JP4102382B2 - Weather radar equipment - Google Patents
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Description
この発明は、気象観測用のレーダ装置、特に局地気象の観測に有効な気象レーダ装置に関するものである。 The present invention relates to a radar device for weather observation, and more particularly to a weather radar device effective for observation of local weather.
従来の気象レーダ装置は、鏡面の湾曲度を比較的小さくすると共に、鏡軸上で鏡面端面より外方に一次放射器を配設した反射鏡を備え、上記反射鏡を水平方向及び上下方向に回動可能に支承した構造としていた。(例えば非特許文献1参照)。 A conventional weather radar apparatus includes a reflecting mirror that has a relatively small degree of curvature of the mirror surface and a primary radiator disposed on the mirror axis and outward from the end surface of the mirror surface. The structure was supported so that it could rotate. (For example, refer nonpatent literature 1).
従来の気象レーダ装置は以上のように構成されており、パラボラ・アンテナをレーダ・アンテナとして常識的な設計で使っているので、送受信機がアンテナとは別の場所に設置されている結果、気象レーダに必要な可搬性を十分に有していないという問題点があった。
また、送受信機がアンテナと離れているために伝送損失が大きく、1mm/hの降雨のような弱い気象現象を観測するには十分な感度を有していないという問題点もあった。
The conventional meteorological radar system is configured as described above, and since the parabolic antenna is used as a radar antenna with a common sense design, the transmitter / receiver is installed at a location different from the antenna. There was a problem that it did not have sufficient portability required for radar.
In addition, since the transmitter / receiver is separated from the antenna, transmission loss is large, and there is a problem that it does not have sufficient sensitivity to observe weak weather phenomena such as 1 mm / h rainfall.
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、気象レーダ装置として必要な可搬性の確保と気象現象に対する高感度観測性能を実現することができる気象レーダ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a weather radar apparatus capable of ensuring portability necessary for a weather radar apparatus and realizing high-sensitivity observation performance for weather phenomena. With the goal.
この発明に係る気象レーダ装置は、円形のパラボラ面を有し、気象レーダとしてのアンテナ利得を確保し得る開口径を有すると共に、鏡軸上で鏡面端面が形成する面内に上記鏡面の焦点が位置するような湾曲度を有し、一次放射器の放射面を上記面内に配設して開口角を90度とすることにより山間地で使用する気象レーダに障害となる広角サイドローブを減少させたパラボラ反射鏡と、上記パラボラ反射鏡を反射鏡支持機構を介して上下方向に回動可能に支承する回転台と、この回転台の下部に設けられ上記回転台とパラボラ反射鏡とを水平方向に回動し得るようにされた回転機構部と、上記パラボラ反射鏡の背面で上記回転機構部の下部に設けられ上記回転機構部、回転台及びパラボラ反射鏡を一体的に支持する送受信機とを備え、上記回転台と回転機構部及び送受信機は垂直方向に同一の回転中心を有し、上記反射鏡支持機構は上記パラボラ反射鏡の鏡面端面が形成する面がほぼ垂直方向に保持された状態において、上記パラボラ反射鏡の回転放物面の中心部が上記送受信機のパラボラ反射鏡側端面より上記回転台のパラボラ反射鏡支承部側に位置すると共に、上記パラボラ反射鏡の下端が上記送受信機の上端面より下方に位置するように、かつ上記パラボラ反射鏡が上記送受信機の側周面の回りを回転し得るように上記回転台に支承され、上記送受信機はその上面が上記回転機構部の下面と対向し、上記回転機構部はその上面が上記回転台の下面と対向すると共に、上記パラボラ反射鏡の回転放物面の中心部を貫通する給電導波管が上記反射鏡支持機構と上記回転台と上記回転機構部とを貫通して上記一次放射器と上記送受信機とを接続し、上記一次放射器と送受信機との距離を短くしたものである。 The weather radar apparatus according to the present invention has a circular parabolic surface, an aperture diameter capable of securing an antenna gain as a weather radar, and the focal point of the mirror surface within a plane formed by the mirror end surface on the mirror axis. A wide angle side lobe that interferes with weather radar used in mountainous areas is reduced by arranging the radiation surface of the primary radiator in the above-mentioned plane and setting the opening angle to 90 degrees. A parabola reflector, a turntable that supports the parabola reflector so as to be pivotable in the vertical direction via a reflector support mechanism, and the turntable and the parabola reflector provided at the lower part of the turntable horizontally. A rotating mechanism portion that can be rotated in a direction, and a transceiver that is provided behind the parabolic reflector and below the rotating mechanism portion, and integrally supports the rotating mechanism portion, the rotating table, and the parabolic reflector. equipped with a door, above The turntable, the rotation mechanism unit, and the transmitter / receiver have the same rotation center in the vertical direction, and the reflector support mechanism is configured so that the surface formed by the mirror end surface of the parabolic reflector is held in a substantially vertical direction. The center part of the parabolic surface of the parabolic reflector is positioned closer to the parabolic reflector support part side of the rotary table than the parabolic reflector side end face of the transceiver, and the lower end of the parabolic reflector is the upper end face of the transceiver The parabola reflector is supported by the turntable so as to be positioned further downward and can rotate around the side peripheral surface of the transceiver. The rotating mechanism section faces the lower surface of the rotating table, and the feeding waveguide passing through the center of the parabolic surface of the parabolic reflector includes the reflecting mirror support mechanism and the rotating table. And above By rolling through a mechanism connecting the primary radiator and the transceiver above, it is obtained by shortening the distance between the primary radiator and the transceiver.
