JP5250764B2 - Lens antenna - Google Patents
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Description
本発明は、準ミリ波〜ミリ波の帯域での使用に好適なレンズアンテナに関する。 The present invention relates to a lens antenna suitable for use in a quasi-millimeter wave to millimeter-wave band.
近年、準ミリ波〜ミリ波の帯域でのアンテナは、自動車用レーダーや無線LANなどの多様な分野において研究開発が進められている。この帯域では、通常、高い利得が必要な場合はパラボラアンテナ、標準的なもの又は測定系としてはホーンアンテナ、フェーズドアレイアンテナなどの高級なものの基本アンテナとしてはパッチアンテナ、が用いられているものの、これらのアンテナは構造が複雑であり、高価である。 In recent years, research and development of antennas in a quasi-millimeter wave to millimeter-wave band has been promoted in various fields such as automotive radar and wireless LAN. In this band, a parabolic antenna is usually used when a high gain is required, a standard or horn antenna is used as a measurement system, and a patch antenna is used as a basic antenna of a high-grade one such as a phased array antenna, These antennas are complex in structure and expensive.
これらのアンテナに比べて簡単な構造である誘電体レンズアンテナが知られている。誘電体レンズアンテナは、光学レンズと同様の考えで、電波を透過して収束させようとするものである。この誘電体レンズアンテナは、通常の光学レンズのような曲面を有する形状とするものが一般であるが、平板状のものも提案されている。例えば、特許文献1のように異なる比誘電率の材料を円環状に配置したり、特許文献2のように多数の貫通孔を形成したりすることによって比誘電率に空間分布を持たせたものが提案されている。
A dielectric lens antenna having a simple structure as compared with these antennas is known. The dielectric lens antenna is designed to transmit and converge radio waves in the same way as an optical lens. The dielectric lens antenna generally has a curved surface shape like a normal optical lens, but a plate-shaped antenna is also proposed. For example, a material having different relative permittivity as in
また、本願発明者らは、非特許文献1において、平板状のレンズ本体に小さな円盤状の金属薄片を多数設けることによって人工的に誘電体と等価な比誘電率を得、この金属薄片の寸法(レンズ中心軸に対して直交方向の寸法)をレンズ中心軸からの距離に応じて異ならせることにより比誘電率に空間分布を持たせたロープロファイル(薄型)のレンズアンテナを提案している。図11(a)は、非特許文献1のレンズアンテナとして例示されたものの1つと同様のレンズアンテナ101をレンズ中心軸方向に拡大して示した簡略側面図である。レンズアンテナ101は、レンズ本体2が複数の層(レンズ層)20、20、・・・を重ね合わされて構成されている。レンズ層20、20、・・・の枚数は、例えば、10枚程度である。レンズアンテナ101は、例えば、半径Rが25mm、厚みtLが1.40mmとしている。図中のCeは、レンズアンテナ101のレンズ中心軸である。図11(b)は、レンズ層20を更にレンズ中心軸方向に拡大して示した簡略側面図である。図12は、レンズ層20の正面図であり、(a)は奇数枚目のレンズ層20、(b)は偶数枚目のレンズ層20を示している。各レンズ層20には、基板21上に小さな金属薄片22が多数設けられており、金属薄片22の寸法がレンズ中心軸Ceから直交方向の距離rに応じて異ならせてある。図12(a)に示す奇数枚目のレンズ層20における金属薄片22と(b)に示す偶数枚目のレンズ層20における金属薄片22は、正面視で、互いの隙間に位置し、奇数枚目のレンズ層20と偶数枚目のレンズ層20を交互に重ねることで、金属薄片22の面心正方配列を形成している。
In addition, in the
このレンズアンテナ101では、金属薄片22の寸法は、金属薄片22の寸法と比誘電率εLとの関係を導いておき、電波の収束条件からレンズ本体2の各位置の比誘電率εLを決め、比誘電率εLに応じた金属薄片22の寸法を選択することになる。図13は、本願発明者がシミュレーションを行って導いた比誘電率εLと金属薄片22の寸法(半径ρ)との関係を示す特性図である。シミュレーションは、面心正方配列のレンズ本体2を一定の大きさの単位セルから構成し、その単位セルについて行った。図14は、単位セルの斜視図である。単位セルは、縦Lc、横Wcが各々4mm、厚さtcが基板21の厚み0.122mm、金属薄片22の厚み18μmのレンズ層2枚分とした。基板21は、比誘電率が3.27の三菱ガス化学製CCL870Mを想定した。シミュレーションソフトは、電磁界分布のシミュレータであるアンソフト社製HFSSを用いた。
In this
図13に示すように、比誘電率εLは金属薄片22の半径ρの増加に伴って大きくなり、金属薄片の半径ρが約1.2mmで比誘電率εLが100以上とすることができる。100程度の比誘電率εLを用いると、平板状のレンズ本体2の厚さを極めて薄くすることが可能である。しかし、レンズ本体2の比誘電率εLを高くすると、空気中から進入する電波にとっての大きな不整合を生じさせることになり、その結果、電波の反射損失が大きくなる。
As shown in FIG. 13, the relative dielectric constant ε L increases as the radius ρ of the
本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、電波の反射損失を低減することが可能な平板状のレンズアンテナを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a flat lens antenna capable of reducing the reflection loss of radio waves.
