JP2009141983A - 全方向性を有する誘電体レンズを用いたアンテナ装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】誘電体レンズを用いたアンテナ装置を提供する。
【解決手段】球形の誘電体レンズの球面の一部を残して、少なくとも１つの平面あるいは曲面でカットして形成し、且つ、被誘電率が３．５以下で、電磁波に対して透明な誘電体で形成した単一構造の誘電体レンズと、この誘電体レンズを位置決め保持するとともに、電磁波に対して透明な誘電体の部材で形成し、カットされた誘電体レンズのカット面を少なくとも覆う構造とした保持機構と、この保持機構に設けられ、電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかを取付け可能であるとともに、誘電体レンズの焦点距離に位置決めされた複数のポートと、保持機構の外部に設けられるとともに、導電体部材で形成され、保持機構を介して少なくともカット面を覆う構造とした導電体部とからなる。
【選択図】図５

Description

この発明は、電磁波に対して透明な誘電体レンズを用いたアンテナ装置に関し、特に、電磁波の内、マイクロ波帯、ミリ波帯及び光波帯に適している全方向性を有する誘電体レンズを用いたアンテナ装置に関するものである。

一般に、空間を伝搬する電磁波には、長波、中波、マイクロ波、ミリ波、さらに、赤外線、紫外線、Ｘ線やガンマー線があり、それぞれ各帯域とも多方面にわたり応用されている。電磁波の中で、波長３８０〜７６０ｍｍの範囲のものは、即ち、光波帯域では、人の目には、光として明るさを感じさせる。そして、現在、ミリ波帯から光波帯の電磁波が、通信の分野で利用され始めている。

従来、通信分野で使用されるミリ波帯域において、例えば、電磁波を反射する反射器としては、金属製のものが多く使用されているが、この反射板を光波帯で使用するには、コーナーキューブのように直角に形成する角度精度や表面を平滑に形成する表面平滑度の高い精度が要求される。又、ミリ波帯より長い波長の帯域、いわゆる電波帯域において使用する全方向性を有する誘電体レンズとしては、発泡スチロール等により誘電率を調整して形成されたルーネベルグレンズがある。

金属製の反射器を光波・ミリ波帯に使用する場合、構造上９０度の範囲でヌル点が両端に表れる。又、実効８０度以上の広角度特性を得ることが出来ない。一方、全方向性を有するものとして発泡スチロール等により形成されているルーネベルグレンズの場合には、光を反射させることが出来ないとの問題があった。そこで、発明者等は、ミリ波帯や光波帯の両方に用いることの出来る誘電体レンズを用いた装置を開発し、さらに、この誘電体レンズを用いて電磁波を受信する機能や反射する機能を有する誘電体レンズ装置を開発して、すでに特許出願している。

これは、図９〜図１０に示すように、誘電体レンズ装置５１は、基本的には球形誘電体レンズ５２、この球形誘電体レンズ５２を内包する誘電体球殻５３、この誘電体球殻５３と球形誘電体レンズ５２とを位置決めするとともに、保持固定するための保持機構５４とにより構成されている。球形誘電体レンズ５２は、誘電体損失の小さい透明な誘電体部材として、透明なポリスチレン樹脂を用いて球形に形成されており、さらに、電磁波（電波及び光波）が球形誘電体レンズ５２を通過する際に屈折されて焦点Ｆに収束されるように形成されている。このように、球形誘電体レンズ５２は、全体が透明な球形であるから、電磁波に対して、即ち、電波帯に限らず光波帯に対しても全方向性を有している。

誘電体球殻５３は、誘電体損失の小さい透明な誘電体部材を用いて、内部が中空の球形に形成されており、さらに、誘電体球殻５３の内球面あるいは外球面の半径、即ち、誘電体球殻５３のいずれか一方の球面の半径が、球形誘電体レンズ５２の焦点距離Ｒと等しい半径となる球形に形成されている。そして、この誘電体球殻５３の内部中心部には、球形誘電体レンズ５２が保持機構５４に固定された状態で配置されているとともに、誘電体球殻５３のいずれか一方の球面が、球形誘電体レンズ５２の焦点距離Ｒに沿って位置するように、保持機構５４により位置決めされている。

保持機構５４は、図９に示すように、誘電体損失の小さい透明な誘電体部材を用いて、誘電体球殻５３の内径と一致する球形を下端部で切断した形状に形成するとともに、この切断面の中央部には、球形誘電体レンズ５２の下端部を嵌合した状態で保持する凹部が設けられている。なお、保持機構５４はこの実施例に限定されることなく、誘電体球殻５３の内部中心部に球形誘電体レンズ５２を内包した状態で、且つ、焦点距離Ｒに沿った位置に誘電体球殻５３のいずれか一方の球面が位置するように、誘電体球殻５３と球形誘電体レンズ５２とを位置決め保持することの出来る構造であれば、如何なる構造であっても良い。電磁波を反射する反射体５５は、球形誘電体レンズ５２の焦点距離Ｒに位置している誘電体球殻５３の内球面あるいは外球面のいずれか一方の球面に配置され位置決めされている。

