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氣象雷達雷達雷達的事例

為了減輕局部大雨和暴雨的破壞，國土交通省安裝了XRAIN的X波段雷達 (8~12GHz)，能夠進行高解析度的準實時觀測。
C波段雷達 (4~8GHz) 適用於廣域觀測，而XRAIN能夠詳細實時地觀測局部暴雨^*1。
然而，頻率較高的X波段的無線電波衰減量隨著到達樹脂表面的水膜而增加。

雨水在穹頂表面形成水膜

即使是小雨也會導致天線罩表面形成水膜，從而減弱訊號。水膜的厚度依降雨強度、天線罩材料、表面狀況等而變化。
圖 1 顯示了在均勻、光滑、未經處理的直徑 5 m 的天線罩表面上形成的水膜的估計厚度。例如，每小時30毫米的降雨量可導致表面形成0.2毫米厚的水膜。

如果不採取水膜措施，由於水膜衰減^*3，操作範圍變得非常窄

事實上，在大雨期間，由於天線罩上有水膜，訊號明顯減弱，觀測範圍變得極為狹窄。
例如，每小時30毫米的降雨可以在天線罩表面形成0.2毫米厚的水膜，導致5.0分貝的衰減。
如圖2所示，觀測範圍從正常的80公里縮小到10公里。

水膜對策的要點

通過在樹脂塗層表面塗上接觸角140度以上的防水材料^*3，可抑制水膜的產生。
兼具超防水性與耐久性的HIREC ^®，表面與水滴的接觸角可達150度。
更備有自行清潔裝置，可維持約3年的防水性能。

HIREC ®在XRAIN的X波段MP雷達反射器中採用了防水膜衰減技術。

*1) 《日本河流管理中的降水雷達觀測》，國土交通省，2013年9月30日，http://www.mlit.go.jp/river/pamphlet_jirei/pdf/xrain_en.pdf (1.7MB)
*2) “9GHz頻段氣象雷達罩衰減降低技術改進研究報告”，先進通訊技術研究發展中心，2009年3月。
*3） “9GHz頻段天氣雷達雷達罩衰減對抗措施研究”，先進通訊技術研究促進中心（AIST）

BS天線示例

降雨時天線的電波衰減

① 衛星和天線之間的降雨衰減
➁在天線下的雨中產生的水膜衰減

↓

HIREC大幅降低水膜引起的電波衰減!

圖3是以BS天線為例的模式圖，顯示了因雨導衹電波衰減的情況。

降雨期間的無線電衰減不僅是衛星和BS天線之間的降雨衰減，也就是空間中的雨滴。
水膜衰減。
水膜衰減是雨水附著在BS天線上形成的水膜引起的電波衰減。
在BS天線表面塗佈超防水材料HIREC後，表面幾乎不會形成水膜，可大幅降低水膜衰減。

圖1降雨強度與降雨衰減的關係 — 引自東京衛星仰角為45°時的情況「日本電子信息通信學會期刊(第79卷，1996-1卷)」
圖4降雨強度與降雨衰減量的關係

圖 4 顯示了降雨強度與降雨衰減之間的關係。
當工作頻率超過 10 GHz時，會出現降雨衰減現象，且衰減量隨頻率上升而增加。此外，降雨量越大，衰減量也越大。
例如，在廣播系統 (BS) 使用的 12 GHz頻段中，降雨強度為 5 毫米/小時和 10 毫米/小時分別會導致降雨衰減約 1 分貝和 2 分貝。

上圖以水膜厚度為參數，表示頻率和水膜衰減量的關係。(根據112號氣象研究筆記中的水膜衰減方程和水的復介電常數數據計算得出)
可以看出，即使頻率約為幾GHz,水膜衰減也會發生。頻率越高，水膜越厚，衰減越大。
雖然特定降雨強度下水膜的厚度因天線的尺寸和形狀而異，但我們將介紹139號氣象研究報告中的示例。
10°C、直徑5m的半球形、降雨強度10mm/hr、水膜厚度約0.16mm。從這個例子來看，即使在正常降雨中也可能產生厚度為0.1-0.2mm的水膜。
此外，考慮到紫外線對天線表面的影響，即使在相同的天線上，戶外安裝時間越長，即使降雨量相同，水膜也會越厚。

圖4的降雨衰減數據和圖5的水膜衰減計算結果匯總如圖6所示。
由此可見，水膜衰減的影響不小。特別是在10GHz左右及以下時，水膜對策非常重要。
對天線表面進行防水加工強力防水後，在10GHz以下幾乎不會產生水膜引起的電波衰減。
10GHz以上會產生降雨衰減，但由於可以消除水膜衰減，因此可期待整體衰減的減輕。

天線防雨對策事例

圖5 BS天線 (12 GHz頻段) 的無線電接收特性 — 圖7 BS天線的電波接收特性（12GHz頻段）

圖7是BS天線 (12GHz頻段) 的無線電波接收特性的實際測量示例。
比較有無超防水材料HIREC時，降雨時 (17時~19時) 未塗HIREC的天線產生約3-4dB的衰減，而塗HIREC的天線沒有發生衰減。
降雨強度未知，但由於HIREC塗層天線沒有衰減，因此根據降雨強度和降雨衰減量圖估計為5mm/h或更低。
另外，在降雨強度和降雨衰減量圖中，在5mm/h的降雨強度下，12GHz頻帶的降雨衰減約為1dB,因此圖7中的3-4dB衰減可以解釋為水膜衰減，而不是降雨衰減。
此外，即使在雨後19時之後也發生衰減，這證明由於天線表面仍然存在水膜而導衹水膜衰減。
也就是說，如果天線下雨，則表示雨過天晴後會有一段時間的水膜衰減。另一方面，塗有超防水材料HIREC的天線沒有發生衰減，表示天線表面幾乎沒有水膜。
綜上所述，超防水材料HIREC是水膜衰減的有力對策之一。
最後，有一個故事說即使在10GHz或更低的頻率下也會發生水膜衰減，但由於目前尚未確認，我們將在了解情況後立即添加最新信息。

天線的防水膜的防雪對策事例

防水油佈的對策在冬季也可以安裝。

傳統上，主要是通過直接在天線等上施工來對抗雪，並且在冬季溫度下降並且不能進行現場施工是一個問題。
因此，我將介紹即使在冬季也可以對現場設備採取防雪措施的防水床單的例子。

防水薄膜的優點: 冬季也可安裝←不能在5°C以下對天線進行現場塗裝

1可在-2小時內安裝←天線現場施工至少需要兩天
防水薄膜的缺點: 壽命約為1年 (取決於薄片材料的耐候性) ←傳統現場繪畫的情況下約3年

※防水佈材質:聚乙烯 (PE) 」或聚酯
※防水套為特別訂制。請商量。

防水片的結構和實際

反射鏡:防水片: 在聚乙烯或聚酯薄片 (藍色部分) 上塗上超防水材料【HIREC底漆 (淺綠色部分) 和HIREC 100 (紅色部分) 】。
右圖為將防水墊片安裝在天線反射鏡部的樣子。
轉換器:僅HIREC100 (紅色區域) 用刷子塗漆: HIREC100是一種功能性材料，不是油漆，因此用刷子塗抹時會出現毛刷痕 (凹凸不平) 。白色凹凸是良好防水性的證據。(轉換器放大圖)