上記目的を達成するために、請求項1に記載のレンズアンテナは、電波を透過する平板状のレンズ本体と、電波の反射損失を低減するようにレンズ本体のレンズ中心軸方向の少なくとも片側に設けられており、レンズ中心軸から周縁までの距離がレンズ本体と略同一の平板状の反射防止体と、を備えてなり、前記レンズ本体と前記反射防止体はともに、基板上に小さな金属薄片が多数設けられた層から構成されており、金属薄片の寸法がレンズ中心軸から直交方向の距離に応じて異ならせてあり、前記金属薄片の寸法は、金属薄片の寸法と比誘電率との関係と、反射防止体と空気との境における反射防止体側のインピーダンス及び反射防止体とレンズ本体との境におけるレンズ本体側のインピーダンスを少なくとも用いて、前記反射防止体と空気との境における反射係数がゼロ又は定数値となるように導かれた反射防止体の比誘電率とレンズ本体の比誘電率との関係と、電波がレンズアンテナを透過したときの位相シフト量と反射防止体の比誘電率及びレンズ本体の比誘電率との関係と、焦点から放射された電波がレンズアンテナを透過したときに平面波になるように導かれた位相シフト量とレンズ中心軸から直交方向の距離との関係と、を用いて導かれたものであることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a lens antenna according to
請求項2に記載のレンズアンテナは、請求項1に記載のレンズアンテナにおいて、前記反射防止体はレンズ本体の両側に設けられていることを特徴とする。
The lens antenna according to
請求項3に記載のレンズアンテナは、請求項1又は2に記載のレンズアンテナにおいて、前記レンズ本体と前記反射防止体の金属薄片は、フォトエッチングにより形成されていることを特徴とする。 A lens antenna according to a third aspect is the lens antenna according to the first or second aspect , wherein the lens main body and the metal flakes of the antireflection body are formed by photoetching.
請求項4に記載のレンズアンテナは、請求項1乃至3のいずれかに記載のレンズアンテナにおいて、前記反射防止体の厚みを前記レンズ本体の厚みよりも大きくしたことを特徴とする。 A lens antenna according to a fourth aspect is the lens antenna according to any one of the first to third aspects, wherein the thickness of the antireflection body is larger than the thickness of the lens body.
