(57)【要約】  【課題】  電波レンズで発生する損失、特に導体損を低減することのできる電波レンズを提供する。  【解決手段】  電波の伝播方向に平行に配置される複数の電極１１、１３と、電極１１、１３の間に充填される液晶層１２、１４とを備え、液晶層１２、１４中を伝播する電波によって複数の電極１１、１３のそれぞれの、一方の面に誘起される高周波電流が流れる領域と、他方の面に誘起される高周波電流が流れる領域とが互いに重なり合う領域を有し、一方の面に誘起される高周波電流と他方の面に誘起される高周波電流とが打ち消し合う構成を有する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波の伝播方向に互いに平行に配置される複数の平板電極と、前記複数の平板電極の間に充填される液晶層とを備える電波レンズにおいて、
前記液晶中を伝播する電波によって前記複数の平板電極のそれぞれの、一方の面に誘起される高周波電流が流れる領域と、他方の面に誘起される高周波電流が流れる領域とが互いに重なり合う領域を有することを特徴とする電波レンズ。
【請求項２】
前記複数の平板電極は、それぞれの厚さが前記電波によって前記複数の平板電極のそれぞれに誘起される高周波電流の表皮深さの２倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の電波レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電波レンズに係り、特に、損失を低減することのできる電波レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信衛星（ＣＳ）放送あるいは放送衛星（ＢＳ）放送を移動体で受信する場合は、受信アンテナの受信指向性を通信衛星の方向に向ける、いわゆる追尾制御が必要となる。
【０００３】
受信アンテナの受信指向性を制御する方法としては、受信アンテナの姿勢を機械的に制御する追尾装置を使用することが一般的であるが、装置が大規模となるだけでなく、機械装置の保守が必要となるという課題がある。
【０００４】
この課題を解決するために、電波の伝播方向を電気的に制御することができる電波レンズを使用し、指向性を電気的に制御する受信アンテナも実用化されている。
【０００５】
図６は、従来提案されている電波レンズの構成図であって、誘電体として液晶を使用している（特許文献１参照）。
【０００６】
２枚の基準電極１３０の間に短冊状の制御電極１２０を配置し、基準電極１３０と制御電極１２０の間に液晶含浸材１１０を配置した液晶セルを積層した構成を有する。この構成により、制御電極１２０と基準電極１３０の間に所定の制御電圧１４０を印加して液晶分子の配向方向を制御することにより、液晶の誘電率を制御することができる。
【０００７】
この結果、例えばホーンアンテナ１５０から供給され上記の電波レンズを通過する電波の伝播方向を制御することが可能となる。
【特許文献１】特開２００３−１８５９９０号公報（［００１３］〜［００１４］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の電波レンズには、電波レンズを挿入することにより損失が発生するという問題があった。
【０００９】
電波レンズの長さが６０ミリメートル、電波の周波数が６０ギガヘルツであれば、電波レンズの損失は約８．５デシベル（約１４％）となり、この損失だけアンテナの利得が低下することとなる。
【００１０】
電波レンズで発生する損失には、電波レンズを構成する液晶含浸材その他の誘電体の中で発生する誘電損と、導体である基準電極および制御電極の中で発生する導体損とがある。
【００１１】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたものであって、電波レンズで発生する損失、特に導体損を低減することのできる電波レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る電波レンズは、電波の伝播方向に互いに平行に配置される複数の平板電極と、前記複数の平板電極の間に充填される液晶層とを備える電波レンズであって、前記液晶中を伝播する電波によって前記複数の平板電極のそれぞれの、一方の面に誘起される高周波電流が流れる領域と、他方の面に誘起される高周波電流が流れる領域とが互いに重なり合う領域を有する構成を有する。
【００１３】
