(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の固定フレームと、
前記第１の固定フレームに対して離間対向配置され、支柱によって所定の設定間隔で固定されている第２の固定フレームと、
複数のアンテナ素子が固定されたアンテナ素子固定部材と、前記各アンテナ素子にそれぞれ対応する送受信部を有する回路基板と、を有するアンテナモジュールが複数組み付けられてアンテナ本体が形成されたアレイアンテナと、を具備し、
前記第１の固定フレームに前記アンテナ素子固定部材、前記第２の固定フレームに前記送受信部がそれぞれ固定され、
前記アンテナ素子と前記送受信部との間がフレキシブル基板、または、フレキシブルフラットケーブルのいずれか一方、またはフレキシブルジョイントであるフレキシブルな伝送路によって電気的に短い距離で接続される気象レーダー装置。
【請求項２】
複数のアンテナ素子を並べたアレイアンテナと、
前記各アンテナ素子にそれぞれ対応する送受信部と、
前記アンテナ素子を固定する第１の固定フレームと、
前記送受信部を固定する第２の固定フレームと、
前記アンテナ素子と前記送受信部との間を接続するフレキシブルな伝送路と、を具備し、
前記アレイアンテナは、複数のアンテナモジュールが組み付けられてアンテナ本体が形成され、
前記アンテナモジュールは、アンテナ素子固定部材と、回路基板とを有し、
前記アンテナ素子固定部材には、前記アンテナ素子が固定され、
前記回路基板は、前記送受信部を有し、
前記フレキシブルな伝送路は、前記アンテナ素子固定部材と、前記回路基板との間に配設されている気象レーダー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、気象レーダー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ゲリラ豪雨や竜巻といった大きな災害を引き起こす極端気象が頻発しており、その対策（予兆検知）が求められている。この予兆検知を実現するためには、極端気象の原因となる積乱雲の下層から上層までの発達過程や内部構造を密に三次元観測することが必須となる。しかもこれらの極端気象は非常に短時間に生成・発達・消滅する局所的な気象現象であることから、極端気象の予兆検知のためには、上記の密な三次元観測に加えて高い時間分解能と高い空間分解能による観測を行わなければならない。
【０００３】
しかし、極端気象の現況観測を目的とした従来の気象レーダー装置では密な三次元観測を行う場合には時間分解能が不十分となり、予兆検知を実現するために必要十分な観測ができていなかった。これに対し、高い時間分解能及び高い空間分解能で密な三次元観測を実現できるフェーズドアレイ／ＤＢＦ（Digital Beam Forming）を用いた電子走査方式の気象レーダー装置が近年開発され、極端気象の予兆検知実現への期待が高まっている。
【０００４】
このフェーズドアレイ気象レーダー装置のレーダーアンテナは、アンテナ素子と呼ばれる多数のアンテナを並べている。さらに、従来の気象レーダー装置ではレーダーアンテナ全体で１系統であった送受信部（ＲＦ部）をこれらアンテナ素子数分だけ具備することで電子走査を実現している。なお、気象レーダー装置による極端気象の予兆検知を目的とした観測を行う場合の電子走査の利点としては、次の２点が挙げられる。その１は、同時に多数のビームを形成できることによる高速観測の実現である。その２は、ビームを高速に自由に走査できることから気象観測を時間的に連続して行うのではなく機械駆動では実現できないような短い時間間隔を空けてまばらに観測することで高精度観測を実現できることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２０３５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような電子走査式のレーダーアンテナは従来から実用化されているが、これらは多数のアンテナ素子及びＲＦ部を具備していることによるコスト高の問題がある。さらに、レーダーアンテナはターゲットを観測するために機械的に高速で回転し、さまざまな方向に姿勢を大きく変化することが多い。そのため、高剛性でないと正確なアンテナビームパターンを形成できず、結果としてターゲットの観測精度が劣化するなど問題が生じる。したがって、正確なアンテナビームパターンを形成するためのアンテナの高剛性かつ高精度な設置が必須である等の制約が厳しいため高コストとなる。