本発明のレンズアンテナによれば、平板状のレンズ本体のレンズ中心軸方向の少なくとも片側に平板状の反射防止体を設けているので、全体が平板状であり、しかも、電波の反射損失を低減することが可能になる。 According to the lens antenna of the present invention, since the flat antireflection body is provided on at least one side in the lens central axis direction of the flat lens body, the whole is flat, and the reflection loss of radio waves is reduced. It becomes possible to do.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら説明する。図1(a)は、本発明の実施形態に係るレンズアンテナ1の全体構成をレンズ中心軸方向に拡大して示した簡略側面図である。このレンズアンテナ1は、上記のレンズアンテナ101と同様の電波を透過する平板状のレンズ本体2を備え、更にその両側に2つの平板状の反射防止体3A、3Bを備える。レンズ本体2と反射防止体3A、3Bは、そのレンズ中心軸Ceから直交方向の周縁までの距離Rが略同一である。レンズ本体2は、複数の層(レンズ層)20、20、・・・が重ね合わされて構成されており、反射防止体3A、3Bも同様に複数の層(反射防止層)30、30、・・・が重ね合わされて構成されている。レンズ本体2と反射防止体3A、3Bの大きさは、レンズアンテナ1を適用する機器の電波周波数fとレンズアンテナ1に割り当てられた設置スペースを考慮して決められるが、この実施形態では、レンズ本体2と反射防止体3A、3Bの半径Rを25mm、レンズ本体2の厚みtL、反射防止体3A、3Bの厚みtAをともに1.40mmとしてある。図1(b)は、レンズ層20を更にレンズ中心軸方向に拡大して示した簡略側面図である。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A is a simplified side view showing the entire configuration of the
図2は、レンズ層20と反射防止層30の正面図である。(a)は奇数枚目のレンズ層20、(b)は偶数枚目のレンズ層20、(c)は奇数枚目の反射防止層30、(d)は偶数枚目の反射防止層30を示している。各レンズ層20には、基板21上に小さな円盤状の金属薄片22が多数設けられており、金属薄片22の寸法がレンズ中心軸Ceから直交方向の距離rに応じて異ならせてある。そして、奇数枚目のレンズ層20における金属薄片22と偶数枚目のレンズ層20における金属薄片22は、正面視で、互いの隙間に位置し、奇数枚目のレンズ層20と偶数枚目のレンズ層20を交互に重ねることで、金属薄片22の面心正方配列を形成したレンズ本体2を構成している。また、反射防止層30には、基板31上に小さな円盤状の金属薄片32が多数設けられており、金属薄片32の寸法がレンズ中心軸Ceから直交方向の距離rに応じて異ならせてある。そして、奇数枚目の反射防止層30における金属薄片32と偶数枚目の反射防止層30における金属薄片32は、正面視で、互いの隙間に位置し、奇数枚目の反射防止層30と偶数枚目の反射防止層30を交互に重ねることで、金属薄片32の面心正方配列を形成した反射防止体3A、3Bを構成している。
FIG. 2 is a front view of the
金属薄片22及び金属薄片32は、例えば、CuやAgなどからなり、厚みは15〜20μm程度としている。レンズ本体2と反射防止体3A、3Bにおける多様な寸法の金属薄片22、32は、フォトエッチングにより容易に形成することができる。ここで重要な点は、反射防止体3A、3Bがレンズ本体2と同様の基板とプロセスにより容易に製造できるという点である。
The
レンズ層20と反射防止層30における金属薄片22、32の好ましい寸法を決める設計方式を以下に説明する。この設計方式は、(A):金属薄片22の寸法と比誘電率εLとの関係(同様の金属薄片32の寸法と比誘電率εAとの関係)の導出、(B):反射防止体3Aと空気との境における反射防止体3A側のインピーダンスZi、反射防止体3Aとレンズ本体2との境におけるレンズ本体2側のインピーダンスZj、レンズ本体2と反射防止体3Bとの境における反射防止体3B側のインピーダンスZkを用いて、反射防止体3Aと空気との境における反射係数Reがゼロとなる(電波の無反射条件を満足する)ような反射防止体3A、3Bの比誘電率εAとレンズ本体2の比誘電率εLとの関係の導出、(C):反射防止体3Aに入射した電波がレンズアンテナ1全体を透過したときの位相シフト量Φと比誘電率εA及び比誘電率εLとの関係の導出、(D):レンズアンテナ1のレンズ中心軸Ce上に有って反射防止体3Aの外部に位置する焦点4から放射された電波がレンズアンテナ1を透過したときに全て同位相になる(平面波になる)ような位相シフト量Φとレンズ中心軸Ceから直交方向の距離rとの関係の導出、(E):上記(D)から上記(A)に各々の関係をたどるようにして金属薄片22、32の寸法の導出、を行うものである。以下、詳細を順次説明する。
A design method for determining preferable dimensions of the metal
なお、具体的に数値を入れて計算するときは、電波周波数fを18GHzとし、レンズ本体2のレンズ層20の枚数は10枚、反射防止体3Aの反射防止層30の枚数は10枚、反射防止体3Bの反射防止層30の枚数は10枚とし、レンズ本体2の厚みtL、反射防止体3A、3Bの厚みtAはともに1.40mmとし、基板21及び基板31の比誘電率は3.27とし、焦点距離foはレンズアンテナ1への入射漏れ(スピルオーバー)による損失を少なくするために2cmとして計算している。
