(57)【要約】【課題】ペデスタル部のロータリージョイントを利用して、フィルタ設置のためのスペースを必要とすることなく、不要輻射を抑圧して、スプリアス規格を満たすことのできるレーダ空中線を提供する。【解決手段】ロータリージョイントの中心軸上の同軸管にスプリアス抑制フィルタ（ＬＰＦ）を形成する。また、同軸管の少なくともスプリアス抑制フィルタが形成された部分の外部導体と中心導体との間に絶縁物を設けて、外部導体と中心導体との間で放電することなく、大電力を送信可能にする。【選択図】      図１
2007081856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を送信し受信するための、旋回する輻射部と、前記輻射部を支持し且つ旋回させるための、ロータリージョイントを有するペデスタル部とを備えたレーダ空中線において、
前記ロータリージョイントの中心軸上に配置され、スプリアス抑圧フィルタを形成した同軸管と、
前記輻射部に設けられ、前記同軸管の中心導体の一端部と同軸・導波管変換部を構成する第１導波管と、
前記ペデスタル部に設けられ、前記同軸管の中心導体の他端部と同軸・導波管変換部を構成する第２導波管と、
前記ペデスタル部に設けられ、送信電波を発生し前記第２導波管に供給するマグネトロンとを有し、
前記マグネトロンからの送信電波を、前記第２導波管、前記同軸管、前記第１導波管を順次通して、その送信電波に含まれるスプリアス成分を抑圧してから前記輻射部から外部へ送信することを特徴とする、レーダ空中線。
【請求項２】
前記スプリアス抑圧フィルタは、前記中心導体に凹部と凸部を設けて形成する低域通過フィルタであることを特徴とする、請求項１に記載のレーダ空中線。
【請求項３】
前記スプリアス抑圧フィルタがロータリージョイントの中心軸上に配置され、少なくともスプリアス抑圧フィルタを形成した同軸管部分の外部導体と中心導体との間に、絶縁物を設けて、前記外部導体と前記中心導体との間の放電を防止することを特徴とする、請求項２に記載のレーダ空中線。
【請求項４】
前記絶縁物は、前記外部導体の内壁を覆うように設けられていることを特徴とする、請求項３に記載のレーダ空中線。
【請求項５】
前記絶縁物は、前記中心導体の表面を覆うように設けられていることを特徴とする、請求項３に記載のレーダ空中線。
【請求項６】
前記絶縁物は、フィルムチューブの形状に形成されていることを特徴とする、請求項３に記載のレーダ空中線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信管としてマグネトロンを用いたレーダ空中線に関し、特に、マグネトロンの発振に起因する不要輻射を抑圧するレーダ空中線に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶用などのレーダにおいては、送信機の送信管として自励発振管に属するマグネトロンが一般的に用いられている。
【０００３】
船舶用などのレーダのレーダ空中線は、旋回する輻射部と、その輻射部を支え且つ旋回させつつ送受信を行うペデスタル部とを有している。ペデスタル部には、マグネトロンを含む送信機、受信機とともに、ロータリージョイントが設けられて、輻射部との間で送受信を行うとともに、輻射部を旋回させている。このような構成のレーダ装置は、例えば、特許文献１、特許文献２にも示されるようによく知られている。
【０００４】
ところで、情報通信システムの急速な進展と普及に伴う電波干渉が大きな問題として生じてきており、国際電気通信連合（ＩＴＵ）等の国際機関において、レーダから輻射される電波に含まれる不要輻射を規制する動きが高まっている。
【０００５】
マグネトロンは、安価で小型且つ高出力が得られるマイクロ波の発振器であるため、従来からほぼ全ての船舶用レーダの送信機の送信管として用いられてきている。このマグネトロンは、基本的にはπモードで発振して基本周波数のマイクロ波を発生するが、同時に、基本周波数の上方の近傍のπ−１モードの周波数成分や、高次高調波の周波数成分が不要輻射する。これらのπ−１モードの周波数成分や高次高調波の周波数成分のレベルが、ＩＴＵや国内の電波法で規定した規制値を超える短所があり、マグネトロンの特性の改善ではその規定されたスプリアス規格を満足させることは容易ではない。
【０００６】
そこで、スプリアス規格を満たすために、輻射部内の導波管部や、送受信を行うペデスタル部内の導波管部に、阻止帯域の広い導波管フィルタを備えて、スプリアス規制への対策が採られている。
【０００７】
