(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体を用いて比誘電率が半径方向に所定の割合で変化するように形成された２個の球形の送受信用電波レンズと、
前記２個の送受信用電波レンズの各々の焦点部に配置された２個の送受信用一次放射器と、
前記２個の送受信用一次放射器を保持するとともに、前記２個の送受信用電波レンズの各々の中心点を結ぶ軸を回動軸として、仰角方向に回動可能に設けられた保持部材と、
前記保持部材を回動自在に支持する支持部材と、
前記支持部材が取り付けられ、前記中心点を結ぶ軸に垂直な軸を回動軸として、方位角方向に回動可能に設けられた回動部材と、を備え、
前記２個の送受信用一次放射器が、前記保持部材の回動動作に連動して、前記中心点を結ぶ軸を回動軸として、前記仰角方向に回動するとともに、前記回動部材の回動動作に連動して、前記中心点を結ぶ軸に垂直な軸を回動軸として、前記方位角方向に回動し、
前記送受信用電波レンズを支持する他の支持部材を更に備え、前記他の支持部材に、前記送受信用一次放射器を収納するための収納部が形成されている
ことを特徴とする電波レンズアンテナ装置。
【請求項２】
前記保持部材が、前記仰角方向において、水平方向を０°とし、鉛直方向下向きを−９０°としたときに、−９０°以上９０°以下の回動が可能となるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電波レンズアンテナ装置。
【請求項３】
前記送受信用一次放射器が、前記仰角方向において、複数個設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電波レンズアンテナ装置。
【請求項４】
前記保持部材として導波管を用いるとともに、前記導波管が、前記送受信用一次放射器に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電波レンズアンテナ装置。
【請求項５】
前記保持部材が複数個設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の電波レンズアンテナ装置。
【請求項６】
誘電体を用いて比誘電率が半径方向に所定の割合で変化するように形成された２個の球形の送受信用電波レンズと、
前記２個の送受信用電波レンズの各々の焦点部に配置された２個の送受信用一次放射器と、
前記２個の送受信用一次放射器が、前記焦点部に配置された状態を維持しながら、仰角方向において移動自在となるように、前記送受信用一次放射器を支持する支持部材と、
前記２個の送受信用電波レンズの各々の中心点を結ぶ軸に垂直な軸を回動軸として、方位角方向に回動可能に設けられた回動部材と、を備え、
前記２個の送受信用一次放射器が、前記支持部材に沿って、前記仰角方向に移動するとともに、前記回動部材の回動動作に連動して、前記中心点を結ぶ軸に垂直な軸を回動軸として、前記方位角方向に回動し、
前記送受信用電波レンズを支持する他の支持部材を更に備え、前記他の支持部材に、前記送受信用一次放射器を収納するための収納部が形成されている
ことを特徴とする電波レンズアンテナ装置。
【請求項７】
誘電体を用いて比誘電率が半径方向に所定の割合で変化するように形成された２個の球形の送受信用電波レンズと、
前記２個の送受信用電波レンズの各々の焦点部に配置された２個の送受信用一次放射器と、
前記２個の送受信用一次放射器を保持するとともに、前記２個の送受信用電波レンズの各々の中心点を結ぶ軸を回動軸として、仰角方向に回動可能に設けられた保持部材と、
前記保持部材を回動自在に支持する支持部材と、
前記支持部材が取り付けられ、前記中心点を結ぶ軸に垂直な軸を回動軸として、方位角方向に回動可能に設けられた回動部材と、を備え、
前記２個の送受信用一次放射器が、前記保持部材の回動動作に連動して、前記中心点を結ぶ軸を回動軸として、前記仰角方向に回動するとともに、前記回動部材の回動動作に連動して、前記中心点を結ぶ軸に垂直な軸を回動軸として、前記方位角方向に回動し、
前記保持部材として導波管を用いるとともに、前記導波管が、前記送受信用一次放射器に接続されている
ことを特徴とする電波レンズアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波を送受信する電波レンズを用いた電波レンズアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気象観測や航空管制等の目的で、種々のレーダー装置が使用されている。これらのレーダー装置は、アンテナからマイクロ波等の高周波電波を対象物に向けて照射し、当該対象物からの反射波を受信することにより、対象物の大きさや形状、距離、移動速度等の検知を行うものである。例えば、気象状態を観測するための気象レーダー装置の場合は、雨等の水滴に対して電波を照射し、受信した反射波の解析を行うことにより、降水域の大きさや降水量等を検知する。
【０００３】
ここで、このようなレーダー装置においては、一般に、信号の送受信を１つのアンテナで行い、アンテナと送受信器との接続を切り替えて行うモノスタティック方式と、送信器に接続された送信用のアンテナと、受信器に接続された受信用のアンテナを用いるバイスタティック方式が採用されている。
【０００４】
より具体的には、モノスタティック方式においては、例えば、パルス状の高周波信号を生成して出力する送信器と、送信器により生成された高周波信号を高周波電波として空間へ放射するとともに、物体から反射された高周波電波を受けるアンテナと、当該アンテナを介して、物体から反射された高周波電波を受信する受信器と、送信器からアンテナへの高周波信号の伝送とアンテナから受信器への高周波信号の伝送とを切り替える切替手段としてのサーキュレーターとを備えるレーダー装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ここで、一般に、レーダー装置においては、観測レンジ（観測可能な距離）を大きくするために、送信電力を大きく（数十Ｗ〜数ｋＷ）するとともに、受信器が、極めて小さな信号を受信できる（ダイナミックレンジで、１５０ｄＢ以上）必要がある。しかし、上述のモノスタティック方式においては、送信器から、送信電力の１００分の１（−２０ｄＢ）程度の電力が、受信器に漏洩するため、上述の観測レンジが大幅に劣化するとともに、当該送信器からの漏れ電力により、受信器が損傷するという問題があった。