この構成により、平板電極の厚さを平板電極の上面および下面に誘起される高周波電流が互いに打ち消し合うように定めることができることとなる。
【００１４】
本発明に係る電波レンズは、前記複数の平板電極は、それぞれの厚さが前記電波によって前記複数の平板電極のそれぞれに誘起される高周波電流の表皮深さの２倍以下である構成を有する。
【００１５】
この構成により、平板電極内で平板電極の上面および下面に誘起される高周波電流が互いに打ち消し合うこととなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る電波レンズは、液晶層中を伝播する電波によって複数の電極のそれぞれの、一方の面に誘起される高周波電流が流れる領域と、他方の面に誘起される高周波電流が流れる領域とが互いに重なり合うように構成することにより、電波レンズで発生する損失を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る電波レンズの実施形態を、図面を用いて説明する。
【００１８】
本発明に係る電波レンズの実施形態の構造図を、図１及び図２に示す。
【００１９】
本発明に係る電波レンズ１０は、図１に示すように、同一構造を有する２つ以上のセル１、２、３・・・Ｎを積層して構成される。
【００２０】
なお、上記の電波レンズ１０において、電波はＸＺ平面に垂直に入射し、Ｙ軸方法に伝播するものとする。
【００２１】
セル１は、図２に示すように、基準電極１１と、第１の液晶層１２と、制御電極１３と、第２の液晶層１４とを順に積層した構成を有する。
【００２２】
なお、基準電極１１および制御電極１３は金属、あるいは導電性有機材料製の平板である。制御電極１３は、電波の伝播方向（Ｙ軸方向）、あるいは電波の伝播方向と直角な方向（Ｘ軸方向）に分割されていてもよい。
【００２３】
次に本発明に係る電波レンズにおいて導体損が低減される理由を説明する。
【００２４】
以下セル１を対象として説明するが、他のセル２、３・・・Ｎについても同じである。
【００２５】
電波は電波レンズ１０の電波入射面（ＸＺ平面）に垂直に入射し、電波の電界方向は基準電極１１および制御電極１３に垂直（図１および図２のＺ軸方向）であり、第１の液晶層１２および第２の液晶層１４内をＴＥＭモードで伝播するものとする。
【００２６】
このとき、電波は制御電極１３に電波の周波数と同一の周波数の高周波電流を誘起し、エネルギの一部を喪失する。
【００２７】
しかし、第１の液晶層１２中を伝播する電波によって制御電極１３中に誘起される電流と、第２の液晶層１４中を伝播する電波によって制御電極１３中に誘起される電流は、ＴＥＭ波により誘起されたものであり、かつ、互いに逆向きに流れるので、２つの電流が互いに打ち消し合う構成とすることにより、電波のエネルギの喪失を抑制できる。
【００２８】
高周波電流は表皮効果により制御電極１３の表面近傍を流れ、制御電極１３の厚さ方向に指数関数的に減少し、表皮深さｄｓでは電流密度は１／ｅ（−８．７デシベル）にまで減少する。
【００２９】
従って、第１の液晶層１２中を伝播する電波によって制御電極１３中に誘起される電流の流れる領域と、第２の液晶層１４中を伝播する電波によって制御電極１３中に誘起される電流の流れる領域との重なりが大きいほど、電波のエネルギの喪失抑制の効果は大きくなることとなる。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、制御電極１３の厚さｄが表皮深さｄｓの２倍より大きいときは、第１の液晶層１２を伝播する電波によって誘起される高周波電流と第２の液晶層１４を伝播する電波によって誘起される高周波電流とは相互に干渉することはほとんどなく、制御電極１３の上面および下面を流れるので、電波レンズを伝播する電波のエネルギの一部が導体損として失われることとなる。
【００３１】
これに対し、図３（ｂ）に示すように、制御電極１３の厚さｄを電波レンズを伝播する電波によって誘起される高周波電流の表皮深さｄsの２倍以下とすると、第１の液晶層１２中を伝播する電波によって制御電極１３中に誘起される電流と、第２の液晶層１４中を伝播する電波によって制御電極１３中に誘起される電流とが、重なり合う部分で互いに打ち消し合い、電波レンズ１０を伝播する電波の導体損は低減する。
【００３２】
また、セル２の基準電極においては、セル１の第２の液晶層１４を伝播する電波によって誘起される高周波電流と、セル２の第１の液晶層１２を伝播する電波によって誘起される高周波電流との打ち消し合いが発生し、導体損が低減することとなる。