しかしながら、輻射部やペデスタル部の内部の余裕スペースが少なく、導波管フィルタを収納することは容易ではない。また、狭いスペースに収納した後に内部の調整作業や点検作業が行い辛い問題があった。
【特許文献１】特開２００１−１３６００５号公報
【特許文献２】特開平５−１７５７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、ペデスタル部のロータリージョイントを利用して、フィルタ設置のためのスペースを必要とすることなく、不要輻射を抑圧して、スプリアス規格を満たすことのできるレーダ空中線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】
【０００９】
請求項１のレーダ空中線は、電波を送信し受信するための、旋回する輻射部と、前記輻射部を支持し且つ旋回させるための、ロータリージョイントを有するペデスタル部とを備えたレーダ空中線において、
前記ロータリージョイントの中心軸上に配置され、スプリアス抑圧フィルタを形成した同軸管と、
前記輻射部に設けられ、前記同軸管の中心導体の一端部と同軸・導波管変換部を構成する第１導波管と、
前記ペデスタル部に設けられ、前記同軸管の中心導体の他端部と同軸・導波管変換部を構成する第２導波管と、
前記ペデスタル部に設けられ、送信電波を発生し前記第２導波管に供給するマグネトロンとを有し、
前記マグネトロンからの送信電波を、前記第２導波管、前記同軸管、前記第１導波管を順次通して、その送信電波に含まれるスプリアス成分を抑圧してから前記輻射部から外部へ送信することを特徴とする。
【００１０】
請求項２のレーダ空中線は、請求項１に記載のレーダ空中線において、前記スプリアス抑圧フィルタは、前記中心導体に凹部と凸部を設けて形成する低域通過フィルタであることを特徴とする。
【００１１】
請求項３のレーダ空中線は、請求項２に記載のレーダ空中線において、前記スプリアス抑圧フィルタがロータリージョイントの中心軸上に配置され、少なくともスプリアス抑圧フィルタを形成した同軸管部分の外部導体と中心導体との間に、絶縁物を設けて、前記外部導体と前記中心導体との間の放電を防止することを特徴とする。
【００１２】
請求項４のレーダ空中線は、請求項３に記載のレーダ空中線において、前記絶縁物は、前記外部導体の内壁を覆うように設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５のレーダ空中線は、請求項３に記載のレーダ空中線において、前記絶縁物は、前記中心導体の表面を覆うように設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６のレーダ空中線は、請求項３に記載のレーダ空中線において、前記絶縁物は、フィルムチューブの形状に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のレーダ空中線によれば、ロータリージョイントの中心軸上の同軸管にスプリアス抑制フィルタを形成するから、特別にスプリアス抑制フィルタのためのスペースを必要とせずに、不要輻射を抑制し、スプリアス規格を満たすことができる。
【００１６】
また、スプリアス抑制フィルタを、同軸管の中心導体に凹部と凸部とを設けて低域通過特性とするから、その構成が容易であり、且つ十分な低域通過フィルタ（ＬＰＦ）特性を得ることができる。
【００１７】
また、同軸管の少なくともスプリアス抑制フィルタが形成された部分の外部導体と中心導体との間に絶縁物を設けるから、径の小さい（例えば、２０ｍｍφ）同軸管を用いて、スプリアス抑制フィルタ（例、ＬＰＦ）を形成しても、外部導体と中心導体との間で放電することなく、大電力を送信できる。
【００１８】
また、外部導体の内壁や中心導体の表面を覆うように絶縁体を例えば塗布することにより、簡易に高耐圧化を図ることができる。
【００１９】
また、外部導体と中心導体との間に、テフロンなどのフィルムで形成したフィルムチューブを挿嵌（挿入）することによって、より容易に且つ確実に高耐圧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】
【００２０】
図１は、本発明に係るレーダ空中線の構成を、模式の断面図で示す図である。
【００２１】
本発明のレーダ空中線は、電波を送信或いは受信しつつ旋回する輻射部１０と、輻射部１０を支持し且つ旋回させるためのロータリージョイントを有するペデスタル部２０とから構成される。
【００２２】