【０００６】
そこで、これらの問題点を解消するために、上述の特許文献１に記載のレーダー装置のごとく、送信器により、パルス状の高周波信号を生成して出力するモノスタティックパルス方式が採用されている。このモノスタティックパルス方式においては、例えば、サーキュレーターと受信器との間に受信器を保護するための保護用スイッチを設け、送信の際には、当該保護用スイッチをオンにして、送信器からの漏れ電力を遮断して受信器を保護し、受信の際には、送信器自身の電源をオフにして、漏れ電力の発生を抑制して受信器のダイナミックレンジを確保する構成となっている。
【０００７】
しかし、当該モノスタティックパルス方式においては、上述のごとく、送信する高周波信号をパルス状にするため、送信する高周波信号をパルス状にしない場合と送信ピーク電力が同じ場合であっても、平均送信電力が小さくなる。一般に、レーダーの最大観測レンジは、平均送信電力と、使用するアンテナの利得で決定されるが、送信する高周波信号をパルス状にすることにより、例えば、平均送信電力が１／２になると、同様の最大観測レンジを得るためには、アンテナの面積を２倍にする必要があるため、レーダー装置が大型化してしまい、コストアップになるという問題があった。また、パルス状の高周波信号のＤｕｔｙ比（＝送信時間／パルス繰り返し周期）が、一般的には数％程度になるため、レーダー装置の観測レンジが著しく低下するという問題があった。
【０００８】
そこで、これらの問題点を解消するために、上述のバイスタティック方式が採用されている。このようなバイスタティック方式を採用することにより、送信用のアンテナと受信用のアンテナが別個に設けられているため、送信器からの漏れ電力を効果的に抑制することができるとともに、送信器が常に高周波信号を生成して出力できるため、モノスタティックパルス方式を採用する場合に比し、上述の観測レンジが飛躍的に向上する。
【特許文献１】特開平１１−１４７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、一般に、レーダー装置等に使用されるアンテナのサイズは、その径が、数十ｃｍ〜数ｍにも及び、上記従来のバイスタティック方式においては、当該アンテナを２個使用する構成としている。従って、例えば、上述の気象レーダー装置として、このバイスタティック方式のレーダー装置を使用し、地表面より上の全空間をビームスキャン（以下、「ボリュームスキャン」という。）することにより、降水域の大きさや降水量等を検知する場合、アンテナの駆動機構が、極めて大掛かりなものとなってしまうため、アンテナ装置の構造が複雑化するという問題があった。また、例えば、６０ＲＰＭ（即ち、１秒間に１回転）の回転速度で横方向（方位角方向）に回転させながら、縦方向（仰角方向）にも回転させるような高速回転の場合、上記従来のバイスタティック方式のレーダー装置においては、アンテナのトルクが大きくなるため、アンテナの駆動機構への負荷が大きくなるとともに、アンテナ装置が損傷を受けやすくなる。その結果、アンテナ装置の長寿命化を図ることができないという問題があった。また、このような大きなトルクに耐え得る強固かつ重量の大きいアンテナ用の支持部材や駆動機構を設ける必要があるため、アンテナ装置全体が大型化して重量が大きくなるとともに、コストアップになるという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、バイスタティック方式が採用される電波レンズアンテナ装置において、安価かつ簡単な構成で、ボリュームスキャンを行うことができるとともに、小型軽量化、および長寿命化を図ることができる電波レンズアンテナ装置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】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、誘電体を用いて比誘電率が半径方向に所定の割合で変化するように形成された２個の球形の送受信用電波レンズと、２個の送受信用電波レンズの各々の焦点部に配置された２個の送受信用一次放射器と、２個の送受信用一次放射器を保持するとともに、２個の送受信用電波レンズの各々の中心点を結ぶ軸を回動軸として、仰角方向に回動可能に設けられた保持部材と、保持部材を回動自在に支持する支持部材と、支持部材が取り付けられ、中心点を結ぶ軸に垂直な軸を回動軸として、方位角方向に回動可能に設けられた回動部材と、を備え、２個の送受信用一次放射器が、保持部材の回動動作に連動して、中心点を結ぶ軸を回動軸として、仰角方向に回動するとともに、回動部材の回動動作に連動して、中心点を結ぶ軸に垂直な軸を回動軸として、方位角方向に回動し、送受信用電波レンズを支持する他の支持部材を更に備え、他の支持部材に、送受信用一次放射器を収納するための収納部が形成されていることを特徴とする電波レンズアンテナ装置である。
【００１２】
同構成によれば、送受信用一次放射器を保持する保持部材を仰角方向に回動させるとともに、回動部材を方位角方向に回動させることにより、ボリュームスキャンを行うことが可能になる。従って、ボリュームスキャンを行うための大掛かりな駆動機構が不要になるため、アンテナ装置の構造が簡素化され、簡単な構成で、ボリュームスキャンを行うことが可能になる。また、上述した従来技術のごとく、径の大きなアンテナを回転させる場合のトルクに比し、保持部材と回動部材を回動させる際のトルクが小さくなるため、大きなトルクに耐え得る強固かつ重量の大きいアンテナ用の支持部材や駆動機構を設ける必要がなくなり、結果として、アンテナ装置のコストアップを抑制することができるとともに、小型軽量化を図ることができる。また、ボリュームスキャンを行う際の、アンテナ装置への負荷が軽減されるため、アンテナ装置の長寿命化を図ることが可能になる。なお、送受信用一次放射器から送受信用電波レンズを経由して空間へ向けて放射される高周波電波の放射方向は、送受信用電波レンズと送受信用一次放射器の各中心を結ぶ延長線上になる。また、送受信用電波レンズを経由して、送受信用一次放射器に入射される、上空で反射されて戻ってくる微弱な高周波電波の入射方向は、送受信用電波レンズと送受信用一次放射器の各中心を結ぶ延長線上になる。