When calculating with specific numerical values, the radio wave frequency f is 18 GHz, the number of lens layers 20 of the
上記設計方式(A)を説明する。金属薄片22の半径ρと比誘電率εLとの関係は、発明が解決しようとする課題の欄で説明した図13のとおり導かれ、同様の関係が金属薄片32の半径ρと比誘電率εAにも適用される。
The design method (A) will be described. The relationship between the radius ρ of the
上記設計方式(B)を説明する。電波の無反射条件は、空気と反射防止体3Aとの境において空気側から入射した電波の反射係数Reが0となるように、次の(1)式で与えられる。Z0、Ziはそれぞれ、空気のインピーダンス、空気と反射防止体3Aとの境における反射防止体3A側のインピーダンスである。
The design method (B) will be described. The non-reflection condition of the radio wave is given by the following equation (1) so that the reflection coefficient Re of the radio wave incident from the air side at the boundary between the air and the
レンズアンテナ1は、媒質の違いから、図3(a)の等価回路図のように表され、空気と反射防止体3Aとの境における反射防止体3A側のインピーダンスZi、反射防止体3Aとレンズ本体2との境におけるレンズ本体2側のインピーダンスZj、レンズ本体2と反射防止体3Bとの境における反射防止体3B側のインピーダンスZkはそれぞれ、次の(2)〜(4)式で与えられる。
The
ここで、Z0、ZA、ZL、β0、βA、βLは次の(5)〜(10)式で与えられるものである。ε0とμ0はそれぞれ、空気の誘電率と透磁率である。μAとμLはそれぞれ、反射防止体3A、3Bとレンズ本体2の比透磁率である。
Here, Z 0 , Z A , Z L , β 0 , β A , and β L are given by the following equations (5) to (10). ε 0 and μ 0 are air permittivity and permeability, respectively. μ A and μ L are the relative magnetic permeability of the
上記(1)式を、簡略のため比透磁率μL、μAを1として解くと、図3(b)に示すように、比誘電率εAは比誘電率εLに対して複数の解を有する関数の関係となる。こうして、比誘電率εAは比誘電率εLの値に対してどのような値を取るべきかが決められる。 When the above equation (1) is solved with relative permeability μ L and μ A as 1 for the sake of simplicity, as shown in FIG. 3B, the relative permittivity ε A has a plurality of relative permittivity ε L. It becomes a relation of a function having a solution. Thus, it is determined what value the relative dielectric constant ε A should take with respect to the value of the relative dielectric constant ε L.
この設計方式(B)で重要な点は、レンズアンテナ1は平板状である上に極めて薄く、また、適用の電波は非常にコヒーレントであるために、レンズアンテナ1の両側における反射と透過(すなわち、空気と反射防止体3Aとの境、反射防止体3Aとレンズ本体2との境、レンズ本体2と反射防止体3Bとの境、反射防止体3Bと空気との境、における反射と透過)による干渉を考慮して設計を行っていることである。この点は、光学レンズにおいては、レンズ形状が曲面であり、光線がインコヒーレントであることから、レンズの両面における反射と透過による干渉を考慮する必要がない点と異なる。
The important point in this design method (B) is that the
上記設計方式(C)を説明する。位相シフト量Φは、反射防止体3A、3Bの比誘電率εA及びレンズ本体2の比誘電率εLとの関数であって、次の式(11)で与えられる。
The design method (C) will be described. The phase shift amount Φ is a function of the relative dielectric constant ε A of the
ここで、図3(b)に示した比誘電率εAと比誘電率εLとの関係を用いると、位相シフト量Φと比誘電率εLは、図4に示すような関係となる。 Here, when the relationship between the relative permittivity ε A and the relative permittivity ε L shown in FIG. 3B is used, the phase shift amount Φ and the relative permittivity ε L have the relationship as shown in FIG. .