特開２００４−２３９２２３号公報

しかしながら、先に発明者等が出願したものは、反射器や発生器として、ミリ波帯から光波帯の電磁波に対して利用することの出来る全方向性を有する誘電体レンズ装置の基本的な発明に関するものであった。そこで、このような誘電体レンズ装置を広く利用することの出来る、即ち、応用分野についての開発が待たれていた。

請求項１に係る発明は、電磁波に対して透明な球形の誘電体レンズと、この誘電体レンズを位置決め保持する保持機構と、電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかを取付け可能であるとともに、誘電体レンズの焦点距離に位置決めされたポートとからなり、電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかをポートに取付けた場合、ポート及び誘電体レンズを介して電磁波の送受信又は送信又は受信の何れかが可能なことを特徴とする誘電体レンズを用いたアンテナ装置である。

請求項２に係る発明は、被誘電率が３．５以下で、電磁波に対して透明な誘電体で形成した単一構造の球形の誘電体レンズと、この誘電体レンズを位置決め保持する保持機構と、電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかを取付け可能であるとともに、誘電体レンズの焦点距離に位置決めされたポートとからなり、電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかをポートに取付けた場合、ポート及び誘電体レンズを介して電磁波の送受信又は送信又は受信の何れかが可能なことを特徴とする誘電体レンズを用いたアンテナ装置である。

請求項３に係る発明は、電磁波に対して透明な球形の誘電体レンズと、この誘電体レンズを位置決め保持する保持機構と、電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかを取付け可能であるとともに、誘電体レンズの焦点距離に位置決めされた複数のポートとからなり、電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかをポートに取付けた場合、ポート及び誘電体レンズを介して電磁波の送受信又は送信又は受信の何れかが可能なことを特徴とする誘電体レンズを用いたアンテナ装置である。

請求項４に係る発明は、被誘電率が３．５以下で、電磁波に対して透明な誘電体で形成した単一構造の球形の誘電体レンズと、この誘電体レンズを位置決め保持する保持機構と、電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかを取付け可能であるとともに、誘電体レンズの焦点距離に位置決めされた複数のポートとからなり、電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかをポートに取付けた場合、ポート及び誘電体レンズを介して電磁波の送受信又は送信又は受信の何れかが可能なことを特徴とする誘電体レンズを用いたアンテナ装置である。

請求項５に係る発明は、請求項１〜請求項４に係る発明において、ポートは、保持機構に設けたものである。

請求項６に係る発明は、請求項１〜請求項５に係る発明において、保持機構は、電磁波に対して透明な誘電体の部材で形成したものである。

請求項７に係る発明は、請求項１〜請求項６に係る発明において、球形の誘電体レンズの球面の一部を残して、少なくとも１つの平面あるいは曲面で球形の誘電体レンズをカットし、このカットされた誘電体レンズの平面あるいは曲面をカット面とする形状に形成したものである。

請求項８に係る発明は、請求項７に係る発明において、球形の誘電体レンズの球面の一部を残して２つの平面あるいは曲面で球形の誘電体レンズをカットし、保持機構は、少なくともカット面を覆う構造としたものである。

請求項９に係る発明は、請求項７に係る発明において、球形の誘電体レンズの球面の一部を残して１つの曲面で球形の誘電体レンズをカットするとともに、このカット面が円柱形状となるように誘電体レンズをカットし、保持機構は、少なくともカット面を覆う構造としたものである。

請求項１０に係る発明は、請求項７に係る発明において、球形の誘電体レンズの球面の一部を残して１つの曲面で球形の誘電体レンズをカットするとともに、このカット面が円錐台形状となるように誘電体レンズをカットし、保持機構は、少なくともカット面を覆う構造としたものである。

請求項１１に係る発明は、請求項７〜請求項１０に係る発明において、カット面の表面に電波を吸収する表面処理を行うものである。

請求項１２に係る発明は、請求項８〜請求項１０に係る発明において、カット面とこのカット面を覆う保持機構との間に電波吸収体を配置したものである。

請求項１３に係る発明は、請求項８〜請求項１０に係る発明において、保持機構の外部に導電体部材で形成された導電体部を設け、この導電体部は、保持機構を介して少なくともカット面を覆う構造としたものである。

請求項１４に係る発明は、請求項１３に係る発明において、導電体部は、保持機構を覆う構造としたものである。

請求項１に係る発明は、上記のように構成したので、球形の誘電体レンズは透明部材で形成しているので、ミリ波帯に限らず光波帯の電磁波に対しても全方向性を有するレンズとして作用する。従って、球形の誘電体レンズの焦点距離に位置する保持機構の内面には、３６０度全方向の任意の箇所に電磁波を送受信や送信、受信するためのポートを設けることが出来るので、全方向性を有する送受信や送信、受信を行うためのアンテナ装置を構成することが出来る。

請求項２に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１に記載の発明と同様な効果がある。

請求項３に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１に記載の発明と同様な効果に加え、さらに同時に複数の方向を監視するレーダ用のアンテナ装置として使用出来るだけでなく、移動体に搭載するレーダのアンテナの数を抑えることが出来る。