また、例えば、送受信用一次放射器から送受信用電波レンズを経由して高周波電波を天頂方向に放射する場合、または、上空で反射された高周波電波を、天頂方向において、送受信用電波レンズを経由して送受信用一次放射器で受ける場合に、送受信用一次放射器と他の支持部材との干渉を回避することが可能になる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電波レンズアンテナ装置であって、保持部材が、仰角方向において、水平方向を０°とし、鉛直方向下向きを−９０°としたときに、−９０°以上９０°以下の回動が可能となるように設けられていることを特徴とする。同構成によれば、簡単な構成で、複雑なボリュームスキャンを容易に行うことが可能になる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電波レンズアンテナ装置であって、送受信用一次放射器が、前記仰角方向において、複数個設けられていることを特徴とする。
【００１７】
同構成によれば、仰角方向において、複数の信号を同時に送受信することが可能になるため、収集されるデータの同時性の向上を図ることができるとともに、仰角方向におけるスキャンの時間を短縮することが可能になる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電波レンズアンテナ装置であって、保持部材として導波管を用いるとともに、導波管が、送受信用一次放射器に接続されていることを特徴とする。同構成によれば、保持部材を、低損失な伝送路として使用することができるとともに、省スペース化を図ることができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の電波レンズアンテナ装置であって、保持部材が複数個設けられていることを特徴とする。同構成によれば、１個の保持部材のみを設ける場合に比し、スキャン時間を短縮することができるため、高速なビームスキャンを行うことが可能になる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、誘電体を用いて比誘電率が半径方向に所定の割合で変化するように形成された２個の球形の送受信用電波レンズと、２個の送受信用電波レンズの各々の焦点部に配置された２個の送受信用一次放射器と、２個の送受信用一次放射器が、焦点部に配置された状態を維持しながら、仰角方向において移動自在となるように、送受信用一次放射器を支持する支持部材と、２個の送受信用電波レンズの各々の中心点を結ぶ軸に垂直な軸を回動軸として、方位角方向に回動可能に設けられた回動部材と、を備え、２個の送受信用一次放射器が、支持部材に沿って、仰角方向に移動するとともに、回動部材の回動動作に連動して、中心点を結ぶ軸に垂直な軸を回動軸として、方位角方向に回動し、送受信用電波レンズを支持する他の支持部材を更に備え、他の支持部材に、送受信用一次放射器を収納するための収納部が形成されていることを特徴とする電波レンズアンテナ装置である。
【００２１】
同構成によれば、送受信用一次放射器を、支持部材に沿って、仰角方向に移動させるとともに、回動部材を方位角方向に回動させることにより、ボリュームスキャンを行うことが可能になる。従って、ボリュームスキャンを行うための大掛かりな駆動機構が不要になるため、アンテナ装置の構造が簡素化され、簡単な構成で、ボリュームスキャンを行うことが可能になる。また、上述した従来技術のごとく、径の大きなアンテナを回転させる場合のトルクに比し、回動部材を回動させる際のトルクが小さくなるため、大きなトルクに耐え得る強固かつ重量の大きいアンテナ用の支持部材や駆動機構を設ける必要がなくなり、結果として、アンテナ装置のコストアップを抑制することができるとともに、小型軽量化を図ることができる。また、ボリュームスキャンを行う際の、アンテナ装置への負荷が軽減されるため、アンテナ装置の長寿命化を図ることが可能になる。また、例えば、送受信用一次放射器から送受信用電波レンズを経由して高周波電波を天頂方向に放射する場合、または、上空で反射された高周波電波を、天頂方向において、送受信用電波レンズを経由して送受信用一次放射器で受ける場合に、送受信用一次放射器と他の支持部材との干渉を回避することが可能になる。
また、請求項７に記載の発明は、誘電体を用いて比誘電率が半径方向に所定の割合で変化するように形成された２個の球形の送受信用電波レンズと、２個の送受信用電波レンズの各々の焦点部に配置された２個の送受信用一次放射器と、２個の送受信用一次放射器を保持するとともに、２個の送受信用電波レンズの各々の中心点を結ぶ軸を回動軸として、仰角方向に回動可能に設けられた保持部材と、保持部材を回動自在に支持する支持部材と、支持部材が取り付けられ、中心点を結ぶ軸に垂直な軸を回動軸として、方位角方向に回動可能に設けられた回動部材と、を備え、２個の送受信用一次放射器が、保持部材の回動動作に連動して、中心点を結ぶ軸を回動軸として、仰角方向に回動するとともに、回動部材の回動動作に連動して、中心点を結ぶ軸に垂直な軸を回動軸として、方位角方向に回動し、保持部材として導波管を用いるとともに、導波管が、送受信用一次放射器に接続されていることを特徴とする電波レンズアンテナ装置である。
同構成によれば、送受信用一次放射器を保持する保持部材を仰角方向に回動させるとともに、回動部材を方位角方向に回動させることにより、ボリュームスキャンを行うことが可能になる。従って、ボリュームスキャンを行うための大掛かりな駆動機構が不要になるため、アンテナ装置の構造が簡素化され、簡単な構成で、ボリュームスキャンを行うことが可能になる。また、上述した従来技術のごとく、径の大きなアンテナを回転させる場合のトルクに比し、保持部材と回動部材を回動させる際のトルクが小さくなるため、大きなトルクに耐え得る強固かつ重量の大きいアンテナ用の支持部材や駆動機構を設ける必要がなくなり、結果として、アンテナ装置のコストアップを抑制することができるとともに、小型軽量化を図ることができる。また、ボリュームスキャンを行う際の、アンテナ装置への負荷が軽減されるため、アンテナ装置の長寿命化を図ることが可能になる。なお、送受信用一次放射器から送受信用電波レンズを経由して空間へ向けて放射される高周波電波の放射方向は、送受信用電波レンズと送受信用一次放射器の各中心を結ぶ延長線上になる。