この発明に係る気象レーダ装置は更に、上記回転機構部の駆動部と上記送受信機とを同一収納部に収納したものである。 In the weather radar device according to the present invention, the drive unit of the rotation mechanism unit and the transceiver are stored in the same storage unit.
この発明に係る気象レーダ装置は上記のように構成されており、反射鏡の回転放物面の湾曲度を大きくしているため、反射鏡の背面下部における反射鏡端面が回転中心から大きく離れることから、反射鏡の背面下部に生じた空間を利用して、この部分に送受信機を設置してもアンテナ全体の回転半径が大きくならない。従ってレーダ装置全体としてより小型にできるので、可搬性が向上する。 The meteorological radar apparatus according to the present invention is configured as described above, and since the degree of curvature of the rotating paraboloid of the reflecting mirror is increased, the reflecting mirror end face at the lower back of the reflecting mirror is greatly separated from the rotation center. Therefore, even if a transmitter / receiver is installed in this portion using the space generated in the lower back of the reflector, the radius of rotation of the entire antenna does not increase. Accordingly, the radar device as a whole can be made smaller, and portability is improved.
また、反射鏡の焦点距離が鏡面の湾曲度に対応して最短点になるので、一次放射器が反射鏡面に近くなる。従って、フィドームを反射鏡前面に取り付ける場合、フィドームを浅くかつ薄く製造することができるので、製造が容易でコストが低減されると共に、可搬性が向上する。また、給電導波管の長さを短くできることから伝送損失を減少することができる。 Further, since the focal length of the reflecting mirror becomes the shortest point corresponding to the degree of curvature of the mirror surface, the primary radiator becomes close to the reflecting mirror surface. Therefore, when the fidome is attached to the front surface of the reflecting mirror, the fidome can be manufactured to be shallow and thin, so that the manufacture is easy, the cost is reduced, and the portability is improved. Further, since the length of the feed waveguide can be shortened, transmission loss can be reduced.
更に、一次放射器を180度開口アンテナとして使用するので、反射鏡端面方向への電波放射が少なく、従って放射電波の反射鏡端面からのスピル・オーバーが少ない。従って、アンテナ全体として広角サイドローブが少ないので、山間地などで使用する場合、周辺の山からの反射エコーが少なくなり、局地気象観測への適合性が高くなる。 Further, since the primary radiator is used as the 180-degree aperture antenna, there is little radio wave radiation in the direction of the reflecting mirror end face, and therefore there is little spillover of the radiated radio wave from the reflecting mirror end face. Therefore, since the entire antenna has few wide-angle side lobes, when used in a mountainous area, reflection echoes from surrounding mountains are reduced, and suitability for local weather observation is improved.
更にまた、送受信機をアンテナの背面下部に配置しているため、アンテナと送受信機間の伝送線路長を短くすることができ、伝送損失が低減されて、送信電力が増大し受信感度が良くなる。
従って、レーダ装置としてのシステム利得が向上し、局地観測用レーダとして必要な弱い気象現象例えば1mm/hの降雨を観測できるようになる。
Furthermore, since the transmitter / receiver is disposed at the lower back of the antenna, the transmission line length between the antenna and the transmitter / receiver can be shortened, transmission loss is reduced, transmission power is increased, and reception sensitivity is improved. .