【０００７】
このようなフェーズドアレイのレーダーアンテナを気象レーダー装置として普及を図るためには、前者の問題に対しては個々のアンテナ素子及びＲＦ部の低コスト化を進める必要がある。後者の問題に対しては従来と異なる手法により高剛性かつ高精度なアンテナ素子の設置を低コストで実現することが必要となる。
【０００８】
この後者の問題に対して従来の手法では、例えばアンテナ素子とＲＦ部を高剛性に一体化し、これを高剛性なアンテナフレーム上に並べることで実現していた。このように一体化する理由は、アンテナ素子とＲＦ部を離すことでその間で伝送される信号が減衰し、レーダー性能が低下することを防ぐためである。この方法はアンテナ素子とＲＦ部が一体化されているため高剛性である。
【０００９】
しかしながら、本来高精度に設置すべきであるアンテナ素子だけでなく、高精度な設置が不要なＲＦ部までを同様に高精度に設置することになる。このＲＦ部は、回路間のアイソレーションのための金属シールドや、冷却のための金属性放熱板などの設置によりアンテナ素子と比べて大きく重い場合が多い。そのため、高剛性かつ高精度に加工されたアンテナフレームを用いなければこのアンテナ素子とＲＦ部を一体化した構造体を高精度に設置することができず、高コストとなっていた。
【００１０】
さらに、ＲＦ部は発熱量が一般的に大きく、アンテナ素子とＲＦ部を高剛性に一体化していると、この熱の影響でアンテナ素子やアンテナフレームが熱膨張等することによりアンテナの設置精度を損なう可能性もある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態によれば、気象レーダー装置は、第１の固定フレームと、第２の固定フレームと、アレイアンテナと、を具備する。前記第２の固定フレームは、前記第１の固定フレームに対して離間対向配置され、支柱によって所定の設定間隔で固定されている。前記アレイアンテナは、複数のアンテナ素子が固定されたアンテナ素子固定部材と、前記各アンテナ素子にそれぞれ対応する送受信部を有する回路基板と、を有するアンテナモジュールが複数組み付けられてアンテナ本体が形成されている。前記第１の固定フレームに前記アンテナ素子固定部材、前記第２の固定フレームに前記送受信部がそれぞれ固定されている。前記アンテナ素子と前記送受信部との間がフレキシブルな伝送路によって接続される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１の実施の形態の気象レーダー装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態の気象レーダー装置の１つのアンテナモジュールを示す斜視図である。
【図３】図３は、図２のアンテナモジュールの側面図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態の気象レーダー装置のアンテナモジュールと第１の固定フレームおよび第２の固定フレームとの連結部分を示す要部の縦断面図である。
【図５】図５は、第１の実施の形態の気象レーダー装置の変形例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１の実施の形態］  
（構成）  
図１乃至図４は、第１の実施の形態を示す。図１は、第１の実施の形態の気象レーダー装置１の概略構成を示す斜視図である。本実施の形態の気象レーダー装置１は、図示しないレドームの内部に図１に示すように複数のアンテナ素子２を並べたアレイアンテナ３が配設されている。アレイアンテナ３は、図２に示すアンテナモジュール４が複数組み付けられてアンテナ本体３ａを形成している。
【００１４】
図２に示すようにアンテナモジュール４は、アンテナ素子固定板５と、回路基板６とを有する。アンテナ素子固定板５には、複数、本実施の形態では４個のアンテナ素子２が並設されている。回路基板６は、各アンテナ素子２にそれぞれ対応する送受信部（ＲＦ部）７と、コネクタ部８とを有する。さらに、アンテナ素子２と送受信部７との間は、図３に示すようにフレキシブル基板（フレキシブルな伝送路）９で電気的に短い距離で接続されている。フレキシブル基板９は、柔軟性が高いシートまたはテープなどの板材で形成されている。
【００１５】
また、アレイアンテナ３のアンテナ本体３ａは、アンテナ素子２を固定する矩形状の第１の固定フレーム１０と、送受信部７を固定する矩形状の第２の固定フレーム１１と、を有する。図４に示すように第２の固定フレーム１１には、各アンテナモジュール４のコネクタ部８と着脱可能に連結される複数（アンテナモジュール４のコネクタ部８と同数）のコネクタ受部１２が設けられている。