また、送受信用電波レンズを経由して、送受信用一次放射器に入射される、上空で反射されて戻ってくる微弱な高周波電波の入射方向は、送受信用電波レンズと送受信用一次放射器の各中心を結ぶ延長線上になる。また、保持部材を、低損失な伝送路として使用することができるとともに、省スペース化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、バイスタティック方式が採用される電波レンズアンテナ装置において、安価かつ簡単な構成で、ボリュームスキャンを行うことが可能になるとともに、アンテナ装置の小型軽量化を図ることができる。また、アンテナ装置の長寿命化を図ることが可能になる。また、例えば、送受信用一次放射器から送受信用電波レンズを経由して高周波電波を天頂方向に放射する場合等に、送受信用一次放射器と他の支持部材との干渉を回避することが可能になる、または、保持部材を、低損失な伝送路として使用することができるとともに、省スペース化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明の好適な実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電波レンズアンテナ装置の全体構成を示す概略図であり、図２は、本発明の実施形態に係る電波レンズアンテナ装置における一次放射器の回動動作を説明するための図であり、図１の電波レンズアンテナ装置を送信用の電波レンズ側から見た場合の図である。図１に示すように、この電波レンズアンテナ装置１は、２個の送受信用電波レンズ２、３と、当該送受信用電波レンズ２、３の各々の焦点部に配置された２個の送受信用一次放射器４、５と、を備えている。より具体的には、電波レンズアンテナ装置１は、送信用の電波レンズ２と、受信用の電波レンズ３と、送信用の電波レンズ２の焦点部に配置される一次放射器４と、受信用の電波レンズ３の焦点部に配置される一次放射器５と、を備えている。
【００２４】
この電波レンズ２、３は、球形状を有するルーネベルグレンズであり、中心の球核とそれを取り巻く複数の異径球殻により球形状のレンズとして形成され、誘電体を用いて比誘電率が半径方向に所定の割合で変化するように形成されたものである。このルーネベルグレンズからなる電波レンズ２、３は、各球殻部の比誘電率εγが、およそεγ＝２−（ｒ／Ｒ）2 の式に従うように形成されており、中心部の比誘電率を約２に設定するとともに、当該中心部から外側へ向かって誘電率が約１となるように変化させたものである。なお、上記式において、Ｒは球の半径であり、ｒは球の中心からの距離である。また、本実施形態においては、電波レンズ２、３の直径が、例えば、６００ｍｍや４５０ｍｍのものが使用できる。また、誘電体とは、常誘電性、強誘電性、若しくは反強誘電性を示し、かつ電気伝導性を有さないものをいう。
【００２５】
このルーネベルグレンズ用の誘電体として一般的に用いられているものは、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂等のポリオレフィン系の合成樹脂の発泡体であり、当該合成樹脂に酸化チタン、チタン酸塩、ジルコン酸塩等の無機高誘電フィラーを加えてそれを発泡させたものも使用できる。そして、これらの誘電発泡体の比誘電率は、発泡倍率を異ならせて比重を制御することにより目標値に調整され、高比重である程高い比誘電率を得ることができる。
【００２６】
また、誘電発泡体の製造方法としては、例えば、原料（合成樹脂単体や合成樹脂と無機高誘電フィラーの混合物）に対して、加熱により分解して窒素ガス等の気体を発生する発泡剤を添加し、これを所望の形状の金型に入れて発泡させる化学発泡法が挙げられる。また、揮発性発泡剤を含浸させたペレット状材料を予め金型外で予備発泡させ、得られた予備発泡ビーズを所望形状の金型に充填した後、水蒸気等で加熱して再度発泡させると同時に、隣接ビーズを互いに融着させるビーズ発泡法が挙げられる。
【００２７】
また、図１に示すように、電波レンズ２、３の各々は、支持部材６、７により支持されており、当該支持部材６、７の各々は、方位角方向（即ち、電波レンズ２、３の中心点を結ぶ軸Ａに垂直な軸Ｂを回動軸とする方向であって、図中の矢印Ｘの方向）に回動可能に設けられた回動部材であるテーブル８に取り付けられている。このテーブル８は、当該テーブル８上に設けられる電波レンズ２、３や支持部材６、７の重量に耐えることができるとともに、高速回転に耐えることができる強度が要求される。従って、テーブル８は軽量なものが好ましく、当該テーブル８を構成する材料として、例えば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）材が、好適に使用できる。繊維強化プラスチック材の繊維強化材としては、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維又は石英繊維が挙げられる。また、繊維強化プラスチック材のマトリックスとなるプラスチックとしては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂が挙げられる。また、テーブル８を、金属板により形成することもできるが、軽量化を図るために、例えば、金属板に絞り加工を施してリブを形成したものを使用することができる。
【００２８】
また、より一層の軽量化を図るために、当該テーブル８を、サンドイッチ構造により形成する構成としても良い。より具体的には、例えば、ポリエステル等の発砲体と、当該発砲体の外表面を覆った繊維強化プラスッチックからなるサンドイッチ構造が挙げられる。また、当該発砲体の代わりに、ハニカム（アルミニウム、アラミド等）を使用する構成としても良い。
【００２９】
図１に示すテーブル８の駆動手段９は、テーブル８を駆動するための駆動源であり、正逆方向に回転可能なモータ１０と、当該モータ１０に接続され、モータ１０により正逆方向に回転させられる軸部１１とを備えている。なお、図１に示すように、駆動手段９は、土台部３０の内部に収納されているとともに、テーブル８は、当該土台部３０上に載置される構成となっている。そして、後述するコンピュータ５６（図４参照）により、モータ１０が駆動し、軸部１１が回転すると、モータ１０の駆動力が、軸部１１を介してテーブル８に伝達されて、当該テーブル８が、電波レンズ２、３の中心点を結ぶ軸Ａ（以下、「電波レンズ２、３の中心軸Ａ」という。）に垂直な軸Ｂを回動軸として、上述の方位角方向Ｘに回動する構成となっている。即ち、スキャンを行う際に、当該テーブル８は、電波レンズ２、３の中心軸Ａに垂直な軸Ｂを回動軸として、方位角方向Ｘにおいて回動自在となるように構成されている。このような構成により、方位角方向Ｘの全てにおいて、スキャンを行うことが可能になる。