Therefore, the system gain as a radar apparatus is improved, and it becomes possible to observe a weak meteorological phenomenon necessary for a local observation radar, for example, 1 mm / h rainfall.
また、アンテナの回転駆動機構を送受信機と同じ収納部に収納しているので、完全な一体化構造とすることができ可搬性が向上する。 In addition, since the rotation drive mechanism of the antenna is housed in the same housing as the transceiver, a completely integrated structure can be obtained, and portability is improved.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図にもとづいて説明する。図1は、実施の形態1による気象レーダ装置の全体構成を示す側面図である。図1において反射鏡外枠1は反射鏡2の外周部位に機械的強度を持たせるものであり、反射鏡支持枠7は反射鏡2を背面から機械的に支持する枠である。
フィドーム3は降雪等が反射鏡面に付着することを防止するための電波を透過する合成樹脂製またはゴム製の薄い膜である。必要に応じて取り付けるものであり、実施の形態1では後述のように、一次放射器4及びその給電導波管5が前方にあまり張り出していないので取り付けが容易である。
The
支持ワイヤ8は一次放射器4を支持するものであり、アンテナ回転や風により一次放射器4が振動するのを防止する。6は反射鏡2の中心を貫通して一次放射器4の給電導波管5に至る接続用給電導波管である。反射鏡支持機構9は反射鏡2の全体を支持する機構である。10は反射鏡2を上下方向に回動してその向きを仰角方向で設定するための回転軸であり、通常は上向き5°から下向き2°までの範囲で設定できることが望ましい。
The
11は回転台であり、この部位から上の部分が水平方向に定常回転する。回転速度は通常2rpm〜2.4rpm程度に設定されることが望ましい。回転機構部12にはアンテナを水平方向に定常回転させるための電気モータや回転角度を検出するためのロータリー・エンコーダが収納されている。
送受信機部13には送受信機の構成品が収納されると共に、回転機構部12の駆動部が収納されている。従って、アンテナ、送受信機、回転機構部の全てが一体化された構造とされている。14はそれらの一体化されたレーダ装置の架台であり、15は実施の形態1の気象レーダ装置を使用期間中だけ地上に固定するための金具であり、地上のアンカーボルト等にネジにより固定される。使用後、別の場所に移動するときにはネジを取り外せばよい。16はアンテナの水平度を調整するハンドル、17はアンテナ・ティルトの調整ハンドルである。
The transmitter /
図2は実施の形態1による気象レーダ装置の背面図である。反射鏡2に接続用給電導波管6の貫通部18を設け、反射鏡2の背面にフレキシブル給電導波管19を設けることで、反射鏡2、一次放射器4、給電導波管5及び接続用給電導波管6でパラボラ・アンテナを形成している。
FIG. 2 is a rear view of the weather radar apparatus according to the first embodiment. By providing the reflecting
パラボラ・アンテナの反射鏡2は、その鏡面の中心軸上に1点の焦点を持つ回転放物面である。焦点に置かれた一次放射器4の開口面から反射鏡2に向かって放射された電波は反射鏡2によって反射され、アンテナの開口面全体に分布した平面波に変換される。
従って、開口面から進む波は前方にエネルギーが集中され、いわゆるアンテナ・ビームが形成される。反射鏡2の開口径はアンテナ利得Gとの間で次のような関係にある。
The
Accordingly, the wave traveling from the aperture surface is concentrated in the forward direction, forming a so-called antenna beam. The aperture diameter of the reflecting
アンテナ利得Gは気象レーダのレーダ方程式で必要とされるシステム利得から決定される。アンテナ利得Gが定まれば、反射鏡2の開口面積が定まり、その半径が決まる。
ただし、実施の形態1のアンテナのように小型・軽量で可搬性を要求される場合は、他のシステム・ファクターとのトレード・オフにより、極力小さいアンテナ径でシステム利得が満足できるように決定される。
The antenna gain G is determined from the system gain required by the radar equation of the weather radar. When the antenna gain G is determined, the aperture area of the reflecting
However, if the antenna is required to be small and light like the antenna of the first embodiment, it is determined so that the system gain can be satisfied with the smallest possible antenna diameter by trade-off with other system factors. The
決定された反射鏡径に対して、鏡面をどのようにするかは別の要素を考慮して決定される。式(1)に含まれるアンテナ開口能率ηaがそれである。開口能率ηaは最大値が1の係数であり、主として反射鏡2に電波を放射する一次放射器4の指向性によって決定される。
他にも開口能率を左右する要素はあるが、ここでは主要要素である一次放射器4の指向性について説明する。