【００１６】
第１の固定フレーム１０には、複数のアンテナモジュール４の各アンテナ素子固定板５の上の４個のアンテナ素子２がそれぞれ高精度に位置決めされた状態で固定されている。ここで、アンテナ素子固定板５と回路基板６とはほぼ直交する状態で配置されている。そして、アンテナ素子固定板５と回路基板６との間のフレキシブル基板９がほぼ９０°に折れ曲がる状態に変形されている。
【００１７】
また、第１の固定フレーム１０および第２の固定フレーム１１の各角部には、それぞれ支柱１３が配設されている。第１の固定フレーム１０と第２の固定フレーム１１との間は、これらの支柱１３によって所定の設定間隔で固定されている。
【００１８】
（作用・効果）  
本実施の形態の気象レーダー装置１では、アレイアンテナ３を構成する複数のアンテナモジュール４の各アンテナ素子２と、各アンテナ素子２にそれぞれ対応する送受信部７との間をフレキシブル基板９により電気的に短い距離で接続している。アンテナ素子２と送受信部７とをフレキシブル基板９で接続することで、アンテナ素子２と送受信部７のそれぞれの固定先を分離することができる。そして、各アンテナ素子２を第１の固定フレーム１０に固定し、送受信部７をコネクタ部８とコネクタ受部１２との接続部を介して第２の固定フレーム１１に固定している。
【００１９】
これにより、アンテナ素子２を固定する第１の固定フレーム１０はアンテナ素子２のみを高精度に保持すればよい。このアンテナ素子２とアンテナ素子固定板５とは、送受信部７に比べて重量が軽いので、第１の固定フレーム１０は、さほどの剛性は不要となり、簡易な構造で実現できる。また、アンテナ素子２は、送受信部７からの熱の影響も受けにくくなる。
【００２０】
さらに、フレキシブル基板９によるフレキシブルな接続により、送受信部７の設置方向の自由度が大きくなり、送受信部７の仕様変更に柔軟に対応することが出来る。例えば、レーダーの観測距離を変更するためには送信パワーを変更することが必要であり、これは多くの場合、送受信部７の寸法に影響する。このような場合は、寸法が変化する方向をアンテナ素子２のアンテナ面と直交させて送受信部７をレーダーアンテナの厚み方向に配置することで、レーダーアンテナの重要なパラメーターであるアンテナ間隔や開口面積を変更することなく送信パワー等の変更を実現することが出来る。
【００２１】
なお、上記実施の形態では、フレキシブルな伝送路としてフレキシブル基板９を設けた例を示したが、これに替えてフレキシブルフラットケーブルを使用してもよい。
【００２２】
そこで、上記構成の本実施の形態の気象レーダー装置１では、アンテナの設置精度を損なうことがなく、コスト低下を図ることができる気象レーダー装置を提供することができる。
【００２３】
［変形例］  
（構成）  
図５は、第１の実施の形態のアンテナモジュール４の変形例を示す。本変形例は、アンテナ素子２と送受信部７との間をフレキシブルジョイント２１で接続したものである。このフレキシブルジョイント２１は、例えば金属線ブレードなどの網管を有し、各方向に湾曲変形可能な構造になっている。
【００２４】
本変形例でもアンテナモジュール４のアンテナ素子２と送受信部７のそれぞれの固定先を分離することができるので、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００２５】
これらの実施形態によれば、アンテナの設置精度を損なうことがなく、コスト低下を図ることができる気象レーダー装置を提供することができる。
【００２６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２７】
１…気象レーダー装置、２…アンテナ素子、３…アレイアンテナ、３ａ…アンテナ本体、４…アンテナモジュール、５…アンテナ素子固定板、６…回路基板、７…送受信部、８…コネクタ部、９…フレキシブル基板（フレキシブルな伝送路）、１０…第１の固定フレーム、１１…第２の固定フレーム、１２…コネクタ受部、２１…フレキシブルジョイント（フレキシブルな伝送路）。
【図１】
0006462434.tif 000002
【図２】
0006462434.tif 000003
【図３】
0006462434.tif 000004
【図４】
0006462434.tif 000005
【図５】
0006462434.tif 000006