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JPH073926B2 - アンテナ用誘電体レンズ - Google Patents
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JPH073926B2 - アンテナ用誘電体レンズ - Google Patents

アンテナ用誘電体レンズ

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JPH073926B2
JPH073926B2 JP63111813A JP11181388A JPH073926B2 JP H073926 B2 JPH073926 B2 JP H073926B2 JP 63111813 A JP63111813 A JP 63111813A JP 11181388 A JP11181388 A JP 11181388A JP H073926 B2 JPH073926 B2 JP H073926B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、誘電体レンズ、特に、アンテナ用として適し
た誘電体レンズに関する。
[従来の技術および課題] 従来の誘電体レンズとしては、テフロン製のものが既に
知られている。テフロンなどの誘電体を光学系の凸レン
ズのように成形すると、マイクロ波を集束させることが
できる。
しかしながら、テフロン等の樹脂を用いた誘電体レンズ
ではその樹脂の比誘電率が小さく、マイクロ波の十分な
集束を得るためには、レンズ厚みを大きくしなければな
らないという問題がある。
そこで、誘電体レンズの材質にセラミックスを用い、比
誘電率を高めることが考えられる。しかし、その場合に
は、セラミックスの比重が大きいため、誘電体レンズが
重くなってしまうという問題がある。また、大型のもの
を焼成しようとするとクラックが入りやすい等の欠点も
生じる。
さらに、従来の誘電体レンズでは、レンズ面での反射を
少なくする方法として、誘電体レンズ本体の誘電率の平
方根の値となる誘電率を有する材料を約λ/4の厚さでコ
ーティングする方法が用いられている。その場合に、前
記誘電体層中に空気の泡などを混入することにより、誘
電率を所望値になるよう調整している。しかし、この従
来の構成では、誘電率の調整が容易でなく、正確な調整
が行なえないという問題がある。
本発明の目的は、高い誘電率が得られ、誘電率の調整を
容易にかつ正確に行なえ、しかも、軽量である、整合用
誘電体層がレンズ本体の表面に形成された、アンテナ用
誘電体レンズを提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明に係るアンテナ用誘電体レンズは、焼成された粉
状のセラミックスを、10〜90容量%で樹脂に混合した混
合物からなるレンズ本体と、前記レンズ本体の表面に形
成される、焼成された粉状のセラミックスと樹脂とを混
合した混合物からなる、レンズ面での電波の反射を少な
くするための整合用誘電体層とを備える。
[作用] 本発明に係るアンテナ用誘電体レンズでは、レンズ本体
にセラミックスを使用していることから、高い誘電率を
得ることができるようになり、レンズの厚みを薄くする
ことが可能となる。また、レンズ本体がセラミックスと
樹脂とを混合した混合物からなるため、セラミックスの
みからなる前記改良例に比べて、軽量の誘電体レンズを
得ることができる。しかも、セラミックスと樹脂との混
合比率を種々に設定することによって、所望の誘電率を
有する誘電体レンズが容易に得られる。
また、整合用誘電体層がセラミックスと樹脂との混合物
からなるため、その混合比率を任意に設定することによ
り、前記誘電体層の誘電率を容易かつ正確に設定するこ
とができる。
[実施例] 第1図は、本発明に係るアンテナ用誘電体レンズの一実
施例の縦断面図である。第1図において、誘電体レンズ
本体1は、光学系の凸レンズに類似した形状に成形され
ている。そして、誘電体レンズ本体1の表面には、レン
ズ面での電波の反射を少なくするための整合用誘電体層
2が形成されている。
なお、レンズ本体1および整合用誘電体層2は、焼成さ
れた粉状のセラミックスと樹脂とを混合した混合物から
構成されている。そして、整合用誘電体層2の誘電率
は、レンズ本体1の誘電率の平方根に概ね一致するよう
に設定されている。また、レンズ本体1および整合用誘
電体層2は樹脂を含んでいるため、射出成形などの方法