How to make the mirror surface with respect to the determined reflecting mirror diameter is determined in consideration of another factor. This is the antenna aperture efficiency η a included in equation (1). The aperture efficiency η a is a coefficient having a maximum value of 1, and is determined mainly by the directivity of the
Although there are other factors that affect the aperture efficiency, the directivity of the
まず、鏡面の決定について説明する。図3は、鏡面形状をその焦点距離と対比して描いたものである。実施の形態1ではアンテナ利得Gはシステム利得からG=36dBとしている。このアンテナ利得値は給電導波管5、6や導波管フィルター等のもたらす伝送線路損失を含んでいるので、純粋のアンテナ単体利得ではない。
First, the mirror surface determination will be described. FIG. 3 shows the mirror surface shape as compared with its focal length. In the first embodiment, the antenna gain G is set to G = 36 dB from the system gain. Since this antenna gain value includes transmission line loss caused by the
このアンテナ利得を確保するために必要な反射鏡半径はd=60cmとなる。半径d=60cmという条件を満たす反射鏡鏡面は図3に示すように(3)から(10)まで数多くある。即ち、そこで半径d=60cmの一点鎖線で示した位置で反射鏡の鏡面を切断して、その切断した反射鏡の対応する焦点距離を示すと、太い点線で示したようになる。 The radius of the reflector required to secure this antenna gain is d = 60 cm. As shown in FIG. 3, there are a large number of reflecting mirror surfaces satisfying the condition of radius d = 60 cm from (3) to (10). That is, when the mirror surface of the reflecting mirror is cut at a position indicated by a one-dot chain line with a radius d = 60 cm, and the corresponding focal length of the cut reflecting mirror is indicated, it is indicated by a thick dotted line.
そこで実施の形態1では焦点距離30cmの場合、即ち(3)の鏡面を採用した。これは半径60cmの反射鏡を形成するものとしては最も大きく曲がった鏡面である。通常は後述するアンテナ開口能率との関係で、鏡面(4)、(5)、(6)等が選定されるが、実施の形態1の場合は鏡面の湾曲度を大きくして反射鏡背面にできる限り大きいスペースを生み出すようにしている。 In the first embodiment, therefore, the focal length of 30 cm, that is, the mirror surface (3) is adopted. This is the mirror surface that is bent the most to form a reflector having a radius of 60 cm. Normally, the mirror surface (4), (5), (6), etc. are selected in relation to the antenna aperture efficiency described later, but in the case of the first embodiment, the degree of curvature of the mirror surface is increased and the back surface of the reflector is increased. I try to create as much space as possible.
図4は反射鏡2の焦点距離と鏡面湾曲度との関係を示すものであり、焦点距離の変化に対応して反射鏡2の端面が反射鏡2の中心から降ろした垂線からどの程度離れるかを示している。この図は次式から導き出される。直角座標で放物面の頂点を原点0にとりz軸を回転軸とするとパラボラの焦点距離をfとするとき、x軸、y軸は放物面の広がり面であり、縦軸をx軸、横軸をy軸とする。
FIG. 4 shows the relationship between the focal length of the reflecting
x2+y2=4fz (2)
ここでy=0とおくと、
z=x2/4f (3)
で図4のグラフが求められる。
x 2 + y 2 = 4 fz (2)
If y = 0 here,
z = x 2 / 4f (3)
4 is obtained.
この図によればf=30cmの場合、反射鏡端面は原点(0)即ちx軸から30cm離れていることが判る。60cmの場合と比較すると15cmも差があることが判る。この差はこの発明のような主として小型気象レーダ装置の場合は決定的に重要なことである。 According to this figure, when f = 30 cm, it can be seen that the end face of the reflecting mirror is 30 cm away from the origin (0), that is, the x-axis. It can be seen that there is a difference of 15cm compared to the case of 60cm. This difference is critical in the case of mainly small weather radar devices such as the present invention.
