果から、次のことが言える。
即ち、図８に示すように、追加誘電体１１の厚さＴが誘電体３の先端の厚さａ（＝０．０５λ）よりも薄い場合や厚さａより大きいが近接した厚さの場合（例えばＴ＝０．０３λ、０．０６λ、０．０９λ）、比較例２と比較して僅かに広角サイドローブを低減させる効果があるにすぎない。
これに対し、図９に示すように、追加誘電体１１の厚さＴが誘電体３の先端部分の厚さａに対して約２倍以上かつレドーム高さＬ（＝１．１λ）の約半分程度の場合(例えばＴ＝０．１２λ〜０．６０λの範囲)には、比較例２に比べて大幅に広角でサイドローブの低減効果がある。
一方、図１０に示すように、追加誘電体１１の厚さＴがレドーム４の高さＬの約半分程度を超える場合（本例ではＴ＝０．６０λ超以上が相当する）には、広角サイドローブ低減効果が徐々に弱くなる傾向がある。
【００２３】
従って、実施形態による誘電体アンテナ１において、追加誘電体１１により広角サイドローブ低減効果を十分に発現させるための条件は、追加誘電体１１が誘電体３の前方にあることと、追加誘電体１１の厚みＴはレドーム４の高さＬ（＝１．１λ）の半分程度を上限としてそれ以下の範囲にすることにある、と認定できる。
そのため、追加誘電体１１を付加することで、広角（±４５ｄｅｇ〜±１８０ｄｅｇの範囲）サイドローブ低減効果を生じることのできる追加誘電体１１の厚みＴの範囲は、次式で示すように、誘電体３の先端の厚みａに対して約２倍程度からレドーム高さの半分程度までの範囲であるといえる。
約２ａ≦Ｔ≦約Ｌ／２（＝０．６０λ）
【００２４】
なお、図８〜図１０に示す結果から、広角サイドローブ低減効果が十分得られるのは０．１２λ≦Ｔ≦０．６０λの範囲である。この関係を図４に示す誘電体アンテナ１における数値aとLとの関係で正確に表示すると、次の式で示すことができる。
２．４ａ≦Ｔ≦０．５５Ｌ
即ち、追加誘電体１１の厚さＴは、誘電体３の先端の厚さａの２．４倍以上の厚さで、レドーム４の先端部７の厚さＬの０．５５倍以下の範囲に設定されている。これを上述した式では、約２ａ≦T≦約Ｌ／２と扱っていた。
【００２５】
次に図１１（ａ）、（ｂ）は実施形態による誘電体アンテナ１に対して二重構造部９を設けずに、追加誘電体１１を先端部７の外側に設けた誘電体アンテナ２４を比較例３、内側に設けた誘電体アンテナ２５を比較例４とした。実施形態による誘電体アンテナ１と比較例３、比較例４との関係についてのシミュレーション結果を説明する。
図１１（ａ）に示す比較例３による誘電体アンテナ２４では、誘電体板部８は形成されておらず、レドーム４の先端部７の外側に例えば四角形断面形状の追加誘電体１１が突出して形成されている。
図１１（ｂ）に示す比較例４による誘電体アンテナ２５では、誘電体板部８は形成されておらず、レドーム４の先端部7の内側で高さ方向中央に四角形断面形状の追加誘電体１１が形成されている。
【００２６】
図１２に実施形態、比較例３、比較例４のシミュレーション結果のグラフを示す。比較例３、比較例４は主ビームの角度領域（−４５ｄｅｇ〜+４５ｄｅｇ）では実施形態と同様なサイドローブ低減効果を発揮できる。しかし、その外側の広角（±４５ｄｅｇ〜±１８０ｄｅｇの範囲）の範囲では、比較例３、比較例４は実施形態に対してサイドローブ低減効果は小さく限定的であった。
即ち、追加誘電体１１によるサイドローブレベル低減効果は概ね±４５ｄｅｇ〜±１３５ｄｅｇの範囲で機能するものといえ、±４５ｄｅｇ〜±１８０ｄｅｇの広範囲ではレドーム４の先端部分を二重構造部９にし且つその内部に追加誘電体１１を配設したことでサイドローブレベル低減効果を得られると認定できる。
【００２７】
上述したように本実施形態による誘電体アンテナ１によれば、誘電体３の先端側に二重構造部９を設けると共にその空間４ｃ内に追加誘電体１１を設けたため、主ビームの角度領域（−４５ｄｅｇ〜+４５ｄｅｇ）に対してその外側の広角（±４５ｄｅｇ〜±１８０ｄｅｇの範囲）の範囲にわたってサイドローブを低減できるという効果を奏する。
【００２８】
なお、本発明による誘電体アンテナ１は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な置換や変形等を適用することができる。以下に本発明の変形例や他の実施形態について説明するが、上述した実施形態と同一または同様な部分や部材には同一の符号を用いて説明する。