請求項４に係る発明は、上記のように構成したので、請求項２に記載の発明と同様な効果に加え、さらに同時に複数の方向を監視するレーダ用のアンテナ装置として使用出来るだけでなく、移動体に搭載するレーダのアンテナの数を抑えることが出来る。

請求項６に係る発明は、請求項１〜請求項４に記載の発明と同様な効果がある。さらに、電磁波の透過率が良くなる。

請求項７に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１〜請求項４に記載の発明と同様な効果に加え、さらに省スペース化及び軽量化することが出来る。従って、搭載量や搭載スペースに制限のある移動体に搭載するのにより適している。

請求項８に係る発明は、上記のように構成したので、カットされたカット面から電磁波が誘電体レンズに入射するのを防止することが出来る。

請求項９に係る発明は、上記のように構成したので、請求項７に記載の発明と同様な効果に加え、さらにそれ以上の省スペース化及び軽量化することが出来る。従って、搭載量や搭載スペースに制限のある移動体に搭載するのにより適している。

請求項１０に係る発明は、上記のように構成したので、請求項７に記載の発明と同様な効果に加え、さらにそれ以上の省スペース化及び軽量化することが出来る。従って、搭載量や搭載スペースに制限のある移動体に搭載するのにより適している。

請求項１１に係る発明は、上記のように構成したので、カット面での反射波を大幅に減衰させ、この反射波の影響を大幅に抑えることが出来る。

請求項１２に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１１に記載の発明と同様な効果がある。さらに、誘電体レンズの形成の際の作業工程を減らすことが出来る。

請求項１３に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１１及び請求項１２に記載の発明と同様な効果がある。さらに、誘電体レンズの形成の際の作業工程を減らすことが出来るとともに、高価な電波吸収体を使用することなく、上記効果を得ることが出来るのでコストを大幅に抑えることが出来る。

請求項１４に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１３に記載の発明と同様な効果に加え、さらにカット面での反射波をそれ以上に大幅に減衰させ、この反射波の影響を大幅に抑えることが出来る。

この発明の第１の実施例を示すもので、球形の誘電体レンズを用いたアンテナ装置の模式図である。 この発明の第２の実施例を示すもので、球形の誘電体レンズを用いたアンテナ装置の模式図である。 この発明の第３の実施例を示すもので、誘電体レンズを用いたアンテナ装置の模式図である。 この発明の第４の実施例を示すもので、誘電体レンズを用いたアンテナ装置の模式図である。 この発明の第５の実施例を示すもので、誘電体レンズを用いたアンテナ装置の模式図である。 この発明の第５の実施例を示すもので、この実施例における誘電体レンズを用いたアンテナ装置の垂直面パターンを示す図である。 この発明の第６の実施例を示すもので、誘電体レンズを用いたアンテナ装置の断面図である。 この発明の第７の実施例を示すもので、誘電体レンズを用いたアンテナ装置の断面図である。 従来例を示すもので、先に発明者等が特許出願した誘電体レンズ装置を用いた反射装置の模式図である。 従来例を示すもので、先に発明者等が特許出願した球形誘電体レンズ５２と誘電体球殻５３との位置関係を示す説明図である。

球形の誘電体レンズの球面の一部を残して、少なくとも１つの平面あるいは曲面でカットして形成し、且つ、被誘電率が３．５以下で、電磁波に対して透明な誘電体で形成した単一構造の誘電体レンズと、この誘電体レンズを位置決め保持するとともに、電磁波に対して透明な誘電体の部材で形成し、カットされた誘電体レンズのカット面を少なくとも覆う構造とした保持機構と、この保持機構に設けられ、電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかを取付け可能であるとともに、誘電体レンズの焦点距離に位置決めされた複数のポートと、保持機構の外部に設けられるとともに、導電体部材で形成され、保持機構を介して少なくともカット面を覆う構造とした導電体部とからなり、電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかをポートに取付けた場合、ポート及び誘電体レンズを介して電磁波の送受信又は送信又は受信の何れかが可能なことを特徴とする誘電体レンズを用いたアンテナ装置。

この発明の第１の実施例を、図１に基づいて詳細に説明する。図１は電磁波に対して透明な球形の誘電体レンズを用いたアンテナ装置の模式図である。なお、この実施例１では、ポート４に取り付ける送受信機としては、一次放射器としての導波管と、これに組み込まれるレーダ回路について説明する。

アンテナ装置１は、電磁波に対して透明な性質を有する球形の誘電体レンズ２と、この誘電体レンズ２を位置決め保持する保持機構３と、この保持機構３に配置され１次放射器としての導波管（図示せず）を取付け可能なポート４とにより構成されている。