局地気象観測、特に局地降雨の観測のためにはアンテナを水平か若干下向きにして回転させる必要があり、反射鏡鏡面が浅い場合、背面にスペースを確保することが困難である。即ち、図1において反射鏡2の背面と回転機構部12及び送受信機部13とが当接しないようにしなければならない。そのためには反射鏡位置を高くするか、反射鏡支持機構9を水平方向に長くするしかない。そうするとアンテナの高さが増加し、または回転半径が大きくなり、その分の寸法と重量が増加し、可搬性が低下する。
It is necessary to rotate the antenna horizontally or slightly downward for local meteorological observation, especially for local rainfall observation. When the mirror surface is shallow, it is difficult to secure a space on the back. That is, in FIG. 1, it is necessary to prevent the back surface of the reflecting
従来の小型気象レーダ装置では送受信機を別の離れた場所に設置し、反射鏡背面には回転機構部12のみを配置していたので、反射鏡の鏡面曲がりを重視する必要はなかった。回転機構部12のみならそれ自体が小型だからである。この発明にかかる気象レーダ装置では送受信機を反射鏡2の背面下部に配置し、給電導波管5、6等のもたらす伝送線路損失を極力小さくして気象現象の観測に必要なシステム利得を確保し、しかも可搬性と両立するようにしている。
In the conventional small-sized weather radar apparatus, the transmitter / receiver is installed at a separate location, and only the
次に、鏡面湾曲度を大きくしたことがアンテナの特性にもたらす影響について説明する。鏡面湾曲度を可能な最大点においた結果、焦点距離は限界まで短くなり、一次放射器4の放射面は反射鏡2の端面が形成する面と同一面上になる。従って、一次放射器4はいわゆる「180度開口」型として使用することになる。一般に用いられる一次放射器4の指向性を表す式は次の通りである。
Next, the effect of increasing the mirror curvature on the antenna characteristics will be described. As a result of placing the specular curvature at the maximum possible point, the focal length is shortened to the limit, and the radiation surface of the
√G(Ψ)=(1+t)e-αt (4)
但し、αは鋭さを表す定数、Ψは一次放射器から反射鏡を見た角度。
√G (Ψ) = (1 + t) e -αt (4)
Where α is a constant representing the sharpness, and Ψ is the angle at which the reflector is viewed from the primary radiator.
図5はαをパラメータとして一次放射器4の指向性を示す図である。実施の形態1では普通の導波管開口型一次放射器4を用いているので、α=3に相当する指向特性である。
このときΨ=90°即ち反射鏡2の端面での利得は中心値より-20dBまで落ちている。即ち、反射鏡2の端面からスピル・オーバーして直接に空間に放射される電波は比較的少ない。
FIG. 5 is a diagram showing the directivity of the
At this time, Ψ = 90 °, that is, the gain at the end face of the reflecting
従って、アンテナ全体としてみた広角サイドローブ、特に90°方向のサイドローブが少ないという特性が得られる。この特性はこの発明の気象レーダ装置のように局地気象観測のために山間地に設置して使用されるレーダ装置には重要な特性である。その理由は、周辺が山に囲まれている地形条件のもとで使用するので、山からの反射エコーが少ないことはアンテナ正面の観測方向における観測精度に与える地上反射の影響が少ないことになるからである。
一次放射器4の開口角Ψに対する開口能率ηaは上記αをパラメータとして次の式で表される。
Therefore, the characteristic that the wide-angle side lobe as a whole antenna, especially the side lobe in the 90 ° direction is small can be obtained. This characteristic is an important characteristic for a radar apparatus that is used in a mountainous area for local weather observation, such as the weather radar apparatus of the present invention. The reason for this is that it is used under topographical conditions where the surrounding area is surrounded by mountains, so that there are few reflection echoes from the mountains, and the influence of ground reflection on the observation accuracy in the observation direction in front of the antenna is small. Because.
The aperture efficiency η a with respect to the aperture angle Ψ of the
図6はこれをグラフにて示すものである。この図から判るようにα=3においては開口能率が最大となるのは開口角が60°から70°近辺である。しかし、敢えて開口角を90°として開口能率の下がった点で使用している。 FIG. 6 shows this graphically. As can be seen from this figure, when α = 3, the opening efficiency becomes maximum when the opening angle is around 60 ° to 70 °. However, it is used because the opening efficiency is lowered by setting the opening angle to 90 °.