【００３０】
一次放射器４、５は、その断面形状が略矩形状や略円形状の開口部を有する電磁ホーンアンテナや、導波管に誘電体ロッドを装着した誘電体ロッドアンテナ等が一般的に使用されるが、マイクロストリップアンテナや、スロットアンテナ等を使用することもできる。また、一次放射器４、５から送受信される電波の電界の方向性（偏波）は、直線偏波（例えば、垂直偏波や水平偏波）や円偏波（例えば、右旋偏波や左旋偏波）のいずれであっても良い。
【００３１】
また、一次放射器４、５の各々は、電波レンズ２、３の表面に沿って、仰角方向（即ち、電波レンズ２、３の中心軸Ａを回動軸とする方向であって、図中の矢印Ｙの方向）に回動可能に設けられている。より具体的には、図１に示すように、一次放射器４、５の各々は、略コ字形状に形成された保持部材であるアーム１２に保持されるとともに、当該アーム１２は、上述のテーブル８に取り付けられた支持部材１３の軸部１４に取り付けられることにより、当該支持部材１３により回動自在に支持されている。なお、当該アーム１２は、軽量な材料により形成されているものであれば、特に限定されず、例えば、略コ字形状に形成された金属製のものが使用できる。また、後述のレドーム１９に覆われることにより、外気との接触を回避できる構成であれば、木製のアーム１２も使用できる。そして、アーム１２は、電波レンズ２、３の中心軸Ａを回動軸として、上述の仰角方向Ｙに回動可能に設けられている。また、図１、図２に示す駆動手段１５は、アーム１２を駆動するための駆動源であり、正逆方向に回転可能なモータ１６と、当該モータ１６に接続され、モータ１６により正逆方向に回転させられる上述の軸部１４とを備えている。そして、後述するコンピュータ５６（図４参照）により、モータ１６が駆動し、軸部１４が回転すると、モータ１６の駆動力が、軸部１４を介してアーム１２に伝達される。そうすると、当該アーム１２が回動するとともに、アーム１２の回動動作に連動して、アーム１２に保持された一次放射器４、５が、電波レンズ２、３の中心軸Ａを回動軸として、上述の仰角方向Ｙに回動する構成となっている。なお、スキャンを行う際に、アーム１２（または、一次放射器４、５）は、電波レンズ２、３の中心軸Ａを中心として、仰角方向Ｙにおいて、水平方向を０°、鉛直方向下向きを−９０°とした時に、−９０°以上９０°以下の回動が可能となるように構成されている。より具体的には、例えば、一次放射器４においては、図２に示すように、水平方向（即ち、矢印Ｚの方向）を０°とした時に、仰角方向Ｙにおいて、天頂方向（即ち、矢印Ｃの方向であって、鉛直上向きの方向）をスキャンする状態（即ち、一次放射器４ａの状態であって、−９０°回動した状態）から、地表方向（即ち、矢印Ｄの方向であって、鉛直下向きの方向）をスキャンする状態（即ち、一次放射器４ｂの状態であって、９０°回動した状態）まで回動可能となるように構成されている。このような構成により、仰角方向Ｙの広範囲において、スキャンを行うことが可能になる。
【００３２】
また、上述のごとく、一次放射器４、５の各々は、アーム１２に保持されるとともに、当該アーム１２は、上述のテーブル８に取り付けられた支持部材１３に支持されている。従って、テーブル８の方位角方向Ｘにおける回動動作に連動して、一次放射器４、５の各々が、電波レンズ２、３の中心軸Ａに垂直な軸Ｂを回動軸として、方位角方向Ｘに回動する構成となっている。即ち、本実施形態においては、スキャンを行う際に、一次放射器４、５の各々が、電波レンズ２、３の中心軸Ａに垂直な軸Ｂを中心として、方位角方向Ｘにおいて、回動自在となるように構成されている。このような構成により、方位角方向Ｘの全てにおいて、ボリュームスキャンを行うことが可能になる。
【００３３】
このように、本実施形態の電波レンズアンテナ装置１は、送信用の一次放射器４と受信用の一次放射器５を保持するとともに、送信用の電波レンズ２と受信用の電波レンズ３の中心軸Ａを回動軸として、仰角方向Ｙに回動可能に設けられたアーム１２を備えている。また、当該アーム１２を回動自在に支持する支持部材１３と、当該支持部材１３が取り付けられ、中心軸Ａに垂直な軸Ｂを回動軸として、方位角方向Ｘに回動可能に設けられたテーブル８を備えている。そして、一次放射器４、５が、アーム１２の回動動作に連動して、中心軸Ａを回動軸として、仰角方向Ｙに回動するとともに、テーブル８の回動動作に連動して、中心軸Ａに垂直な軸Ｂを回動軸として、方位角方向Ｘに回動する構成としている。従って、アーム１２を仰角方向Ｙに回動させるとともに、テーブル８を方位角方向Ｘに回動させることにより、ボリュームスキャンを行うことが可能になる。その結果、ボリュームスキャンを行うための大掛かりな駆動機構が不要になるため、電波レンズアンテナ装置１の構造が簡素化され、簡単な構成で、ボリュームスキャンを行うことが可能になる。また、上述した従来技術のごとく、径の大きなアンテナを回転させる場合のトルクに比し、アーム１２とテーブル８を回動させる際のトルクが小さくなるため、大きなトルクに耐え得る強固かつ重量の大きいアンテナ用の支持部材や駆動機構を設ける必要がなくなる。従って、電波レンズアンテナ装置１のコストアップを抑制することができるとともに、小型軽量化を図ることができる。また、ボリュームスキャンを行う際の、電波レンズアンテナ装置１への負荷が軽減されるため、電波レンズアンテナ装置１の長寿命化を図ることが可能になる。
【００３４】
また、上述のごとく、アーム１２が、仰角方向Ｙにおいて、水平方向を０°、鉛直方向下向きを−９０°とした時に、−９０°以上９０°以下の回動が可能となるように設けられている。従って、簡単な構成で、複雑なボリュームスキャンを容易に行うことが可能になる。
【００３５】