上記設計方式(D)を説明する。図5(a)は、焦点4から放射された電波のレンズアンテナ1における様子を表した模式図である。次の式(12)から、位相シフト量Φとレンズ中心軸Ceから直交方向の距離rとの関係を求める。
The design method (D) will be described. FIG. 5A is a schematic diagram showing a state of the radio wave radiated from the focal point 4 in the
ここで、レンズ本体2の周縁(r=R)において、金属薄片22が存在しないようにすると、比誘電率εLは基板21自体の比誘電率(=3.27)となるので、図4より、レンズアンテナ1の周縁における位相シフト量Φ(R)は0.92π[rad]となる。この値を式(12)の周縁における次の式(12’)に代入すると、レンズ中心軸Ce上における位相シフト量Φ(0)が求まる。
Here, if the
図5(b)は、こうして導出した位相シフト量Φとレンズ中心軸Ceから直交方向の距離rとの関係を示す図である。位相シフト量Φは、距離rが大きくなるに従って小さくなっている。なお、図の点線の部分は後述する。 FIG. 5B is a diagram showing the relationship between the phase shift amount Φ thus derived and the distance r in the orthogonal direction from the lens center axis Ce. The phase shift amount Φ decreases as the distance r increases. The dotted line portion in the figure will be described later.
上記設計方式(E)を説明する。図6は、図5(b)を第1象限に、図4を第2象限に、図3(b)を第3象限に置いて、それらを組み合わせた図である。よって、図6のX軸の正の値はレンズ中心軸Ceから直交方向の距離r、Y軸の正の値は位相シフト量Φ、X軸の負の値は比誘電率εL、Y軸の負の値は比誘電率εAである。図6を用いると、第1象限でレンズ中心軸Ceから直交方向の距離rに応じた位相シフト量Φを求め、第2象限で位相シフト量Φを満足する比誘電率εLを求め、第3象限で比誘電率εLから比誘電率εAを求めることができる。こうして、レンズ中心軸Ceから直交方向の距離rに対応した比誘電率εLと比誘電率εAが導き出される。そして、上記図13を用いて、比誘電率εLと比誘電率εAに対応するレンズ層20と反射防止層30における金属薄片22、32の半径ρを求める。
The design method (E) will be described. FIG. 6 shows a combination of FIG. 5B in the first quadrant, FIG. 4 in the second quadrant, and FIG. 3B in the third quadrant. Therefore, the positive value of the X axis in FIG. 6 is the distance r in the orthogonal direction from the lens center axis Ce, the positive value of the Y axis is the phase shift amount Φ, the negative value of the X axis is the relative dielectric constant ε L , and the Y axis. negative values of the relative dielectric constant epsilon a. Using FIG. 6, the phase shift amount Φ corresponding to the distance r in the orthogonal direction from the lens center axis Ce is obtained in the first quadrant, the relative dielectric constant ε L satisfying the phase shift amount Φ is obtained in the second quadrant, The relative dielectric constant ε A can be obtained from the relative dielectric constant ε L in three quadrants. In this way, the relative permittivity ε L and the relative permittivity ε A corresponding to the distance r in the orthogonal direction from the lens center axis Ce are derived. Then, using FIG 13, a
このようにして設計すると、図2で示したレンズ層20と反射防止層30において、多様な寸法の金属薄片22、32の具体的な空間分布が得られる。なお、この空間分布は、レンズ中心軸Ceから直交方向の距離rが大きくなるにつれて単純に金属薄片22、32の寸法(半径ρ)が小さくなるものとは限らない。
When designed in this manner, specific spatial distributions of the
このレンズアンテナ1を試作して本願発明者が行った実験について、以下説明する。図7は実験の構成図である。無響室50の中で、周波数fが17GHzであって±180度の方向を中心として32度の半値の指向性の電波を放射する長方形のパッチアンテナ(1次放射器)51と電波を収束するレンズアンテナ1と電波を受信するホーンアンテナ52を設置した。レンズアンテナ1はパッチアンテナ51から焦点距離foである2cmの距離で、±180度の方向に位置し、ホーンアンテナ52は、レンズアンテナ1から2.5mの距離にあって、周波数fが17GHzの電波の利得を測定した。図8は、その結果の指向性図である。(a)上記のレンズアンテナ1を用いた場合のもの、(b)は反射防止体3A、3Bを取り除いてレンズ本体2のみを用いた場合のもの、(c)はパッチアンテナとホーンアンテナの間に何も取り付けない場合のものである。図8において、下方向が±180度の方向であり、最大半径の円が−50dBを示し、順にその内側の円は、−60dB、−70dB、−80dBを示す。図8によると、反射防止体3A、3Bがない(b)の場合では反射の量が多いが、反射防止体3A、3Bが設けられた(a)の場合では反射の量は減少している。