開口能率が低下するということは本来得られるべきアンテナ利得が得られないということであり、図5で言えばアンテナ利得値で1dB以上の損失になるということである。
しかし、気象レーダの場合、アンテナ利得がシステム利得に占める重要性は通常のレーダ装置に比して小さいということに着目して、この発明ではアンテナ開口能率よりも上記のような他の特性の向上を重視している。
The reduction in aperture efficiency means that the antenna gain that should be originally obtained cannot be obtained. In FIG. 5, the antenna gain value results in a loss of 1 dB or more.
However, in the case of weather radar, paying attention to the fact that the antenna gain occupies the system gain is smaller than that of a normal radar device, the present invention improves the above other characteristics than the antenna aperture efficiency. Is important.
気象レーダの気象目標(降雨域や降雪域)の広がりはレーダビームの広がりよりも大きい。目標からの受信電力は航空機などが目標の場合には距離の4乗に比例して弱まるのに対して距離の2乗に比例して弱くなる。これは換言すると気象レーダではアンテナ利得が見かけ上、ワン・ウエイ(one way)にしか効かないことを意味する。気象レーダのレーダ方程式は次式で表される。 The spread of weather radar meteorological targets (rainfall and snowfall) is greater than the spread of radar beams. The power received from the target is weaker in proportion to the square of the distance while it is weaker in proportion to the square of the distance when the aircraft is the target. In other words, this means that in weather radar, the antenna gain is apparently effective only in one way. The radar equation of weather radar is expressed by the following equation.
となる。(8)式を見ると、G0は1回しか乗算されず、ワン・ウエイにしか効いていないことが判る。この発明は気象レーダのこの特性に着目している。 It becomes. Looking at equation (8), it can be seen that G 0 is multiplied only once and works only for one way. The present invention focuses on this characteristic of weather radar.
図7は、回転機構部12及び送受信機部13の内部構造を示す概念図である。19はフレキシブル導波管、20は導波管フイルター、21は回転機構部貫通導波管、22はロータリー・ジョイントである。23は回転駆動モータ、24はそのモータ軸に取り付けられている駆動歯車である。25は回転機構部12に固定されている内歯車であり、駆動歯車24と噛み合っている。回転機構部貫通導波管21の回りにはエンコーダ駆動歯車26が取り付けられている。これに噛み合っているのがエンコーダ回転歯車27である。28はエンコーダである。ベアリング29は回転機構部12を送受信機部13の上に回転自在に支えるものである。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing the internal structure of the
図8は、図7のロータリー・ジョイント22から下の部位の電気的系統図を示すものである。図7の内部構造概念図と対応する部分には同じ符号を付している。以下、図8について説明する。30は曲げ導波管、31は送受切替用サーキュレータ、32はリミター、33は低雑音ミキサー、34はマグネトロンの出力導波管、35はマグネトロン、36はパルス・トランス、37は高圧変調器、38はヒータ電源、39は高圧変調器電源、40はパルス発生器、41は受信機、42はDC−DCコンバータ、43は電源部、44は端子板、45は送信管であるマグネトロンの冷却ファンである。
FIG. 8 shows an electrical system diagram of a portion below the rotary joint 22 of FIG. Portions corresponding to the conceptual diagram of the internal structure in FIG. Hereinafter, FIG. 8 will be described. 30 is a bending waveguide, 31 is a transmission / reception switching circulator, 32 is a limiter, 33 is a low noise mixer, 34 is a magnetron output waveguide, 35 is a magnetron, 36 is a pulse transformer, 37 is a high voltage modulator, 38 Is a heater power supply, 39 is a high voltage modulator power supply, 40 is a pulse generator, 41 is a receiver, 42 is a DC-DC converter, 43 is a power supply unit, 44 is a terminal plate, 45 is a