誘電体レンズ２は、誘電体損失の小さい透明な誘電体部材として、透明なポリスチレン樹脂を用いて球形に形成されており、これを電磁波（電波及び光波）が通過する際に屈折されて焦点Ｆに収束されるように形成されている。このように、誘電体レンズ２は、全体が透明な球形であるため、電磁波に対して、即ち、電波帯に限らず光波帯に対しても全方向性を有している。なお、この実施例１では、球形誘電体レンズは、比誘電率が３．５以下の誘電体部材を用いて形成した単一構造である。

この実施例の場合、保持機構３は、電磁波に対して透明な誘電体部材で形成されており、ＡＢＳで形成されている。また、保持機構３は、図１に示すように、誘電体レンズ２の上下を固定し、誘電体レンズ２の焦点距離Ｒと等しい径の球面に沿って保持機構の内面３ａが位置するように位置決めされ保持する構造となっている。なお、保持機構３は、この実施例に限定されることなく、誘電体レンズ２の焦点距離Ｒに沿った位置に保持機構の内面３ａが位置するように、誘電体レンズ２と保持機構の内面３ａとを位置決め保持することの出来る構造であれば、如何なる構造であっても良い。

ポート４は、保持機構の内面３ａ上にポート４の開口部が設けられており、この開口部から保持機構３を貫通する構造となっている。そして、保持機構の内面３ａ上の開口部の反対側にある保持機構３に設けられた開口部には、導波管（図示せず）を取り付け可能な構造となっている。この導波管を１次放射器として、この導波管にさらにレーダ回路（図示せず）を組み込めば、誘電体レンズを用いたレーダが得られる。

ポート４の開口部は、ポート４に取り付けられる導波管の断面と同一の形状に形成されている。ポート４に接続される導波管は、この実施例では、断面が方形の方形導波管を使用している。さらに、ポート４に接続される導波管としては、ポート４で送受信する電磁波の周波数が、この導波管の遮断周波数以上で、且つ、この導波管の断面の短辺の長さを長辺とした場合の導波管の遮断周波数より十分に低い周波数となるように、導波管が選択されている。換言すれば、ポート４で送受信する電磁波の電界成分が９０°ずれた場合には受信しないような導波管が選択される。

なお、この実施例では、１次放射器として導波管を使用しているが、この実施例に限定されることなく、１次放射器として利用可能なものであれば如何なるものでも良い。また、１次放射器としてプリントされたダイポールアンテナを使用し、誘電体レンズ２の焦点距離Ｒに位置するように保持機構の内面３ａ上へ配置することにより、ポート４の構成を省略することも可能である。

このように形成されているので、アンテナとして利用可能である。例えば、ポート４に導波管を取付け、さらに、この導波管にレーダ回路を組み込めば、この導波管を１次放射器としたアクティブレーダとして利用可能である。また、このときポート４に取り付ける送受信機を受信機に代えることにより、パッシブレーダとして利用可能であり、ポート４に取り付ける送受信機を送信機に代えた場合には、例えば基準信号を送出する基準点用の送信アンテナとして利用可能である。

次に、作用動作について、図１に基づいて詳細に説明する。

まず、アンテナ装置１のポート４には導波管が取付けられ、さらに、この導波管には、レーダ回路が組み込まれており、この導波管を１次放射器としたレーダとして利用する場合について説明する。次いで、このレーダを、例えば車両や船舶のような移動体に搭載した場合についての作用動作について以下に説明する。

上記したように、アンテナ装置１のポート４には導波管（図示せず）が取付けられており、さらに、この導波管にはレーダ回路（図示せず）が組み込まれている。この導波管を１次放射器としたレーダの使用周波数帯は、この実施例ではミリ波帯を採用している。

レーダを搭載する移動体が車両の場合には、レーダは、車両の適宜必要な場所に１又は複数個設置される。設置される場所としては、例えば、車両のヘッドランプの構造体の中やその隣接する部分、テールランプの構造体の中やその隣接する部分、フェンダーミラーやドアミラーの構造体の中やその隣接する部分等が挙げられる。

また、この実施例では、レーダは、自分の車両（以下、自車両と記す）だけでなく、１以上の他の車両（以下、他車両と記す）にも設置されている。

この実施例の場合、搭載する車両には、ポート４は、開口部の長辺が地面と平行な状態から４５°傾けて設置されている。このように４５°傾けてポート４を設置することにより、他車両との混信を防止可能である。即ち、そのままでは混信してしまう場合、例えば他車両からの入射波がポート４に焦点を結んでしまう場合、自車両のポートから送信し他車両で反射した反射波の電界成分と、他車両のポートから送信された入射波の電界成分とは９０°ずれているため、ポート４に入射する他車両からの入射波はポート４の開口部で大幅に減衰されるので、自車両と他車両との電磁波が混信することはない。

なお、この実施例の場合、ポート４には送受信機とレーダ回路を取り付け、アクティブレーダとして使用しているが、アクティブレーダとして使用しない場合、即ち、ポート４に送受信機を取り付ける代わりに送信機や受信機を取り付ける場合には、他車両との混信を防止する必要はないので、ポート４を傾けて設置する必要はない。