輻射部１０は、導波管スロットアレイアンテナ１１と、モードフィルタ１２と、ホーン１３と、接続導波管１４等を有している。ホーン１３の基部に導波管スロットアレイアンテナ１１からの電波のモードを整合させるモードフィルタ１２を設けて、これら導波管スロットアレイアンテナ１１、モードフィルタ１２、ホーン１３で所謂ホーンアンテナを構成する。
【００２３】
導波管１４は、導波管スロットアレイアンテナ１１の端部に接続されて（図示を省略している）、電波の送信及び受信の経路となる。また、導波管１４は、同軸管２１の中心導体２１Ａの一端部と電磁的に結合されて同軸・導波管変換部１５を構成する。
【００２４】
これら導波管スロットアレイアンテナ１１、モードフィルタ１２、ホーン１３、導波管１４がレドーム１６に収納されて補強板１７に載せられ、輻射部１０を構成する。
【００２５】
ペデスタル部２０は、円形の同軸管２１と、輻射部１０を旋回させるためのロータリージョイント２２と、接続導波管２３と、自励発振機であるマグネトロンを含む送受信機２５と、ロータリージョイント２２に結合されている主軸ギア２６と、主軸ギア２６と歯車が噛み合っているモータギア２７と、モータギア２７に回転軸が結合されて回転させる駆動モータ２８とを有しており、これらがペデスタルボックス２９に収納されている。なお、ロータリージョイント２２は図のように、ペデスタルボックス２９から突出して、補強板１７に結合されている。このロータリージョイント２２の回転によって、輻射部１０が旋回する。
【００２６】
この回転するロータリージョイント２２の中心軸上に、回転しない同軸管２１が設けられている。同軸管２１は、中心導体（内部導体）２１Ａと、外部導体２１Ｂと、同軸管２１に形成された凹部と凸部の繰り返しからなるＬＰＦ２１Ｃとを含んでいる。その同軸管２１の具体的な構成の例が、図２に示されている。
【００２７】
図２において、中心導体２１Ａには、ＬＰＦ２１Ｃを構成する部分に、凹部２１Ｄと凸部２１Ｅが繰り返して形成されている。この例では、凹部２１Ｄが４個で且つ凸部２１Ｅが３個の７段構成とされている。ただ、この７段構成は例示であり、他の段数でも良く、例えば凸部２１Ｅをその両端に追加して、９段構成としても良い。この同軸管２１に形成された凹部２１Ｄの部分を直列インダクタと考え、凸部２１Ｅを並列キャパシタと考えると、直列インダクタと並列キャパシタからなる集中定数の等価回路として、ＬＰＦを構成することが判る。
【００２８】
なお、ここでは、フィルタとして、ＬＰＦ２１Ｃを示しているが、マグネトロンで発生されるπモードの基本周波数を通過させ且つπ−１モードの周波数や高調波次数の周波数などのスプリアス成分の周波数を抑圧できるスプリアス抑圧フィルタであれば、ＬＰＦ以外のフィルタ、例えば帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）であっても良い。
【００２９】
また、レーダ空中線における出力電力は５０〜６０ｋＷにも達するから、同軸管２１は当然に高耐圧化が要求される。従来の発想では、同軸管２１にＬＰＦ２１Ｃを設けることは耐圧を低下させることにつながることから、ＬＰＦは輻射部１０の導波管１４や、ペデスタル部２０の導波管２３に設けられてきた。そのために、輻射部１０やペデスタル部２０内部の少ないスペースに、導波管フィルタを無理矢理収納しており、設計も容易でなく、また、狭いスペースに収納した後にその調整作業や点検作業が行い辛かった。
【００３０】
また、図２のＬＰＦでは、中心導体２１Ａの太い部分、即ち凸部２１Ｅでは、外部導体２１Ｂの内壁との間隔が狭まり、特に電界強度が上昇する。図３は、直径が２０ｍｍの同軸管２１に５０ｋＷの電力を伝送した場合の電界強度と特性インピーダンスの特性を示している。横軸は中心導体２１Ａの直径を示している。
【００３１】
図３において、中心導体２１Ａの直径が約８．５ｍｍのときに、特性インピーダンスは５０Ωとなり、電界強度は４ｋＶ／ｃｍ程度となる。中心導体が太くなると特性インピーダンスは低下し、電界強度は上昇する。更に、同軸管２１にＬＰＦ２１Ｃを形成した場合には、インピーダンス不連続部分に定在波が発生し、電界強度は図３の特性値のほぼ２倍に達することが予想される。
【００３２】
一方、空気中の絶縁耐圧は約１０ｋＶ／ｃｍであるため、上記の条件を考慮すると、凸部２１Ｅの直径が１４ｍｍを超えると、放電により大きな反射が生じて、電力伝送ができない状態となる。
【００３３】
しかし、本発明では、ＬＰＦ２１Ｃが形成された同軸管２１の部分の外部導体２１Ｂと中心導体２１Ａとの間に、絶縁物（絶縁体）２１Ｆを設けて耐圧を高めて、外部導体２１Ｂと中心導体２１Ａとの間の放電を防止している。