また、一次放射器４から電波レンズ２を経由して空間へ向けて放射される高周波電波の放射方向は、電波レンズ２と一次放射器４の各中心を結ぶ延長線上になる。また、電波レンズ３を経由して、一次放射器５に入射される、上空で反射されて戻ってくる微弱な高周波電波の入射方向は、電波レンズ３と一次放射器５の各中心を結ぶ延長線上になる。従って、本実施形態においては、一次放射器４と支持部材６、または一次放射器５と支持部材７の干渉を回避するために、図３に示すように、電波レンズ２、３を支持する支持部材６、７の各々に、一次放射器４、５を収納するための収納部１７、１８が形成されている。即ち、当該収納部１７、１８を形成することにより、例えば、一次放射器４から電波レンズ２を経由して高周波電波を天頂方向（即ち、図３に示す矢印Ｃの方向）に放射する場合、または、上空で反射された高周波電波を、上述の天頂方向Ｃにおいて、電波レンズ３を経由して一次放射器５で受ける場合に、一次放射器４と支持部材６、または一次放射器５と支持部材７の干渉を回避することが可能になる。なお、本実施形態における収納部１７、１８は、図３に示すように、断面略コ字形状を有している。
【００３６】
また、図１に示すように、電波レンズアンテナ装置１は、電波レンズ２、３、一次放射器４、５、支持部材６、７等を雨風や積雪から保護するためのレドーム１９を備えている。このレドーム１９は、上述のテーブル８により支持されており、電波レンズ２、３、一次放射器４、５、支持部材６、７等は、レドーム１９の内部に収納されている。
【００３７】
また、レドーム１９は、優れた電波透過性を有することが必要になるため、本実施形態では、優れた電波透過性を確保するために、レドーム１９を構成する材料として、例えば、上述の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）材が好適に使用される。
【００３８】
次に、本実施形態に係る電波レンズアンテナ装置を使用したレーダー装置について説明する。図４は、本実施形態に係る電波レンズアンテナ装置を使用したレーダー装置の全体構成を示す概略図である。なお、本実施形態においては、電波レンズアンテナ装置が使用されるレーダー装置として、気象レーダー装置を例に挙げて説明する。また、図４においては、電波レンズアンテナ装置１における、電波レンズ２、３、および一次放射器４、５のみを示し、他の部材については、図示を省略する。
【００３９】
図４に示す様に、レーダー装置５０は、電波レンズアンテナ装置１と、高周波信号を生成する発振器５１と、当該発振器５１、および一次放射器４に接続され、発振器５１により生成された高周波信号を増幅する送信器５２と、一次放射器５に接続され、反射、または後方散乱されて戻ってきた微弱な高周波電波の信号を増幅する受信器５３を備えている。また、受信器５３に接続され、当該受信器５３により受信された信号を検出する信号検出器５４と、信号検出器５４に接続され、当該信号検出器５４により検出された信号を処理して、降水域の大きさや降水量等の各種気象情報を演算する信号処理器５５を備えている。
【００４０】
また、レーダー装置５０は、制御手段としてのコンピュータ５６を備えている。このコンピュータ５６は、例えば、ＵＮＩＸ（登録商標）、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、Ｗｉｎｄｏｕｗｓ（登録商標）等のＯＳを有しており、レーダー装置制御プログラムを起動することにより、発振器５１、送信器５２、受信器５３、信号検出器５４、および信号処理器５５、および上述した駆動手段９、１５の制御を行う。また、コンピュータ５６は、ＬＡＮ等により信号処理器５５と接続されており、当該信号処理器５５で演算されたデータをハードディスクに保存するとともに、データのグラフィック表示をリアルタイムで行う。
【００４１】
以上の構成の下、ビームスキャンを行う際には、まず、発振器５１により、所定の高周波信号が生成され、当該高周波信号が送信器５２に送り出される。次いで、送信器５２により、高周波信号が増幅されて、一次放射器４に送り出され、増幅された高周波信号が、高周波電波６０として、当該一次放射器４から送信用の電波レンズ２を経由して空間へ向けて放射される。次いで、上空で反射されて戻ってくる微弱な高周波電波６１を受信用の電波レンズ３を経由して一次放射器５で受け、当該電波の信号が受信器５３に送り出される。次いで、受信器５３において、高周波信号が増幅されて、信号検出器５４を経由して信号処理器５５に送り出され、当該信号処理器５５により、信号検出器５４により検出された信号を処理して、降水域の大きさや降水量等の各種気象情報が得られる構成となっている。
【００４２】
この際、一次放射器４、５の各々を、電波レンズ２、３の表面に沿って、所定の速度により、仰角方向Ｙにおいて所定の角度範囲（即ち、−９０°以上０°以下）で回動させるとともに、方位角方向Ｘにおいて回動させることにより、地表面より上の全空間のビームスキャン（即ち、ボリュームスキャン）を行うことが可能になる。
【００４３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の設計変更をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
【００４４】
例えば、上述の実施形態においては、１個の送信用の一次放射器４と１個の受信用の一次放射器５をアーム１２に保持する構成としたが、アーム１２を仰角方向Ｙに屈曲させて延設するとともに、一次放射器４、５の各々を、仰角方向Ｙにおいて、複数個設け、アーム１２の延設部分に保持する構成としても良い。例えば、図５に示すように、仰角方向Ｙに屈曲させて延設したアーム１２の延設部分２０に、受信用の一次放射器５を３個保持する構成とすることができる。このような構成により、仰角方向Ｙにおいて、複数の信号を同時に送受信することが可能になるため、収集されるデータの同時性の向上を図ることができるとともに、仰角方向Ｙにおけるスキャンの時間を短縮することが可能になる。なお、受信用の一次放射器５のみを複数個設けて、複数の信号を同時に受信する場合は、例えば、仰角方向Ｙにおいて５°間隔で、複数個（例えば、１５個）の一次放射器５を設けることができる。
【００４５】
また、上述のアーム１２を、導波管により構成することもできる。一般に、導波管は、同軸ケーブルに比し、高周波伝送損失が少なく、また機械的強度に優れている。本実施形態においては、上述のごとく、一次放射器４、５は、各々、送信器５２、受信器５３に接続されるため、アーム１２として導波管を用いるとともに、当該導波管を一次放射器４、５と接続することにより、アーム１２を、低損失な伝送路として使用することができる。また、一次放射器４、５との接続用の同軸ケーブルが不要になるため、省スペース化を図ることができる。
