(57)【要約】【課題】従来のレドームは表皮材とコア材の界面で比誘電率の差による電磁波の反射が起こり、反射損失が大きくなるという問題があった。特に航空機上面に搭載するレドームでは、空気抵抗を低減するために空力学的形状を取るので、電磁波のレドーム壁への入射角が大きくなるという特徴があり、電磁波の反射損失が一層大きくなるという問題があった。【解決手段】レドーム１０は高比誘電率層１を挟んで両側にコア材２ａ，２ｂが積層され、さらにそれらを挟んで表皮材３ａ，３ｂが積層されている。また、外側に積層された表皮材３ｂの上に塗装材４が塗装されている。レドーム１０にはアンテナ５が収容される。高比誘電率層１は、表皮材３ａ，３ｂ及びコア材２ａ，２ｂよりも高い比誘電率を有する層である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表皮材の一方の側に第１のコア材を有し、該第１のコア材の前記第１の表皮材と反対側に、コア材及び表皮材よりも高い比誘電率を有する高比誘電率層を有し、該高比誘電率層の前記第１のコア材と反対側に第２のコア材を有し、該第２のコア材の前記高比誘電率層と反対側に第２の表皮材を有する積層構造を有することを特徴とするレドーム。
【請求項２】
表皮材とコア材との比誘電率の差が１．５以下であり、かつ、高比誘電率層の比誘電率が４以上２０以下であることを特徴とする請求項１記載のレドーム。
【請求項３】
表皮材とコア材との比誘電率の差が１．５よりも大きく、かつ、高比誘電率層の比誘電率が１０以上５５以下であることを特徴とする請求項１記載のレドーム。
【請求項４】
表皮材、コア材、および高比誘電率層の少なくとも一つが、ＢａＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＭｇＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、（Ｚｒ，Ｓｎ）ＴｉＯ４、ＢａＴｉ４Ｏ９、Ｂａ２Ｔｉ９Ｏ２０、（Ｍｇ，Ｃａ）ＴｉＯ３、Ｂａ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３、Ｂａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ３、ＢａＴｉＯ４、ＷＯ３、ＴｉＯ２、Ｂｉ４Ｔｉ３ｉ４Ｏ１２、ＢａＺｒＯ３、ＣａＳｎＯ３、アルミナ、シリコンよりなる群から選ばれた少なくとも１種類を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のレドーム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーダーを収納するレドームに関し、さらに詳しくは、航空機や車両などに搭載する空力学的形状を有するレドームに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通信技術と情報処理技術の進歩に伴い、航空機や車両などから双方向に情報通信を行う技術が実用化されつつある。特に航空機に関しては、搭載したアンテナシステムから衛星を介して通信できるように、従来以上に広範なビーム走査性が要求されている。これに伴い、レドームに対しては、アンテナから入出力される電磁波がレドーム壁で反射するために生じる損失が、より広いアンテナ走査角について小さいことが求められている。
【０００３】
半球型形状である地上型レドームと異なり空気抵抗の少ない空力学的形状を有するレドームでは、電磁波のレドーム壁への入射角が一様ではない。一般にレドーム壁に対して大きい角度で電磁波が入射すると、損失が大きくなる。したがって、より広いアンテナ走査角について、アンテナが入出力する電磁波の損失を小さくするためには、レドーム壁における電磁波の損失が、広い範囲の入射角について小さいことが求められている。
【０００４】
例えば航空機用レドームは通常、コア材を表皮材で挟んで積層したサンドイッチ構造として製造されている。従来技術においては、損失を低減するために、比誘電率の高い表皮材の間に比誘電率の低いコア材を設けることによりレドームを製造していた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
また、航空機搭載用レドームは誘電特性と空力に耐える機械強度とが両立することが求められるが、レドームの誘電特性を調整する目的で、ＴｉＯ２とシアネート樹脂との混合物に限定して、セラミック粉末と樹脂との複合材料を用いる技術が示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【非特許文献１】
電子情報通信学会編、「アンテナ工学ハンドブック」オーム社、１９８０年１０月３０日、ｐ．３０１
【特許文献１】
米国特許第５，９３６，０２５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
空力的形状を有するレドームでは、アンテナ走査角が変化するとレドーム壁への電磁波の入射角がそれ以上に大きく変化するという特徴がある。そのため従来の技術によって構成された空力的形状を有するレドームでは、あるアンテナ走査角において透過損失が極度に増大してアンテナ性能が低下するという課題があった。
【０００８】