この発明の第２の実施例を、図２に基づいて詳細に説明する。図２は球形の誘電体レンズを用いたアンテナ装置の模式図を示している。この実施例２では、誘電体レンズを用いたアンテナ装置は、実施例１とほぼ同一の形状で、保持機構の内面に複数のポート４（４ａ、４ｂ…４ｉ…）を設けたものである。なお、実施例１と同一のものは、同一名称、同一番号を付し、その説明を省略する。

アンテナ装置１１は、球形の誘電体レンズ２と、実施例１と同様に、この誘電体レンズ２を位置決め保持する保持機構１３と、この保持機構１３に配置され１次放射器としての導波管（図示せず）を取付け可能な複数のポート４（４ａ、４ｂ…４ｉ…）とにより構成されている。

保持機構１３は、この実施例の場合、図２に示すように、誘電体レンズ２の上下を固定し、誘電体レンズ２の焦点距離Ｒと等しい径の球面に沿って保持機構の内面１３ａが位置するように位置決めされ保持する構造となっている。なお、保持機構１３の構造は、この実施例に限定されることなく、誘電体レンズ２の焦点距離Ｒに沿った位置に保持機構の内面１３ａが位置するように、誘電体レンズ２と保持機構の内面１３ａとを位置決め保持することの出来る構造であれば、如何なる構造であっても良い。

図２に示すように、ポート４は保持機構の内面１３ａ上に９カ所配置されており、それぞれの方向に独立して同時に電磁波を放射及び受信可能な構造である。なお、この実施例２の場合、ポート４には送受信機ではなく、受信機が取り付けられている。

このように構成することにより、誘電体レンズ２を介して受信した電磁波の各ポート４（４ａ、４ｂ…４ｉ…）における受信強度を解析することで、受信した電磁波の送信元の３次元の方向や距離を測定可能なパッシブのレーダとして利用可能である。

また、実施例１と同様にポート４には送受信機を取り付けて、レーダ用のアンテナとして使用する場合、複数のポート４（４ａ、４ｂ…４ｉ…）を設けることにより、同時に複数の方向を監視するレーダとして使用出来るだけでなく、移動体に搭載する必要のあるレーダの数を減少させることが出来る。

なお、この実施例２の場合、ポート４は保持機構の内面１３ａ上に９カ所配置されているが、この実施例に限定されることなく、必要な数のポートを配置することが可能である。

この発明の第３の実施例を、図３に基づいて詳細に説明する。図３は誘電体レンズを用いたアンテナ装置の模式図を示している。なお、実施例１と同一のものは、同一名称、同一番号を付し、その説明を省略する。

アンテナ装置２１は、実施例１と同様の電磁波に対して透明な性質を有する誘電体レンズ２２と、この誘電体レンズ２２を位置決め保持する保持機構２３と、この保持機構２３に配置され１次放射器としての導波管（図示せず）を取付け可能なポート４とにより構成されている。

この実施例３の場合には、誘電体レンズ２２は、誘電体部材としては実施例１及び実施例２と同様の部材を用いており、電磁波に対する性質も実施例１及び実施例２と同様である。

実施例１及び実施例２では、誘電体レンズ２２の形状は、誘電体レンズを球形に形成した場合であるが、球形の誘電体レンズの球面の一部を残して、少なくとも１つの平面あるいは曲面で誘電体レンズをカットした場合として、この実施例３の場合には、球を２つの平面あるいは曲面でカットした形状となっている。特に、この実施例３では、図３に示すように、誘電体レンズ２２は、その球形の中心点を含む平面と平行に、この平面の垂直方向をカットした形状になっている。

このように、球形の誘電体レンズの垂直方向をカットし、誘電体レンズの球面の一部である水平方向を残した構造としたので、カットされたカット面２２ａから入射する電磁波に対する全方向性は失われている。しかしながら、水平方向の全方向性は失われることはない。球形の誘電体レンズの中心点を含む平面と平行に垂直方向をカットしたことにより、誘電体レンズを用いたアンテナ装置全体の省スペース化及び軽量化が図られ、搭載量や搭載スペースに制限のある移動体に搭載する場合により適している。なお、誘電体レンズの垂直方向を一面のみでカットした構造であっても良い。

保持機構２３は、図３に示すように、誘電体レンズ２２のカットされた垂直方向、即ち、カット面２２ａを固定し、誘電体レンズ２２の焦点距離Ｒと等しい径の球面に沿って保持機構の内面２３ａが位置するように位置決め保持するとともに、カット面２２ａから電磁波が誘電体レンズ２２に入射しないように覆う構造となっている。

この発明の第４の実施例を、図４に基づいて詳細に説明する。図４は誘電体レンズを用いたアンテナ装置の模式図を示している。この実施例４では、誘電体レンズの形状は、実施例３とほぼ同一の形状であり、誘電体レンズのカット面に電波吸収体を設置したものである。なお、実施例１〜実施例３と同一のものは、同一名称、同一番号を付し、その説明を省略する。