【００４６】
また、図６に示すように、一次放射器４、５を保持するとともに、電波レンズ２、３の中心点を結ぶ軸Ａを回動軸として、仰角方向Ｙに回動可能に設けられたアーム１２を複数個（図６においては、２個）設ける構成としても良い。この場合、例えば、図６に示すように、一次放射器４、５を保持する保持部材であるアーム２１は、テーブル８に取り付けられた支持部材３１の軸部３２に取り付けられることにより、当該支持部材３１により回動自在に支持されている。また、図６に示す駆動手段３４は、アーム２１を駆動するための駆動源であり、正逆方向に回転可能なモータ３３と、当該モータ３３に接続され、モータ３３により正逆方向に回転させられる上述の軸部３２とを備えている。そして、上述のコンピュータ５６により、モータ３３が駆動し、軸部３２が回転すると、モータ３３の駆動力が、軸部３２を介してアーム２１に伝達される。そうすると、当該アーム２１が回動するとともに、アーム２１の回動動作に連動して、アーム２１に保持された一次放射器４、５が、電波レンズ２、３の中心軸Ａを回動軸として、上述の仰角方向Ｙに回動する構成となっている。なお、上述の支持部材３１を設ける代わりに、駆動手段３４を、支持部材１３に設ける構成としても良い。また、アーム２１（または、アーム２１に保持された一次放射器４、５）は、上述のアーム１２（または、アーム１２に保持された一次放射器４、５）と同様に、スキャンを行う際に、電波レンズ２、３の中心軸Ａを中心として、仰角方向Ｙにおいて、水平方向を０°、鉛直方向下向きを−９０°とした時に、−９０°以上９０°以下の回動が可能となるように構成されている。さらに、送信器５２は、切替手段であるスイッチ（不図示）を介して、アーム１２の一次放射器４とアーム２１の一次放射器４に接続され、コンピュータ５６からの切替信号により、いずれか一方の一次放射器４を選択できる構成となっている。また、同様に、受信器５３は、切替手段であるスイッチ（不図示）を介して、アーム１２の一次放射器５とアーム２１の一次放射器５に接続され、コンピュータ５６からの切替信号により、いずれか一方の一次放射器５を選択できる構成となっている。なお、上述のスイッチは電子スイッチであるため、その切替に要する時間は、機械的動作に比し、充分に無視できるほど高速である。また、当該スイッチは、一次放射器４、５と送信器５２の間や、一次放射器４、５と受信器５３の間に設けることができる。
【００４７】
そして、例えば、アーム１２を第一の基準位置（仰角０度）に配置するとともに、アーム２１を第２の基準位置（仰角４５度）に配置し、かつ、テーブル８を方位角基準位置（方位角０度）に配置した状態でボリュームスキャンを開始する。より具体的には、まず、上述のスイッチにより、アーム１２に取り付けられた一次放射器４、５に切り替えた状態で、テーブル８を方位角方向Ｘに回動させ、方位角方向Ｘにおいて１度毎（仰角０度固定）にスキャンを行う。そして、方位角方向Ｘが３５９度回動し、３６０度（即ち、上述の方位角基準位置）に回動するまでの間に、スイッチにより、アーム２１に取り付けられた一次放射器４、５に切り替える。次いで、仰角４５度固定で、方位角基準位置から３６０度まで１度毎にスキャンを行う。そして、アーム２１によるスキャンが行われている間に、アーム１２を仰角方向Ｙに１度回動させ、第３の基準位置（仰角１度）に配置しておく。次いで、テーブル８が３５９度回動し、３６０度（即ち、上述の方位角基準位置）に回動するまでの間に、上述のスイッチにより、再びアーム１２の一次放射器４、５に切り替える。次いで、仰角１度固定で、方位角基準位置から３６０度まで１度毎にスキャンを行う。そして、アーム１２によるスキャンが行われている間に、アーム２１を仰角方向に１度回動させ、第４の基準位置（仰角４６度）に配置しておく。そして、以下同様の切り替えを行いながら、２個のアーム１２、２１を回動させてスキャンを行う。このような構成により、テーブル８の方位角方向Ｘの回動は止める必要が無く、加減速をともなわないため、アーム１２のみを設ける場合に比し、スキャン時間を短縮することができるため、高速なビームスキャンが可能となる。
【００４８】
なお、上述のスイッチは、一次放射器４、５と送信器５２の間や、一次放射器４、５と受信器５３の間に設ける構成としたが、例えば、送信器５２と受信器５３を各々２個設けるとともに、スイッチを、２個の送信器５２の前段側、および２個の受信器５３の後段側に設ける構成としても良い。
【００４９】
また、上述の実施形態においては、レドーム１９をテーブル８により支持する構成としたが、図７に示すように、テーブル８、駆動手段９、および土台部３０をレドーム１９の内部に収納し、電波レンズアンテナ装置１の全体を当該レドーム１９により覆う構成としても良い。このような構成により、テーブル８上の重量が軽減されるため、当該テーブル８を回動する際の、駆動手段９に対する負荷が軽減されるとともに、電波レンズアンテナ装置１の外観が向上する。
【００５０】
また、図８に示すように、テーブル８の中央部に、テーブル８の上部と下部にわたって高周波信号の伝送を行う同軸ケーブルや導波管と接続されるコネクタ７０を備えるロータリージョイント７１を設け、同軸ケーブルや導波管の絡みやねじれの発生を効果的に抑制する構成としても良い。また、当該ロータリージョイント７１に、コネクタ７２を備えるスリップリング７３を組み合わせることにより、例えば、駆動用の電源をテーブル８の下方に設けた場合であっても、テーブル８の上方に設けられたアーム１２の駆動手段１５におけるモータ１６に対して、効率良く電力を供給することが可能になる。
【００５１】
また、上述の実施形態における送信用の電波レンズ２と送信用の一次放射器４を受信用に使用（または、受信用の電波レンズ３と受信用の一次放射器５を送信用に使用）することにより、２個の電波レンズ２、３および２個の一次放射器４、５を受信用（または送信用）として使用する構成としても良い。このような構成により、電波レンズアンテナ装置１の利得が２倍になるとともに、ビーム幅がシャープになる。
【００５２】