を用いて複雑な形状のものや大型のものが形成可能であ
る。
使用する材料としては、次のようなセラミックスと樹脂
の混合物が考えられる。セラミックスとしては、たとえ
ば、SrTiO3、CaTiO3やBaO−Nd2O3−TiO2系などが使用さ
れ得る。また、樹脂としては、テフロン、ポリスチレ
ン、ポリエチレン、メチレンペンテンポリマー、ポリア
セトン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリフェ
ニレンサルファイド、ポリブチレンやエポキシ樹脂など
が使用され得る。なお、CaTiO3の比誘電率εrは概ね18
0、SrTiO3の比誘電率εrは概ね260、BaO−Nd2O3−TiO2
系の比誘電率εrは概ね90である。また、テフロンの比
誘電率εrは概ね2.2、ポリスチレンの比誘電率εrは
概ね2.6、エポキシ樹脂の比誘電率εrは概ね4.5であ
る。これらのセラミックスと樹脂とを種々の混合比でそ
れぞれ組合わせて得られた比誘電率εrを第2図に示
す。第2図において、はSrTiO3とテフロンとの混合
物、はSrTiO3とエポキシ樹脂との混合物、はSrTiO3
とポリスチレンとの混合物、はCaTiO3とテフロンとの
混合物、はCaTiO3とエポキシ樹脂との混合物、はCa
TiO3とポリスチレンとの混合物、はBaO−Nd2O3−TiO2
とテフロンとの混合物、はBaO−Nd2O3−TiO2とエポキ
シ樹脂との混合物、はBaO−Nd2O3−TiO2とポリスチレ
ンとの混合物における体積比−比誘電率の関係を示して
いる。
第2図で明らかなように、セラミックスと樹脂との混合
比を変えることによって、広い範囲にわたり誘電率を任
意に設定することができることがわかる。したがって、
これらのセラミックスおよび樹脂の混合物は、誘電体レ
ンズ本体1のみならず整合用誘電体層2用として有用で
あることがわかる。
次に、CaTiO3(比重=3.9g/cm3)とエポキシ樹脂(比重
=1.2g/cm3)とを混合して得られた混合物を用いた誘電
体レンズの比誘電率の変化と、比重の変化とを第3図に
示す。第3図から明らかなように、本発明に係る混合物
からなる誘電体レンズでは、100%セラミックスを用い
た誘電体レンズよりも軽量化できることがわかる。たと
えば、比誘電率が39となるように混合した混合物を用い
て150.0mmのレンズを形成した場合には、そのレンズ重
量は208gとなった。これに対し、比誘電率が39のセラミ
ックスを100%使用して同一の形状のものを形成したと
きのレンズの重量は388gであった。
次に、誘電体レンズ1に適合する誘電率を有する整合用
誘電体層2を形成する場合には、たとえば次のように行
なう。誘電体レンズ1用材料としてCaTiO3とエポキシ樹
脂とを体積比で67:33となるように混合し、得られた混
合物によって誘電体レンズ1を形成した。そして、整合
用誘電体層2用材料としてCaTiO3とエポキシ樹脂とを体
積比で23:77の割合で混合し、得られた混合物を用い
る。この場合には、第3図からも明らかなように、誘電
体レンズ1の比誘電率εrの平方根の値に整合層2の比
誘電率εrが概ね一致することになる。これにより、誘
電体レンズ1に適合した整合用誘電体層2が容易に得ら
れる。
また、誘電体レンズ1の比誘電率を20とし、空気の比誘
電率を1とした場合に、整合用誘電体層2の誘電率の変
化と垂直入射の場合の反射損との関係は第4図のように
なった。第4図は、誘電体レンズ1の誘電率の平方根に
対する整合用誘電体層2の誘電率の割合と垂直入射の場
合の反射損との関係を示している。なお、横軸は、誘電
体面の比誘電率の平方根で規格化した整合用誘電体層の
比誘電率である。第4図から明らかなように、整合用誘
電体層2の誘電率の誤差を理想的値から±10%以内に抑
えれば、反射損は0.5dB以下に抑えることができること
がわかる。
次に、本発明に係るアンテナ用誘電体レンズのアンテナ
利得の特性について説明する。
まず、CaTiO3とエポキシ樹脂とを混合した混合物を用い
て、比誘電率εrが概ね20.0である誘電体レンズを形成
した。そして、第5図に示すような実験装置を用いて誘
電体レンズのアンテナ利得を測定した。第5図におい
て、3は本発明の実施例に係る誘電体レンズを用いたア
ンテナ、4は比較のための標準ゲインホーン、5は受信
電力を測定するためのスペクトラムアナライザ、6は送
信用のアンテナ、7は発振装置である。第5図の装置を
用いて、パッチアンテナを一次放射器とした誘電体レン
ズアンテナ3の利得の絶対値を、標準ゲインホーン4と