また従来の技術によって構成された空力的形状を有するレドームでは、入射角とともに透過損失が変化するために、アンテナの軸比がずれるなどの不都合が生じていた。これはアンテナ設計上多大なコスト増につながるとともにアンテナ性能低下をもたらしていた。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電磁波のレドーム入射角が大きくても電磁波の損失を小さく抑えることができ、かつ、損失の入射角依存性が極めて小さいレドームを得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレドームは、第１の表皮材の一方の側に第１のコア材を有し、第１のコア材の第１の表皮材と反対側に、コア材及び表皮材よりも高い比誘電率を有する高比誘電率層を有し、高比誘電率層の第１のコア材と反対側に第２のコア材を有し、第２のコア材の高比誘電率層と反対側に第２の表皮材を有する積層構造を有するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の一形態について説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るレドーム１０について、図１および図２を参照して説明する。なお、図１はこの発明の実施の形態１に係るレドーム１０を説明するための図であり、図２は実施の形態１において、入射角０〜７０度までの透過損失変動の高比誘電率層の比誘電率に対する依存性を説明するための図である。
【００１２】
実施の形態１に係るレドーム１０は図１に示すように、高比誘電率層１を挟んで両側にコア材２ａ，２ｂが積層され、さらにそれらを挟んで表皮材３ａ，３ｂが積層されている。また、外側に積層された表皮材３ｂの上に塗装材４が塗装されている。レドーム１０にはアンテナ５が収容される。
【００１３】
図１に示した積層構造のレドーム１０を製造するには、例えば以下の工程で行うことができる。例えばクオーツなどの強化繊維と樹脂との混合物であり熱硬化後に表皮材３ａ，３ｂとなるプリプレグを用意する。一方、比誘電率調整材料であるセラミック粉末をコア材原料に添加、分散させてからシート状に成形することによって、熱硬化後にコア材２ａ，２ｂとなる部材を用意する。
【００１４】
また、比誘電率調整材料であるセラミック粉末を樹脂原料に所定量を添加、分散させてからシート状に成形することによって、熱硬化後に高比誘電率層１となる部材を用意する。これらを成型用金型上に表皮材３ａ、コア材２ａ、高比誘電率層１、コア材２ｂ、表皮材３ｂの順に積層してから熱硬化する。この表面に塗装材を塗布することによって、レドーム１０を成形することができる。
【００１５】
我々は鋭意研究の結果、コア材の厚みを分割し、その２つ分割されたコア材の中間に、表皮材及びコア材よりも比誘電率の高い高比誘電率層を設置することにより、サンドイッチパネルの透過損失を一様に低減できることを見出し、さらに表皮材とコア材との比誘電率差が１．５以下の場合と１．５より大きい場合とで高比誘電率層の最適な比誘電率範囲は異なることを判明した。この場合、表皮材とコア材の何れの比誘電率を大きくしてよい。
【００１６】
この実施の形態１では表皮材とコア材との比誘電率差が１．５以下の場合について高比誘電率層の比誘電率最適値を求めた。
アンテナの利得を得るために透過損失は０．５ｄＢ以下でなければならず、また、アンテナの軸比を得るためには入射角０〜７０度に渡って透過損失の変動が０．２ｄＢ以内でなければならない。比誘電率の異なる高比誘電率層を有するサンドイッチパネルについて、入射角０〜７０度までの透過損失を測定し、その変動を調べた。図２に示すようにその結果から、高比誘電率層の比誘電率が４以上２０以下のとき上記の条件を満たし、透過損失変動が安定して得られる良好なレドーム特性が得られた。
【００１７】
高比誘電率層の比誘電率が４未満または２０よりも大きいとき、透過損失が０．５ｄＢ以上になる、あるいは透過損失が０．２ｄＢ以上の変動を持つため、アンテナの利得が低下する。
【００１８】
表皮材とコア材との比誘電率差を１．５以下に調整するためには、例えば比誘電率３５００であるＢａＴｉＯ３を主成分とするセラミック粉末などをコア材に所定量添加することができる。
【００１９】
また高比誘電率層の比誘電率を４以上２０以下に調整するためには、例えば比誘電率３５００であるＢａＴｉＯ３を主成分とするセラミック粉末などを樹脂に所定量添加することができる。
【００２０】
この実施の形態１では、コア材と表皮材の比誘電率の差を１．５以下としたので、高比誘電率層の比誘電率を４以上２０以下とすることによって、０〜７０度までの広い入射角に渡って透過損失を０．３ｄＢ以下に抑えることが可能となるものである。
【００２１】
この実施の形態１においては、表皮材に用いる強化繊維として例えばクオーツ繊維を用いたが、他の強化繊維を用いても同様な効果を得ることができる。