以下、図7及び図8にもとづいて実施の形態1の動作について説明する。反射鏡2の中心を給電導波管貫通部18で貫通した給電導波管はその直後でフレキシブル導波管19となる。この導波管19はアンテナの仰角方向の向き(アンテナ・ティルト)を可変とするためにフレキシブルになっている。その下部に導波管フィルター20があり、マグネトロン35からの送信出力電力の内、空間への不要輻射となる広帯域成分を除去する。
Hereinafter, the operation of the first embodiment will be described with reference to FIGS. The feeding waveguide that penetrates the center of the reflecting
回転機構部貫通導波管21の下にロータリー・ジョイント22があり、ここで回転する部位と固定部位との間の導波管接続が行われている。送受信機部13の内部には回転機構部12を駆動する回転駆動モータ23があり、その動力は駆動歯車24と内歯車25との噛み合いにより、回転機構部12に伝えられ、図7にA−Aの一点鎖線で示す線から上部が回転する。エンコーダ駆動歯車26は回転機構貫通導波管21の周囲に取り付けられており、回転機構部12の回転をエンコーダ回転歯車27に伝える。それによってエンコーダ28が角度信号を出力する。
A rotary joint 22 is provided below the rotation mechanism
ベアリング29は回転機構部12から上の質量を回転自在に支えるものである。このベアリング29の荷重をできるだけ軽くするには、回転部位から上の重心ができるだけ回転中心に近いことが望ましい。中心に近いほどベアリングにかかるところの回転に伴う不平衡荷重を減らすことができる。そのためには不平衡荷重の要素である反射鏡2(図7の点線)ができるだけ回転中心に近くあることが望ましい。実施の形態1では反射鏡2の湾曲度を大きくして回転中心に近づけている。
The
ロータリー・ジョイント22の出力は曲げ導波管30に接続されており、その出力はすぐに送受切替用サーキュレータ31に接続されている。その受信側出力は送信出力のリミター32を経由して低雑音ミキサー33に入る。ここで中間周波数に変換され受信機41に入る。また、送受切替用サーキュレータ31の入力側は出力導波管34を介してマグネトロン35に接続されている。実施の形態1の特徴とするところは、この送受切替用サーキュレータ31がアンテナのすぐ近くに配置されている点にある。
The output of the rotary joint 22 is connected to the bending
パラボラ・アンテナを用いた従来のレーダ装置では、この送受切替用サーキュレータ31がアンテナとは離れたところに置かれ、それから送受信機に接続されていた。従って、アンテナに至るまでの給電導波管が長いので、それによる損失が大きかった。これらの送受信機は図8に示すような構成と内部構造を有すると共に、図7に示すような配置空間を要するので、かなり大きくならざるを得ない。
In a conventional radar apparatus using a parabolic antenna, the transmission /
これをパラボラ・アンテナの背面に配置しようとすれば、パラボラ・アンテナを回転中心からもっと大きく離すしか無いが、そうするとアンテナの荷重による転倒モーメントが大きくなり、パラボラ・アンテナを支持する機構や架台が大きくなり、またレドームを用いる場合、その外径が大きくなる。それを避けようとすると、パラボラ・アンテナを送受信機の上に配置するしかない。そうすると、背が高くなることになる。 If you try to place this on the back of the parabolic antenna, you have to move the parabolic antenna farther away from the center of rotation, but doing so increases the overturning moment due to the antenna load, and the mechanism and pedestal that supports the parabolic antenna increases. In addition, when a radome is used, its outer diameter increases. The only way to avoid it is to place the parabolic antenna above the transceiver. Then you will be taller.
従来装置ではこのように装置全体の質量と寸法が増大し、小型気象用レーダ装置としての可搬性が低下していた。実施の形態1によるレーダ装置ではパラボラ・アンテナの反射鏡の鏡面曲率を大きくして、反射鏡背面に送受信機を配置できるような空間が形成できるようにしているので、アンテナと送受信機がコンパクトにまとまり、一人の作業員でも4時間以内での設置または撤収が可能となっており、可搬性に優れている。 In the conventional apparatus, the mass and size of the entire apparatus are thus increased, and the portability as a small-sized meteorological radar apparatus is reduced. In the radar apparatus according to the first embodiment, the mirror curvature of the reflector of the parabolic antenna is increased so that a space can be formed so that the transmitter / receiver can be arranged on the rear surface of the reflector. It can be installed and withdrawn within 4 hours even by a single worker, and is highly portable.