【００３３】
なお、セル１の基準電極１１は電波レンズ１０の最上層に配置されており、その上には液晶層は存在しないので、基準電極１１に高周波電流が誘起されることは防ぐことはできない。
【００３４】
同様に、セルＮの下面に設置される基準電極は、電波レンズの最下層に配置されることとなるので、高周波電流の発生は不可避である。
【００３５】
なお、表皮深さｄsは［数１］により表される。
【００３６】
【数１】
2006074551.tif 000003
【００３７】
図４は、電波の周波数を６０ＧＨｚ、電極の誘電率σを５．８×１０7シーメンス／メートル（透磁率μを１．０としたときの銅の誘電率）として、電極の厚さを変更したときの導体損の変化を計算したグラフであって、電極の厚さが２マイクロメートル以上であれば導体損は電極の厚さが無限大であるときの損失である２５デシベル／メートル以上となる。
【００３８】
なお、電波の周波数が６０ＧＨｚ、電極の誘電率σが５．８×１０7シーメンス／メートルであるときの表皮深さは、０．３マイクロメートルである。
【００３９】
電極の厚さが２マイクロメートルから０．６マイクロメートルの範囲にあるときは、僅かな変動はあるものの、損失は２５デシベル／メートル程度となる。
【００４０】
電極の厚さが０．６マイクロメートル以下となれば、損失は次第に減少し、電極の厚さが０．２マイクロメートルであれば損失は２デシベル／メートルにまで減少する。
【００４１】
これは、制御電極１３の第１の液晶層１２に接した面に第１の液晶層１２を伝播する電波にとって誘起される高周波電流が第２の液晶層１４に接した面にまで到達し、第２の液晶層１４を伝播する電波にとって誘起される高周波電流と打ち消し合うからである。
【００４２】
図５は、電極の透磁率μを１．０、厚さを２．２マイクロメートルに維持して、電極の導電率を１０3〜１０8シーメンス／メートルの範囲で変更したときの導体損の変化を計算したグラフである。
【００４３】
本発明の電波レンズの電極にあっては、電極の導電率を１０8シーメンス／メートルから徐々に小さくした場合、導電率が約６×１０６シーメンス／メートルになるまでは理論通りに導電率の減少に従って抵抗が増加し、導体損はいったん増加する。
【００４４】
しかし、導電率が約４×１０６シーメンス／メートル（このときの表皮深さは１マイクロメートル）以下となると導体損は減少に転じ、約６×１０３シーメンス／メートル（このときの表皮深さは２７マイクロメートル）では導体損は０．６５デシベル／メートルにまで低減する。
【００４５】
図４および図５から、電極の厚さが表皮深さの２倍以内となる範囲においては、導体損が低減することが判る。
【００４６】
なお、電極の厚さを表皮深さの２倍以内とするには、電極の材質を変更せずに電極の厚さを薄くしてもよく、電極の厚さを一定として電極の誘電率あるいは透磁率の少なくとも一方を変更してもよい。
【００４７】
さらに、電極の材料として一般的に使用される銅の導電率は５．８×１０7シーメンス／メートル程度であるが、電極の厚さｄを表皮電流厚さｄsの２倍以下に薄くすることにより、導電率が銅より小さい材料（即ち、銅より抵抗率の大きい材料、例えば導電性有機材料）を使用した場合にも導体損を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、本発明に係る電波レンズは、導体損を低減できるという効果を有し、ビーム・フォーマ等として有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る電波レンズの実施形態の全体斜視図
【図２】本発明に係る電波レンズの１つのセルの分解斜視図
【図３】本発明に係る電波レンズの電極に誘起される高周波電流を示す図
【図４】本発明に係る電波レンズの電極厚さと導体損失の関係を示すグラフ（計算値）
【図５】本発明に係る電波レンズの電極の導電率と導体損失の関係を示すグラフ（計算値）
【図６】従来の電波レンズの斜視図
【符号の説明】
【００５０】
１、２・・・Ｎ  セル
１０  電波レンズ
１１  セル１の基準電極
１２  セル１の第１の液晶層
１３  セル１の制御電極
１４  セル１の第２の液晶層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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