An experiment conducted by the inventor of the present invention by making a prototype of this
なお、図4においては、位相シフト量Φが1.42π〜1.94π[rad]ではそれに対応するεLの値が存在していない。そのために、図5(b)の点線で示すように、実際、その間は1.42π[rad]か1.94π[rad]のどちらかを当てはめたものを実験では用いた。図8における±180度の位置で、(a)の場合の利得が(b)の場合の利得よりも高くはなっていないのは、このことが原因と推測される。この±180度の位置での利得を高めるには、多少の反射を甘受することになっても位相シフト量Φが1.42π〜1.94π[rad]となる半径rでは反射防止の設計を行わないようにすることもできるが、望ましくは、図4において位相シフト量Φに対応するεLが存在していない範囲が小さくなるように、更に複雑な設計を行う。具体的には、上記(1)式の無反射条件を緩めるか、或いは、反射防止体3A、3Bを構成する反射防止層30の金属薄片32によって得られる比誘電率εAをレンズ中心軸方向に徐々に変えることなどが可能である。その中で、レンズ本体2の厚みtL(すなわち、レンズ層20の枚数)と反射防止体3A、3Bの厚みtA(すなわち、反射防止層30の枚数)を調整するのが、簡単でありながら、以下に説明するように非常に効果的である。
In FIG. 4, the phase shift amount Φ does not exist the value of epsilon L corresponding thereto in 1.42π~1.94π [rad]. For this purpose, as shown by the dotted line in FIG. 5B, actually, either 1.42π [rad] or 1.94π [rad] was applied during the experiment. The reason why the gain in the case of (a) is not higher than the gain in the case of (b) at the position of ± 180 degrees in FIG. In order to increase the gain at the position of ± 180 degrees, an antireflection design should be used at a radius r where the phase shift amount Φ is 1.42π to 1.94π [rad] even if some reflection is accepted. Although it is possible not to perform this, it is desirable to perform a more complicated design so that the range in FIG. 4 where ε L corresponding to the phase shift amount Φ does not exist becomes small. Specifically, the relative permittivity ε A obtained by loosening the non-reflection condition of the above formula (1) or by the
上記設計方式において、具体的数値を、レンズ本体2のレンズ層20の枚数は6枚、反射防止体3Aの反射防止層30の枚数は12枚、反射防止体3Bの反射防止層30の枚数は12枚とし、レンズ本体2の厚みtL、は0.84mm、反射防止体3A、3Bの厚みtAは1.68mmとし、その他は上記と同様にして計算した。そうすると、比誘電率εAと比誘電率εLは図3(b)と異なる図9に示すような関係となり、位相シフト量Φと比誘電率εLは図4と異なる図10(a)に示すような関係となる。図10(b)は、図10(a)の一部を拡大したものである。図10(b)によると、位相シフト量Φに対応するεLが存在していない範囲は1.68π〜1.70π[rad]であり、極めて小さい。従って、図5(b)の点線で示す部分も極めて小さくすることができる。
In the above design method, specific numerical values are as follows: the number of lens layers 20 of the
このように、反射防止体3A、3Bの厚みtAをレンズ本体2の厚みtLよりも大きくすることは、位相シフト量Φに対応するεLが存在していない範囲を小さくするという点で好ましい結果が得られ、レンズ本体2のレンズ層20の枚数は10枚、反射防止体3Aの反射防止層30の枚数は15枚、反射防止体3Bの反射防止層30の枚数は15枚としても、図10と同様に、位相シフト量Φに対応するεLが存在していない範囲が極めて小さい位相シフト量Φと比誘電率εLの関係が得られることを確認した。
As described above, increasing the thickness t A of the
以上、本発明の実施形態に係るレンズアンテナ1について説明した。レンズアンテナ1は、透過型であるため電波の反射損失を本質的に多少は必ず有してしまうものであるが、反射防止体3A、3Bを設けることにより反射損失を大きく低減することができる。また、レンズアンテナ1は、全体が平板状であり、ロープロファイル(薄型)性を維持できる。従って、レンズアンテナ1と1次放射器の複合体を最適化して小さなものにすることができ、また、既存のアンテナ(例えば、パラボラアンテナ、ホーンアンテナ、パッチアンテナなど)の前面にレンズアンテナ1を単に設置することによって、簡便に不足している利得を増大させることもできる。
The
本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、レンズ本体2の両側に反射防止体3A、3Bが設けてあるものについて述べたが、電波が反射防止体3A側の外部からのみレンズアンテナ1に入射する場合などには、反射防止体3Bを省略することも可能である。また、上記実験に関して述べたように、無反射の条件を緩めて、空気と反射防止体3Aとの境において入射した電波の反射係数Reが0ではない微小な定数値(例えば、−10dB)とした設計を行うこともできる。
The present invention is not limited to that described in the above-described embodiment, and various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims. For example, in the above embodiment, the case where the
1 レンズアンテナ
2 レンズ本体
20 レンズ層
22 レンズ層の金属薄片