受信機41に入った信号は気象現象受信に必要なダイナミック・レンジの広い対数増幅器などを用いて処理されるが、上記のように給電導波管における損失が極限まで低く抑えられているので、ダイナミック・レンジの広さが生かされ、特に弱い気象現象を高感度で受信できると共に、併せて強い気象現象も受信できる特性を有する。
The signal entering the
マグネトロン35はパルス・トランス36により高電圧パルスで励振され高周波送信パルスを発振する。そのヒータはヒータ電源38から給電される。パルス・トランス36は高圧変調器37により励振される。その電源は高圧変調器電源39から供給される。
パルス発生器40は受信機41からトリガー信号を受取り、パルスを発生して高圧変調器37を励振する。
The
The
冷却ファン45はマグネトロン35を冷却するものである。図7に示すように、送受信機部13にはロータリー・ジョイント22以下冷却ファン45に至るまでのものがコンパクトに配置されている。送受信機部13の寸法は、その縦、横、高さが反射鏡背面に配置するにあたり一体化構造としてバランスよく設定されている。
The cooling
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2について説明する。上述した実施の形態1では反射鏡鏡面の湾曲度を反射鏡開口径に対応する鏡面の内、最大湾曲度のものとすることにより、一次放射器4の放射面が反射鏡端面の形成する面と同一面上にあり、一次放射器4が180度開口アンテナとして動作するものであったが、実施の形態2は、反射鏡2の焦点距離を実施の形態1よりも若干大きくし、一次放射器4の放射面を対応する位置にまで後退させて反射鏡の端面より外方に位置させ、180度未満の開口アンテナとして動作させるようにしたものである。このようにしても実施の形態1とほぼ同様の効果を奏するが、その効果は焦点距離が大きくなるにつれて比例的に低下する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, the curvature of the reflecting mirror surface is the maximum curvature of the mirror surfaces corresponding to the opening diameter of the reflecting mirror, so that the radiation surface of the
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3について説明する。上述した実施の形態1では回転機構部12の上縁部の外形は図9に実線で示すように、側面からみてほぼ直角形状としていたが、実施の形態3は、図9において一点鎖線で示すように、上方に向けて傾斜する傾斜面とし、回転機構部12の全体の形状を角錐円筒形としたものである。このような構成にすると、反射鏡2と回転機構部12とのクリアランスが更に取れるので、反射鏡2の回転半径をその分だけ小さくすることができるが、回転機構部12の内歯車25の直径が小さくなるので、回転駆動モータ23の駆動力を高める必要がある。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, the outer shape of the upper edge portion of the
1 反射鏡外枠、 2 反射鏡、 3 フィドーム、 4 一次放射器、
5 一次放射器給電導波管、 6 接続用給電導波管、 7 反射鏡支持枠、
9 反射鏡支持機構、 10 仰角調整軸、 11 回転台、
12 回転機構部、 13 送受信機部、 14 架台、 15 固定金具、
16 水平調整ハンドル、 17 アンテナ・ティルト調整ハンドル、
18 給電導波管反射鏡貫通部、 19 フレキシブル導波管、
20 導波管フィルター、 21 回転機構部貫通導波管、
22 ロータリー・ジョイント、 23 回転駆動モータ、 24 駆動歯車、
25 内歯車、 26 エンコーダ駆動歯車、 27 エンコーダ回転歯車、
28 エンコーダ、 29 ベアリング、 30 曲げ導波管、
31 送受切替用サーキュレータ、 32 リミター、 33 低雑音ミキサー、
34 マグネトロン出力導波管、 35 マグネトロン、 36 パルス・トランス、 37 高圧変調器、 38 ヒータ電源、 39 高圧変調器電源、
40 パルス発生器、 41 受信機、 42 DC−DCコンバータ、
43 電源部、 44 端子板、 45 冷却ファン。
1 reflector outer frame, 2 reflector, 3 fidome, 4 primary radiator,
5 Primary
9 reflector support mechanism, 10 elevation angle adjusting shaft, 11 turntable,
12 rotation mechanism part, 13 transceiver part, 14 mount, 15 fixing bracket,
16 Horizontal adjustment handle, 17 Antenna tilt adjustment handle,
18 Feeding waveguide reflector mirror penetration part, 19 Flexible waveguide,
20 waveguide filter, 21 rotation mechanism section through waveguide,
22 rotary joints, 23 rotary drive motors, 24 drive gears,
25 internal gear, 26 encoder driving gear, 27 encoder rotating gear,
28 encoder, 29 bearing, 30 bending waveguide,
31 circulator for transmission / reception switching, 32 limiter, 33 low noise mixer,
34 magnetron output waveguide, 35 magnetron, 36 pulse transformer, 37 high voltage modulator, 38 heater power supply, 39 high voltage modulator power supply,
40 pulse generator, 41 receiver, 42 DC-DC converter,
43 power supply, 44 terminal board, 45 cooling fan.
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