【００２９】
図１３（ａ）、（ｂ）は実施形態による誘電体アンテナ１の変形例として、誘電体アンテナ１Ａ，１Ｂを示すものである。
図１３（ａ）に示す第一変形例において、追加誘電体１１Ａは長方形に代えて誘電体板部８からレドーム４の先端部７に向けて厚みが減少する断面台形状に形成されている。本第一変形例における追加誘電体１１Ａの厚みは断面台形の底辺がＴの大きさに設定されていればよく、上述の第一実施形態と同一の作用効果を奏することができる。
図１３（ｂ）に示す第二変形例において、追加誘電体１１Ｂは長方形に代えて誘電体板部８からレドーム４の先端部７に向けて厚みが増大する断面逆台形状に形成されている。本第二変形例における追加誘電体１１Ｂの厚みは断面台形の底辺がＴの大きさに設定されていれば、上述の第一実施形態と同一の作用効果を奏することができる。
【００３０】
次に図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は実施形態の第三〜第六変形例による誘電体アンテナ１Ｃ〜１Ｆを示すものである。
図１４（ａ）に示す第三変形例による誘電体アンテナ１Ｃでは、二重構造部９の誘電体板部８からレドーム４の先端部７に向けて厚みＴの追加誘電体１１Ｃが途中まで延びた断面四角形状に形成されており、先端部７との間に隙間が形成されている。
図１４（ｂ）に示す第四変形例による誘電体アンテナ１Ｄでは、二重構造部９のレドーム４の先端部７から誘電体板部８に向けて厚みＴの追加誘電体１１Ｄが途中まで延びており、誘電体板部８との間に隙間が形成されている。これらの場合でも上述した実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００３１】
図１４（ｃ）に示す第五変形例による誘電体アンテナ１Ｅでは、追加誘電体１１Ｅは誘電体板部８からレドーム４の先端部７に向けて厚みが減少しながら途中まで延びた断面台形状に形成されている。追加誘電体１１Ｅと先端部７との間に隙間が形成されている。本第五変形例における追加誘電体１１Ｅの厚みは断面台形の底辺が厚さＴの大きさに設定されていればよい。
図１４（ｄ）に示す第六変形例による誘電体アンテナ１Ｆでは、追加誘電体１１Ｆは誘電体板部８からレドーム４の先端部７に向けて厚みが増大しながら途中まで延びた断面逆台形状に形成されている。追加誘電体１１Ｆと先端部７との間に隙間が形成されている。本第六変形例における追加誘電体１１Ｆの厚みは断面台形の底辺が厚さＴの大きさに設定されていればよい。これらの場合も、上述の第一実施形態と同一の作用効果を奏することができる。
【００３２】
なお、これらのほかに、追加誘電体１１の断面形状として、円形や三角形等、適宜の断面形状のものを採用できる。
また、上述した第一実施形態による誘電体アンテナ１ではレドーム４内に設置した誘電体３について先細のテーパ状に形成したが、誘電体３はテーパ状に代えて同一厚みで平板状をなす板状でもよい。
【００３３】
また、上述した第一実施形態や各変形例による誘電体アンテナ１等において、誘電体３はアンテナ素子２側からレドーム４の先端部7に向けて次第にその厚みが減少するテーパ状や、同一厚みの板状に形成したが、本発明はこのような構成に限定されない。例えば、誘電体３は電波の指向性に寄与することのできる他の適宜の断面形状を採用できる。
また、レドーム４内に収納された誘電体３は１本だけ設置したが、この構成に代えて、高さ方向に間隔を開けて複数本設置してもよいことは言うまでもない。
なお、本発明において、各実施形態のレドーム４はアンテナカバーに含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ  誘電体アンテナ
２  アンテナ素子
３  誘電体
４  レドーム
４ａ  第１の空間
４ｂ  第２の空間
４ｃ  第３の空間
６  仕切部
７  先端部
８  誘電体板部
９  二重構造部
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ  追加誘電体
１５  支持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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