3A、3B 反射防止体
30 反射防止層
32 反射防止層の金属薄片
Ce レンズ中心軸
f 電波周波数
fo 焦点距離
Φ 位相シフト量
r レンズ本体と反射防止体のレンズ中心軸からの距離
R レンズ本体と反射防止体の半径
tA 反射防止体の厚み
tL レンズ本体の厚み
εA 反射防止体の比誘電率
εL レンズ本体の比誘電率
ρ 金属薄片の半径
DESCRIPTION OF
Claims (4)
電波の反射損失を低減するようにレンズ本体のレンズ中心軸方向の少なくとも片側に設けられており、レンズ中心軸から周縁までの距離がレンズ本体と略同一の平板状の反射防止体と、を備えてなり、
前記レンズ本体と前記反射防止体はともに、基板上に小さな金属薄片が多数設けられた層から構成されており、金属薄片の寸法がレンズ中心軸から直交方向の距離に応じて異ならせてあり、
前記金属薄片の寸法は、
金属薄片の寸法と比誘電率との関係と、
反射防止体と空気との境における反射防止体側のインピーダンス及び反射防止体とレンズ本体との境におけるレンズ本体側のインピーダンスを少なくとも用いて、前記反射防止体と空気との境における反射係数がゼロ又は定数値となるように導かれた反射防止体の比誘電率とレンズ本体の比誘電率との関係と、
電波がレンズアンテナを透過したときの位相シフト量と反射防止体の比誘電率及びレンズ本体の比誘電率との関係と、
焦点から放射された電波がレンズアンテナを透過したときに平面波になるように導かれた位相シフト量とレンズ中心軸から直交方向の距離との関係と、
を用いて導かれたものであることを特徴とするレンズアンテナ。 A flat lens body that transmits radio waves,
A flat antireflection body that is provided on at least one side of the lens body in the lens central axis direction so as to reduce the reflection loss of radio waves, and whose distance from the lens central axis to the periphery is substantially the same as that of the lens body. Do Te Ri,
The lens body and the antireflection body are both composed of a layer in which a large number of small metal flakes are provided on a substrate, and the dimensions of the metal flakes are varied according to the distance in the orthogonal direction from the lens central axis.
The dimensions of the metal flakes are
The relationship between the dimensions of the metal flakes and the dielectric constant
The reflection coefficient at the boundary between the antireflection body and air is zero or at least using the impedance on the antireflection body side at the boundary between the antireflection body and air and the impedance on the lens body side at the boundary between the antireflection body and the lens body. The relationship between the relative permittivity of the antireflector guided to a constant value and the relative permittivity of the lens body,
The relationship between the phase shift amount when radio waves pass through the lens antenna, the relative permittivity of the antireflection body, and the relative permittivity of the lens body,
The relationship between the phase shift amount guided so that the radio wave radiated from the focal point becomes a plane wave when passing through the lens antenna and the distance in the orthogonal direction from the lens central axis,
A lens antenna characterized by being guided by using a lens.
前記反射防止体はレンズ本体の両側に設けられていることを特徴とするレンズアンテナ。 The lens antenna according to claim 1, wherein
The lens antenna, wherein the antireflection body is provided on both sides of the lens body.
前記レンズ本体と前記反射防止体の金属薄片は、フォトエッチングにより形成されていることを特徴とするレンズアンテナ。 The lens antenna according to claim 1 or 2 ,
The lens antenna, wherein the lens main body and the metal flakes of the antireflection body are formed by photoetching.
前記反射防止体の厚みを前記レンズ本体の厚みよりも大きくしたことを特徴とするレンズアンテナ。 The lens antenna according to any one of claims 1 to 3 ,
A lens antenna, wherein the thickness of the antireflective body is larger than the thickness of the lens body.
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