(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点があった。【解決手段】レドーム１０は、コア材１の内側と外側の夫々の面に表皮材２ａ、２ｂが積層され、外側に積層された表皮材２ｂの表面に塗装材３が塗装されている構造を備え、レドーム１０にはアンテナ４が収容される。表皮材とコア材との少なくとも一方に比誘電率の異なる材料を分散することにより、表皮材とコア材との比誘電率差を１．５以下とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表皮材とコア材とを含む積層構造を有し、前記表皮材と前記コア材との比誘電率の差が１．５以下であることを特徴とするレドーム。
【請求項２】
表皮材とコア材の少なくとも一方に比誘電率の異なる材料を分散したことを特徴とする請求項１記載のレドーム。
【請求項３】
表皮材及びコア材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、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、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または請求項２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反射損失が、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】
一般にアンテナを格納するレドームでは、アンテナが電磁波を入出力する走査角が変化するにつれて、電磁波がレドーム壁に入射する入射角が変化する。半球型形状である地上型レドームと異なり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、反射損失が大きくなり、したがって、より広いアンテナ走査角について反射損失を小さくするためには、レドーム壁へのより広い電磁波入射角について、電磁波の反射損失が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、反射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、従来の航空機用レドームでは比誘電率の小さいコア材を用いているので、表皮材とコア材との比誘電率の差は最小でも２．０である（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
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２参照）。
【０００７】
【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】
特開２００２−２９９９３８号公報
【特許文献２】
米国特許５，９３６，０２５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術によって、表皮材とコア材との積層構造であるレドームを構成すると、表皮材とコア材との比誘電率の差が大きいため、これらの界面において、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点があった。
【０００９】
一方、表皮材とコア材との比誘電率の差が大きいレドーム壁に、電磁波が大きい入射角で入射するとき、反射損失は著しく増大するという特徴がある。これらの理由により、従来の技術で製造された空力学的形状を持つレドームでは、アンテナの利得が得られないという問題点があった。
【００１０】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、電磁波のレドーム入射角が大きくても電磁波の反射損失を小さく抑えることができるレドームを得ることを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレドームは、表皮材とコア材とを含む積層構造を有し、表皮材とコア材との比誘電率の差が１．５以下のもので構成されるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、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．
この発明に係る実施の形態１のレドーム１０について、図１および図２を参照して説明する。ここで図１は実施の形態１に係るレドーム１０を説明するための図であり、空力学的形状を有するレドーム１０の断面図である。また図２は０．５ｄＢよりも小さい反射損失が得られる最大入射角の、表皮材とコア材との比誘電率差依存性を示す図である。
【００１３】
図１に示すようにレドーム１０は、コア材１の内側と外側の夫々の面に表皮材２ａ、２ｂが積層され、外側に積層された表皮材２ｂの表面に塗装材３が塗装されている構造を備え、レドーム１０にはアンテナ４が収容される。
【００１４】
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２ａ、２ｂ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２ａ、コア材１、表皮材２ｂの順に積層してから熱硬化する。最後に表皮材２ｂの表面に塗装材３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、サンドイッチパネルの反射損失は隣り合う２層の比誘電率の差に依存することを見いだした。１種類の表皮材と、添加するセラミック粉末の量を調整することで比誘電率を変化させた数種類のコア材とを用いて、表皮材とコア材との比誘電率差が異なる数種類のサンドイッチパネル試料を成形した。
【００１６】
試料に角度をもって電磁波を入射しながら透過損失を測定したところ、試料ごとに、ある入射角以上で急激に透過損失が増大した。透過損失が増大して０．５ｄＢとなる入射角が大きいほど優れたレドーム材料であるので、透過損失が０．５ｄＢとなる入射角を比誘電率差に対して表すと図２に示すようになった。図２から表皮材とコア材との比誘電率差が１．５以下のとき入射角は７０度以上であった。７０度は空力的形状を有するレドームに要求される最大入射角なので、表皮材とコア材との比誘電率差が１．５以下のとき、レドームとして高性能を得ることができることがわかる。
【００１７】
以上説明した成果を適用して、この実施の形態１においては、つぎに説明する手段によりレドームの反射損失を低減することができる。
【００１８】
表皮材２ｂと塗装材３との層間では、表皮材を構成する強化繊維と樹脂との混合比率を調整することにより表皮材２ｂの比誘電率と塗装材３の比誘電率との差を１．５以内に設定することができる。
【００１９】
コア材１と表皮材２ａおよび表皮材２ｂとの層間では、コア材に、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所定量添加することにより、コア材１の比誘電率と表皮材２ａ、２ｂの比誘電率との差を１．５以内に設定することができる。
【００２０】
以上のように、実施の形態１では表皮材とコア材との比誘電率の差を１．５以内とすることにより、０度から７０度以上の広い入射角に渡って電磁波の損失を０．５ｄＢ未満に抑えられる。
【００２１】
この実施の形態１においては、表皮材２ａ、２ｂ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。
【００２２】
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。
【００２３】
また、この本発明の実施の取りうる形態として、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。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、レドーム壁を構成する表皮材とコア材との比誘電率差を１．５以下としたので、広い範囲の入射角に渡って電磁波の反射損失を低くすることができる効果がある。
【００２５】
この発明によれば、表皮材とコア材の少なくとも一方に比誘電率の異なる材料を分散したので、表皮材とコア材の比誘電率差を１．５以下に調整できる効果がある。
【００２６】
この発明によれば、表皮材及びコア材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、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、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種類を含むので、レドーム壁を構成する各部材の比誘電率を自在に調整することができ、これによって、高い入射角に渡って電磁波の反射損失が少ないレドーム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】０．５ｄＢよりも小さい反射損失が得られる最大入射角の、表皮材とコア材との比誘電率差依存性を示す図である。
【符号の説明】
１  コア材、２ａ，２ｂ  表皮材、３  塗装材、４  アンテナ、１０  レドーム。
【図１】
2005005796.tif 000003
【図２】
2005005796.tif 000004