比較することによって得た。
得られた結果を第1表に示す。
また、本発明の実施例に係る誘電体レンズを用いたアン
テナの周波数−利得特性を第6図に示す。第6図におい
て、Aは整合用誘電体層を有する誘電体レンズを用いた
アンテナの特性である。Bは、整合用誘電体層を有さな
い誘電体レンズを用いたアンテナの特性である。なお、
Cは従来のパッチアンテナ単体の特性を示している。第
6図から明らかなように、従来のパッチアンテナ(C)
に比べて、さらには整合用誘電体層を有さない誘電体レ
ンズを用いたアンテナ(B)に比べて、本発明に係るア
ンテナ(A)によれば大きな利得が得られる。
次に、本発明に係る誘電体レンズを衛星放送受信用アン
テナに適用した場合の一例を第7図に示す。第7図は、
衛星放送受信システムの概略を示している。第7図にお
いて、誘電体レンズ10により集められた放送電波の高周
波信号は、一次放射器11と、BSコンバータ12のLNA回路1
3とを通じて第1の混合回路14に与えられる。この第1
の混合回路14では、局部発振回路15から10GHz帯の局部
発振信号が与えられる。第1の混合回路14は局部発振信
号に基づいて、高周波信号の周波数を変換し、1GHz帯の
中間周波数信号IF1を出力する。信号IF1は、BSチューナ
16のIF増幅回路17で増幅された後、第2の混合回路18に
与えられる。第2の混合回路18には、第2の局部発振回
路19から別の局部発振信号が与えられている。第2の混
合回路18では、局部発振信号に基づいて再び周波数変換
を行ない、第2の中間周波数信号を作り、IFフィルタ20
に入力する。IFフィルタを通過した中間周波数信号は、
FM検波回路21に入力される。
本発明に係る誘電体レンズは、たとえば第7図のように
衛星放送受信用のアンテナ用として有効に利用すること
が可能である。
[発明の効果] 本発明によれば、レンズ本体において、セラミックスを
用いたことから誘電率が高くなり、レンズの厚みを薄く
することが可能となる。また、セラミックスと樹脂とを
混合したことから、100%セラミックスを用いた場合に
比べて軽量化が図れるとともに、レンズへの成型性がよ
くなる。さらに、セラミックスと樹脂とを混合すること
から、誘電率の調整が容易にかつ正確に行なえるように
なる。したがって、誘電率の調整が容易かつ正確にで
き、しかも軽量かつ小型のアンテナ用レンズが得られる
ようになる。
さらに、本発明によれば、整合層としてセラミックスと
樹脂とを混合した混合物を用いたことから、レンズ本体
の誘電率に整合層の誘電率を容易かつ正確に適合させる
ことが可能となる。したがって、より優れたアンテナ利
得特性を発揮することのできる誘電体レンズを得ること
ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る誘電体レンズの縦断面図であ
る。第2図は、体積比と比誘電率との関係を示すグラフ
である。第3図は、体積比と比誘電率および比重との関
係を示すグラフである。第4図は、誘電体面に整合用誘
電体層を約λ/4の厚みで形成したときの、反射損の特性
を示すグラフである。第5図は、アンテナ利得特性測定
の際に使用した測定装置の概略図である。第6図は、周
波数とアンテナ利得との関係を示すグラフである。第7
図は、本発明に係る誘電体レンズを衛星放送受信用アン
テナとして利用した場合の概略回路図である。 1は誘電体レンズ本体、2は整合用誘電体層である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】焼成された粉状のセラミックスを、10〜90
    容量%で樹脂に混合した混合物からなるレンズ本体と、
    前記レンズ本体の表面に形成される、焼成された粉状の
    セラミックスと樹脂とを混合した混合物からなる、レン
    ズ面での電波の反射を少なくするための整合用誘電体層
    とを備える、アンテナ用誘電体レンズ。
JP63111813A 1988-05-09 1988-05-09 アンテナ用誘電体レンズ Expired - Fee Related JPH073926B2 (ja)

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JPH05291820A (ja) * 1992-04-13 1993-11-05 Murata Mfg Co Ltd アンテナ用誘電体レンズ
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