また、比誘電率を調整するためにＢａＴｉＯ３を主成分とするセラミック粉末をコア材原料に添加したが、ＢａＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＭｇＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、（Ｚｒ，Ｓｎ）ＴｉＯ４、ＢａＴｉ４Ｏ９、Ｂａ２Ｔｉ９Ｏ２０、（Ｍｇ，Ｃａ）ＴｉＯ３、Ｂａ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３、Ｂａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ３、ＢａＴｉＯ４、ＷＯ３、ＴｉＯ２、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＢａＺｒＯ３、ＣａＳｎＯ３、アルミナ、シリコンのうちの少なくとも何れか１つを添加しても同様の効果を得ることができる。
【００２２】
また、この発明の取りうる実施の形態として、例えば比誘電率を調整するためにセラミック粉末の一種であるＴｉＯ２をコア材料に添加するものがあるが、この場合は樹脂材料としてエポキシなどを用いる。
【００２３】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るレドームについて、図３を参照して説明する。実施の形態２は、実施の形態１について表皮材とコア材との比誘電率差が１．５より大きい場合について高比誘電率層の比誘電率最適値を求めたものである。なお、図３は実施の形態２において、入射角０〜７０度までの透過損失変動の高比誘電率層の比誘電率に対する依存性を説明するための図である。また、実施の形態２に係るレドームの構成とその製造工程は実施の形態１において、図１を参照して説明したことと同様であり、その説明は省略する。
【００２４】
この実施の形態２は、上述したように表皮材とコア材との比誘電率差が１．５より大きい場合について高比誘電率層の比誘電率最適値を求めたものであって、まず、比誘電率の異なる高比誘電率層を有するサンドイッチパネルについて、入射角０〜７０度までの透過損失を測定し、その変動を調べた。図３にその結果を示し、同図から比誘電率が１０以上５５以下のとき良好なレドーム特性が得られた。
【００２５】
高比誘電率層の比誘電率が１０未満または５５よりも大きいときは、透過損失が０．５ｄＢ以上になる、あるいは透過損失が０．２ｄＢ以上の変動を持つため、アンテナの利得は低下する。
【００２６】
高比誘電率層の比誘電率を１０以上５５以下に調整するためには、例えば比誘電率３５００であるＢａＴｉＯ３を主成分とするセラミック粉末などを樹脂に所定量添加することができる。
【００２７】
この実施の形態２においては、コア材に誘電率調整材料を添加していないので、表皮材とコア材との比誘電率差は１．５よりも大きい。このとき高比誘電率層の比誘電率を１０以上５５以下としたことによって、０〜７０度までの広い入射角に渡って透過損失を０．５ｄＢ以下に抑えることが可能となる。これは透過損失が０．３ｄＢ以下であった実施の形態１よりも大きい値であるが、実用上の問題はない。
【００２８】
この実施の形態２においては、表皮材に用いる強化繊維として例えばクオーツ繊維を用いたが、他の強化繊維を用いても同様な効果を得ることができる。また、高比誘電率層の比誘電率を調整するためにＢａＴｉＯ３を主成分とするセラミック粉末を材料に添加したが、ＢａＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＭｇＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、（Ｚｒ，Ｓｎ）ＴｉＯ４、ＢａＴｉ４Ｏ９、Ｂａ２Ｔｉ９Ｏ２０、（Ｍｇ，Ｃａ）ＴｉＯ３、Ｂａ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３、Ｂａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ３、ＢａＴｉＯ４、ＷＯ３、ＴｉＯ２、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＢａＺｒＯ３、ＣａＳｎＯ３、アルミナ、シリコンのうちの少なくとも何れか１つを添加しても同様の効果を得ることができる。
【００２９】
またこの発明の取りうる実施の形態として、比誘電率を調整するためにセラミック粉末の一種であるＴｉＯ２をコア材料に添加する場合があるが、この場合は樹脂材料としてエポキシなどを用いる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、レドーム壁を、表皮材、コア材、高比誘電率層、コア材、表皮材の順に積層した構成としたので、広い範囲の入射角に渡って電磁波の損失を低くすることができ、また、入射角に対する損失の分布が小さいものが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレドームを説明するための図である。
【図２】実施の形態１において、入射角０〜７０度までの透過損失変動の高比誘電率層の比誘電率に対する依存性を説明するための図である。
【図３】実施の形態２において、入射角０〜７０度までの透過損失変動の高比誘電率層の比誘電率に対する依存性を説明するための図である。
【符号の説明】
１  高比誘電率層、２ａ，２ｂ  コア材、３ａ，３ｂ  表皮材、４  塗装材、５  アンテナ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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