アンテナ装置３１は、誘電体レンズ２２と、この誘電体レンズ２２を位置決め保持する保持機構３３と、この保持機構３３に配置され１次放射器としての導波管（図示せず）を取付け可能なポート４と、誘電体レンズのカット面２２ａに配置された電波吸収体３５とにより構成されている。

保持機構３３は、この実施例の場合、図４に示すように、実施例３と同様、誘電体レンズ２２のカットされた垂直方向、即ち、カット面２２ａを固定し、誘電体レンズ２２の焦点距離Ｒと等しい径の球面に沿って保持機構の内面３３ａが位置するように位置決め保持するとともに、カット面２２ａを覆う構造となっている。

この実施例４の場合、誘電体レンズのカット面２２ａは、さらに電波吸収体３５で覆われており、電波吸収体３５はカット面２２ａとカット面を覆う保持機構３３ｂとの間に配置されている。

誘電体レンズ２２は、実施例３の場合と同様に、球形の中心点を含む平面と平行に、この平面の垂直方向をカットした構造となっているため、カット面２２ａにおいて反射波が干渉するおそれがある。そこで、カット面２２ａを電波吸収体３５で覆うことにより、カット面２２ａにおける反射波を大幅に減衰させ、この反射波の影響を大幅に抑えることが出来る。

なお、電波吸収体３５は、この実施例４の場合、カーボン系の電波吸収材を使用しているが、この実施例に限定されることなく、使用する周波数帯の電磁波を吸収する電波吸収体として利用可能なものであれば如何なるものでも良い。また、電波吸収体を使用する代わりに、カット面２２ａに１／４〜１／８波長の溝を彫る等の手段を施し、電波を吸収するような表面処理を施しても良い。

この発明の第５の実施例を、図５及び図６に基づいて詳細に説明する。図５は、誘電体レンズを用いたアンテナ装置の模式図を示している。図６は、この実施例における誘電体レンズを用いたアンテナ装置の垂直面パターンを示す図である。この実施例５では、誘電体レンズの形状は、実施例３及び実施例４とほぼ同一の形状である。そして、実施例４において、誘電体レンズ２２のカット面２２ａに設置した電波吸収体３５の代わりに、誘電体レンズ２２のカット面２２ａを覆う保持機構３３ｂの表面に、さらに導電体部４６を設置した場合である。なお、実施例１〜実施例４と同一のものは、同一名称、同一番号を付し、その説明を省略する。

アンテナ装置４１は、誘電体レンズ２２と、この誘電体レンズ２２を位置決め保持する保持機構３３と、この保持機構３３に配置され１次放射器としての導波管（図示せず）を取付け可能なポート４（４ａ、４ｂ…４ｅ…）と、保持機構の表面に配置された導電体部４６とにより構成されている。

この実施例５の場合、図５に示すように、カット面２２ａにおける反射波によるサイドローブを抑圧する目的で、カット面２２ａを覆う保持機構３３ｂの表面に導電体部材で形成された導電体部４６が配置されている。この導電体部４６は、この実施例ではアルミ箔を用いて、カット面を覆う保持機構３３ｂの表面に貼り付けられている。

なお、導電体部４６は、安価で、且つ、非常に加工の容易なアルミ箔を用いているが、使用する部材としては電磁波を遮蔽可能な導電体であればいかなるものでも良く、また、導電体部４６が覆う部分としては、この実施例のように保持機構３３全体を覆う必要はなく、少なくともカット面を覆う保持機構３３ｂの表面に貼り付けられているものであれば良い。

次に、作用動作について、図６に基づいて詳細に説明する。

図６は、誘電体レンズの球面の一部をカットして、単に金属ケースに設置した場合のアンテナ装置の垂直面パターン、及び、この実施例における誘電体レンズを用いたアンテナ装置の垂直面パターンを示す図である。この図６において、縦軸はメインの信号の受信強度を基準としたときの相対的な受信強度［ｄＢ］、横軸は垂直面の角度［°］を示している。

実施例３のように、省スペース化を図る目的で誘電体レンズの球面の一部をカットした場合、誘電体レンズのカット面における反射波等の影響で、図６に示すように、メインの信号と比較して−５ｄＢ程度の非常に大きいサイドローブが発生する。

そのため、実施例４では、このサイドローブを抑圧するために、電波吸収体３５をカット面２２ａの表面に配置している。

しかしながら、実施例４の電波吸収体３５で使用されている電波吸収体は、この発明の出願当時、特にマイクロ波帯、ミリ波帯で使用可能なものは非常に高価である。このため、発明者等は、安価で同等の効果のある電波吸収体の代替手段を探求した。試行錯誤の末、発明者等は、この実施例５で採用されている導電体部４６、即ち、保護機構の表面を金属等の導電体部材で覆うことにより、電波吸収体としての効果が得られることを見出した。

しかしながら、ただ単に導電体で覆えば良いという訳ではなく、誘電体レンズのカット面２２ａとカット面を覆う保持機構３３ｂとの間に導電体部を配置しても、サイドローブを抑圧する効果は得られない。図５に示すように、誘電体レンズのカット面２２ａを覆う保持機構３３ｂの表面に導電体部４６を配置することで、はじめてサイドローブを抑圧することができる。