【００３４】
その絶縁体２１Ｆは、外部導体の内壁を覆うように設けられることで良く、例えば絶縁物を塗布することにより形成できる。また、絶縁体２１Ｆは、ＬＰＦ部を含む中心導体の表面を覆うように設けられることで良く、例えば絶縁物を塗布することにより形成できる。また、絶縁物を塗布することに代えて、絶縁性フィルムで覆うようにしても良い。
【００３５】
また、絶縁体２１Ｆは、フィルムチューブの形状に形成されて、外部導体２１Ｂと中心導体２１Ａ（凸部２１Ｅ）との間に挿入されていることでよい。
【００３６】
また、絶縁体２１Ｆは、液状の絶縁樹脂を、外部導体２１Ｂと中心導体２１Ａ（凸部２１Ｅ）との間に充填することでも良い。ただし、均一に充填されることが必ずしも確保できない可能性もあるので、フィルムチューブ形状の絶縁体２１Ｆを外部導体２１Ｂと中心導体２１Ａ（凸部２１Ｅ）との間に挿嵌することが、より容易に且つ確実に高耐圧化を図るためによい。
【００３７】
その絶縁体２１Ｆの材質は、特定のものである必要はないが、例えばテフロン(登録商標)が好適に利用できる。絶縁体２１Ｆとしてテフロン(登録商標)を用いると、その絶縁体力は２００ｋＶ／ｃｍ以上であり、空気中の絶縁体力の２０倍以上である。このため、例えば、外部導体２１Ｂの内径が２０ｍｍで凸部２１Ｅの直径が１８ｍｍの場合においても、１ｍｍ厚さの被覆があれば、５０ｋＷの電力伝送が支障なく、充分可能である。
【００３８】
さて、以上のように構成された同軸のＬＰＦ２１Ｃの特性が、図４に示されている。図４のＬＰＦ２１Ｃの特性は、横軸に周波数で縦軸に利得をとった、伝送特性と反射特性とを示す特性図である。レーダの周波数帯域２９００ＭＨｚ〜３１００ＭＨｚでは、伝送特性の減衰はきわめて少なく、また反射特性は−２０ｄＢ以下であり、挿入損失は小さくなっている。そして、その伝送特性は、レーダの周波数帯域を超えると急激に低下していることが分かる。
【００３９】
図５は、ロータリージョイント２２中の同軸管２１にＬＰＦを設けた場合のスプリアス抑制効果を説明する図である。図５において、一点鎖線で示される特性は、ＩＴＵで規定されるスペクトラムマスクであり、破線で示す特性は、送信機に用いられるマグネトロンの発振スペクトラムであり、また、実線で示す特性は本発明による同軸管２１にＬＰＦを設けた場合のレーダ空中線の送信スペクトラムである。
【００４０】
図５を参照して、破線で示すマグネトロンの発振スペクトラムのレベルは、マグネトロン特有のπ−１モードの周波数、及び二次高調波、三次高調波の周波数において、一点鎖線で示されるスペクトラムマスクを超えている。なお、レーダ周波数帯域の周波数付近より低い周波数範囲では、破線で示すマグネトロンの発振スペクトラム特性は、実線で示すＬＰＦを設けた場合のレーダ空中線の送信スペクトラムの特性にかぶるので、見えなくなっている。
【００４１】
図５のように、破線で示すマグネトロンの発振スペクトラム特性が、実線で示すＬＰＦを設けた場合のレーダ空中線の送信スペクトラムの特性に改善される結果、π−１モードの周波数、及び二次高調波、三次高調波の周波数において、いずれもＩＴＵで規定されるスペクトラムマスクのレベルを下回っており、スプリアスは十分に抑制されている。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るレーダ空中線の構成を、模式の断面図で示す図
【図２】ＬＰＦを含んでいる同軸管の具体的な構成例を示す図
【図３】同軸管に電力を伝送した場合の電界強度と特性インピーダンスの特性を示す図
【図４】同軸のＬＰＦの特性を示す図
【図５】同軸管にＬＰＦを設けた場合のスプリアス抑制効果を説明する図
【符号の説明】
【００４３】
１０  輻射部
１１  導波管スロットアレイアンテナ
１２  モードフィルタ
１３  ホーン
１４  導波管
１５  同軸・導波管変換部
１６  レドーム
１７  補強板
２０  ペデスタル部
２１  同軸管
２１Ａ  中心導体
２１Ｂ  外部導体
２１Ｃ  ＬＰＦ
２１Ｄ  凹部
２１Ｅ  凸部
２１Ｆ  絶縁体
２２  ロータリージョイント
２３  導波管
２４  同軸・導波管変換部
２５  送受信機
２６  主軸ギア
２７  モータギア
２８  駆動モータ
２９  ペデスタルボックス
【図１】
2007081856.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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