また、図４において説明した送信器５２や受信器５３等を、テーブル８上の空きスペースに設ける構成とすることができる。このような構成により、スペースの有効活用を図ることができ、レーダー装置５０の小型化を図ることが可能になるとともに、電波レンズアンテナ装置１と、送信器５２、受信器５３間の損失を抑制することができ、観測レンジの向上を実現することが可能になる。
【００５３】
また、一次放射器４、５を保持するアーム１２を、略コ字形状に形成する構成としたが、送信用の電波レンズ２の焦点部に受信用の一次放射器４を配置することができ、かつ、受信用の電波レンズ３の焦点部に送信用の一次放射器５を配置することができれば、当該アーム１２の形状は、特に限定されない。例えば、アーム１２を、略円弧形状に形成することができる。
【００５４】
また、収納部１７、１８を、断面略コ字形状に形成する構成としたが、一次放射器４と支持部材６、または一次放射器５と支持部材７の干渉を回避することができれば、当該収納部１７、１８の形状は、特に限定されない。例えば、当該収納部１７、１８を、断面略円弧形状に形成することができる。
【００５５】
また、図９に示すように、一次放射器４が、電波レンズ２の焦点部に配置された状態を維持しながら、および一次放射器５が、電波レンズ３の焦点部に配置された状態を維持しながら、仰角方向Ｙにおいて移動自在となるように、当該一次放射器４、５を支持する支持部材であるレール８０、８１を設ける構成としても良い。この場合、図９に示すように、一次放射器４を支持するレール８０は、テーブル８に取り付けられた支持部材８２に固定して取り付けられたアーム８３と、支持部材６に取り付けられており、また、一次放射器５を支持するレール８１は、アーム８３と支持部材７に取り付けられる。そして、スキャンを行う際には、電波レンズ２の焦点部に配置された一次放射器４、および電波レンズ３の焦点部に配置された一次放射器５の各々が、レール８０、８１に沿って、仰角方向Ｙに移動するとともに、テーブル８の回動動作に連動して、中心軸Ａに垂直な軸Ｂを回動軸として、方位角方向Ｘに回動する構成となっている。このような構成により、上述の図１において説明した電波レンズアンテナ装置１と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
なお、この場合、一次放射器４、５を、仰角方向Ｙにおいて、水平方向を０°、鉛直方向下向きを−９０°とした時に、中心軸Ａを回動軸として、−９０°以上９０°以下の回動が可能となるように設けることにより、簡単な構成で、複雑なボリュームスキャンを容易に行うことが可能になる。また、上述の図１において説明した電波レンズアンテナ装置１と同様に、電波レンズ２、３を支持する支持部材６、７の各々に、一次放射器４、５を収納するための収納部１７、１８を形成する構成としても良い。また、一次放射器４、５の各々を、仰角方向Ｙにおいて、複数個設けることにより、仰角方向Ｙにおいて、複数の信号を同時に送受信することが可能になるため、収集されるデータの同時性の向上を図ることができるとともに、仰角方向Ｙにおけるスキャンの時間を短縮することが可能になる。
【００５７】
さらに、上述の実施形態においては、電波レンズアンテナ装置を備えるレーダー装置を例に挙げて説明したが、本発明の電波レンズアンテナ装置１は、例えば、静止衛星や地上の固定アンテナからの放送・通信電波を受信し、これらの衛星やアンテナに向けて電波を送信する通信用のアンテナ装置としても使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の活用例としては、電波を送受信する電波レンズを用いた電波レンズアンテナ装置が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態に係る電波レンズアンテナ装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電波レンズアンテナ装置における一次放射器の回動動作を説明するための図であり、図１の電波レンズアンテナ装置を送信用の電波レンズ側から見た場合の図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電波レンズアンテナ装置における電波レンズを支持する支持部材を説明するための概略図である。
【図４】本実施形態に係る電波レンズアンテナ装置を使用したレーダー装置の全体構成を示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態に係る電波レンズアンテナ装置の変形例を示す概略図であり、一次放射器を、仰角方向において、複数個設けた状態を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る電波レンズアンテナ装置の変形例を示す概略図であり、アームを複数個設けた状態を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る電波レンズアンテナ装置の変形例を示す概略図であり、電波レンズアンテナ装置の全体をレドームにより覆う状態を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る電波レンズアンテナ装置において、ロータリージョイントを設けた状態を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る電波レンズアンテナ装置の変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…電波レンズアンテナ装置、２…送受信用電波レンズ（送信用の電波レンズ）、３…送受信用電波レンズ（受信用の電波レンズ）、４…送受信用一次放射器（送信用の一次放射器）、５…送受信用一次放射器（受信用の一次放射器）、６…支持部材、７…支持部材、８…テーブル、１２…アーム、１３…支持部材、１７…収納部、１８…収納部、２１…アーム、５０…レーダー装置、５１…発振器、５２…送信器、５３…受信器、８０…レール、８１…レール、Ａ…送信用の電波レンズと受信用電波レンズの中心点を結ぶ軸、Ｂ…送信用の電波レンズと受信用電波レンズの中心点を結ぶ軸に垂直な軸、Ｘ…方位角方向、Ｙ…仰角方向
【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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