このサイドローブの抑圧効果を、図６に示す。図６に示すように、サイドローブは−１５ｄＢにまで抑圧されている。従って、この実施例５で採用されている導電体部４６、即ち、保護機構の表面を金属等の導電体部材で覆うことにより、電波吸収体としての効果が得られることが確認された。

この発明の第６の実施例を、図７に基づいて詳細に説明する。図７は誘電体レンズを用いたアンテナ装置の断面図を示している。なお、実施例１〜実施例５と同一のものは、同一名称、同一番号を付し、その説明を省略する。

アンテナ装置５１は、誘電体レンズ５２と、この誘電体レンズ５２を位置決め保持する保持機構５３と、この保持機構５３に配置され１次放射器としての導波管（図示せず）を取付け可能なポート４（４ａ、４ｂ…４ｉ…）と、保持機構の表面に配置された導電体部５６とにより構成されている。

誘電体レンズ５２は、図７に示すように、球形の誘電体レンズの球面の一部を残して、１つの曲面でカットするとともに、このカット面５２ａの形状が円柱形状に形成されている。換言すれば、誘電体レンズ５２の形状は、球形の誘電体レンズを円筒状のカッターでカットし、円柱の上面と下面にあたる部分に球形の誘電体レンズの球面が残された形状である。

保持機構５３は、この実施例の場合、図７に示すように、誘電体レンズ５２の円柱形状にカットされたカット面５２ａを固定し、誘電体レンズ５２の焦点距離Ｒと等しい径の球面に沿って保持機構の内面５３ａが位置するように位置決め保持するとともに、カット面５２ａを覆う構造となっている。

この実施例６の場合、カット面５２ａを覆う保持機構５３ｂの表面に導電体部材で形成された導電体部５６が配置されている。この導電体部５６は、実施例５と同様、アルミ箔がカット面を覆う保持機構５３ｂの表面に貼り付けられている。

このように、球形の誘電体レンズの球面の一部を残して、１つの曲面でカットするとともに、このカット面５２ａの形状が円柱形状となるような構造としたので、カットされたカット面５２ａから入射する電磁波に対する全方向性は失われている。しかしながら、球形の誘電体レンズの球面の一部を残して、１つの曲面でカットするとともに、このカット面５２ａの形状が円柱形状となるようにカットしたことにより、実施例３〜実施例５に比較して、誘電体レンズを用いたアンテナ装置全体のより一層の省スペース化及び軽量化が図られ、搭載量や搭載スペースに制限のある移動体に搭載する場合により適している。

この発明の第７の実施例を、図８に基づいて詳細に説明する。図８は誘電体レンズを用いたアンテナ装置の断面図を示している。なお、実施例１〜実施例６と同一のものは、同一名称、同一番号を付し、その説明を省略する。

アンテナ装置６１は、誘電体レンズ６２と、この誘電体レンズ６２を位置決め保持する保持機構６３と、この保持機構６３に配置され１次放射器としての導波管（図示せず）を取付け可能なポート４（４ａ、４ｂ…４ｉ…）と、保持機構の表面に配置された導電体部６６とにより構成されている。

誘電体レンズ６２は、図８に示すように、球形の誘電体レンズの球面の一部を残して、１つの曲面でカットするとともに、このカット面６２ａの形状が円錐台形状に形成されている。換言すれば、誘電体レンズ６２の形状は、円錐台の上面と下面にあたる部分に球形の誘電体レンズの球面が残された形状である。

保持機構６３は、この実施例の場合、図８に示すように、誘電体レンズ６２の円錐台形状にカットされたカット面６２ａを固定し、誘電体レンズ６２の焦点距離Ｒと等しい径の球面に沿って保持機構の内面６３ａが位置するように位置決め保持するとともに、カット面６２ａを覆う構造である。

この実施例７の場合、カット面６２ａを覆う保持機構６３ｂの表面に導電体部材で形成された導電体部６６が配置されている。この導電体部６６は、実施例５や実施例６と同様、アルミ箔がカット面を覆う保持機構６３ｂの表面に貼り付けられている。

このようにしたので、アンテナが必要とする照射方向が限定されている場合には、さらに内部容積を小さくすることが出来、搭載量や搭載スペースにより制限のある移動体に搭載する場合に適している。

なお、実施例３以下で述べたように、誘電体レンズをカットしたことで、全方向性を有しない方向をカバーしたい場合には、アンテナ装置をレーダで採用されているヘリカルやジッター等の各種のスキャン方法でスキャンするようにしても良い。

誘電体レンズを用いたアンテナ装置は、小型軽量化が図れるので、搭載量や搭載スペースに制限のある移動体に搭載するのにより適している。この発明のアンテナ装置に導波管などの１次放射器を取付け、さらにレーダ回路を組み込んで移動体に搭載するレーダとして使用するのに好適である。また、複数のポートを配置可能なので、同時に複数の方向を監視するレーダ用のアンテナ装置として利用可能なだけではなく、移動体に搭載するレーダのアンテナ装置の数を抑えるのに好適である。

１，１１，２１，３１，４１，５１，６１ アンテナ
２，２２，５２，６２ 誘電体レンズ
２２ａ，５２ａ，６２ａ カット面
３，１３，２３，３３，５３，６３ 保持機構
４（４ａ、４ｂ…４ｅ…４ｉ…） ポート
３５ 電波吸収体
４６，５６，６６ 導電体部

Claims (14)

1. 電磁波に対して透明な球形の誘電体レンズと、
   この誘電体レンズを位置決め保持する保持機構と、
   電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかを取付け可能であるとともに、前記誘電体レンズの焦点距離に位置決めされたポートとからなり、
   電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかを前記ポートに取付けた場合、前記ポート及び前記誘電体レンズを介して電磁波の送受信又は送信又は受信の何れかが可能なこと
   を特徴とする誘電体レンズを用いたアンテナ装置。
2. 被誘電率が３．５以下で、電磁波に対して透明な誘電体で形成した単一構造の球形の誘電体レンズと、
   この誘電体レンズを位置決め保持する保持機構と、
   電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかを取付け可能であるとともに、前記誘電体レンズの焦点距離に位置決めされたポートとからなり、
   電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかを前記ポートに取付けた場合、前記ポート及び前記誘電体レンズを介して電磁波の送受信又は送信又は受信の何れかが可能なこと
   を特徴とする誘電体レンズを用いたアンテナ装置。
3. 電磁波に対して透明な球形の誘電体レンズと、
   この誘電体レンズを位置決め保持する保持機構と、
   電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかを取付け可能であるとともに、前記誘電体レンズの焦点距離に位置決めされた複数のポートとからなり、
   電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかを前記ポートに取付けた場合、前記ポート及び前記誘電体レンズを介して電磁波の送受信又は送信又は受信の何れかが可能なこと
   を特徴とする誘電体レンズを用いたアンテナ装置。
4. 被誘電率が３．５以下で、電磁波に対して透明な誘電体で形成した単一構造の球形の誘電体レンズと、
   この誘電体レンズを位置決め保持する保持機構と、
   電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかを取付け可能であるとともに、前記誘電体レンズの焦点距離に位置決めされた複数のポートとからなり、
   電磁波の送受信機又は送信機又は受信機の何れかを前記ポートに取付けた場合、前記ポート及び前記誘電体レンズを介して電磁波の送受信又は送信又は受信の何れかが可能なこと
   を特徴とする誘電体レンズを用いたアンテナ装置。
5. 前記ポートは、前記保持機構に設けたこと
   を特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の誘電体レンズを用いたアンテナ装置。
6. 前記保持機構は、電磁波に対して透明な誘電体の部材で形成したこと
   を特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の誘電体レンズを用いたアンテナ装置。
7. 前記球形の誘電体レンズの球面の一部を残して、少なくとも１つの平面あるいは曲面で前記球形の誘電体レンズをカットし、
   このカットされた前記誘電体レンズの平面あるいは曲面をカット面とする形状に形成したこと
   を特徴とする請求項１〜請求項６の何れかに記載の誘電体レンズを用いたアンテナ装置。
8. 前記球形の誘電体レンズの球面の一部を残して２つの平面あるいは曲面で前記球形の誘電体レンズをカットし、
   前記保持機構は、少なくとも前記カット面を覆う構造としたこと
   を特徴とする請求項７に記載の誘電体レンズを用いたアンテナ装置。
9. 前記球形の誘電体レンズの球面の一部を残して１つの曲面で前記球形の誘電体レンズをカットするとともに、このカット面が円柱形状となるように前記誘電体レンズをカットし、
   前記保持機構は、少なくとも前記カット面を覆う構造としたこと
   を特徴とする請求項７に記載の誘電体レンズを用いたアンテナ装置。
10. 前記球形の誘電体レンズの球面の一部を残して１つの曲面で前記球形の誘電体レンズをカットするとともに、このカット面が円錐台形状となるように前記誘電体レンズをカットし、
    前記保持機構は、少なくとも前記カット面を覆う構造としたこと
    を特徴とする請求項７に記載の誘電体レンズを用いたアンテナ装置。
11. 前記カット面の表面に電波を吸収する表面処理を行うこと
    を特徴とする請求項７〜請求項１０の何れかに記載の誘電体レンズを用いたアンテナ装置。
12. 前記カット面とこのカット面を覆う保持機構との間に電波吸収体を配置したこと
    を特徴とする請求項８〜請求項１０の何れかに記載の誘電体レンズを用いたアンテナ装置。
13. 前記保持機構の外部に導電体部材で形成された導電体部を設け、
    この導電体部は、前記保持機構を介して少なくとも前記カット面を覆う構造としたこと
    を特徴とする請求項８〜請求項１０の何れかに記載の誘電体レンズを用いたアンテナ装置。
14. 前記導電体部は、前記保持機構を覆う構造としたこと
    を特徴とする請求項１３に記載の誘電体レンズを用いたアンテナ装置。

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