(57)【要約】【課題】レンズアンテナにおいて、一次放射器におけるスピルオーバ損失等のレンズアンテナの性能不良を抑制する。【解決手段】レンズ１２からの複数の放射方向の各々についての略焦点位置に、一次放射器１４の放射端が位置合わせされる。また、一次放射器１４は、複数の導波管開口２４を有する基体部１８と、導波管開口２４に挿入された誘電体（２０ａ〜２０ｅ）と、を含み、誘電体（２０ａ〜２０ｅ）の露出側端部を放射端としている。このように、一次放射器の放射端をほぼレンズの焦点位置に配置することで、一次放射器におけるスピルオーバ損失を抑制することができる。また、誘電体を用いることで、基体部１８の加工に要する手間や費用を抑制し、さらには基体部１８の小型化、ひいてはレンズアンテナの小型軽量化を図ることができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズと一次放射器とを有するレンズアンテナにおいて、
前記レンズからの複数の放射方向の各々についての略焦点位置に、前記一次放射器の放射端が配置されることを特徴とするレンズアンテナ。
【請求項２】
前記一次放射器は、
複数の導波管開口を有する基体部と、
前記導波管開口に挿入された誘電体と、
を含み、
前記誘電体の露出側端部が前記放射端として略焦点位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載のレンズアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズと一次放射器とを有するレンズアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
レンズによってビーム状の放射電磁波を形成するレンズアンテナが従来より知られており、レーダ装置や通信機器等で用いられている。ここで、従来のレンズアンテナについて図４および図５を参照して説明する。図４は、従来のレンズアンテナ６０の要部の構成を示す側面図（一部断面図）、また図５は、該レンズアンテナ６０における放射方向に応じた焦点位置の変化を示す模式図である。
【０００３】
図４に示すように、従来のレンズアンテナ６０は、誘電体レンズ（凸レンズ）６２と一次放射器６４とを備える。一次放射器６４は、コンバータ部６６と、複数の導波管６８の形成された基体部７０と、を有する。コンバータ部６６は、無線周波数帯（ＲＦ帯）と中間周波数帯（ＩＦ帯）との間で電磁波（信号）の周波数変換を行う。コンバータ部６６より放出された無線周波数帯の電磁波は、導波管６８を経由して、基体部７０の導波管開口７２より誘電体レンズ６２に向けて放出される。誘電体レンズ６２の内外で電磁波の伝搬速度が異なるため、誘電体レンズ６２は電磁波に対しても光と同様に作用し、誘電体レンズ６２より放射された電磁波はビーム状となる。
【０００４】
このレンズアンテナ６０は、複数方向に電磁波を放射可能なマルチビームアンテナとして構成される。図５（（ａ）〜（ｃ））に示すように、誘電体レンズ６２の焦点（Ｆ１，Ｆ３，Ｆ５）の位置は、放射方向（Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５）に応じて変わる。この例の場合、放射方向Ｄ１が中心軸Ｃにから上方に離間するほどその方向Ｄ１に対応する焦点Ｆ１は中心軸Ｃより下方に離間し、逆に、放射方向Ｄ５が中心軸Ｃから下方に離間するほどその焦点Ｆ５は中心軸Ｃより上方に離間している。
【０００５】
このような性質を利用して、図４に示すように、レンズアンテナ６０では、中心軸Ｃからの距離の異なる複数の導波管開口７２および導波管６８を、各焦点（Ｆ１〜Ｆ５）すなわち放射方向（Ｄ１〜Ｄ５）に対応付けて設けている。かかる構成により、各導波管開口７２から誘電体レンズ６２側に放射された電磁波は、誘電体レンズ６２を通って、それぞれ、対応する放射方向（Ｄ１〜Ｄ５）への電磁波ビームとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図５（および図４）からわかるように、誘電体レンズ６２の焦点（Ｆ１〜Ｆ５）の位置は、中心軸Ｃに沿った方向においても、放射方向（Ｄ１〜Ｄ５）に応じて変化する。この例において、誘電体レンズ６２の光学的中心Ｏを通り中心軸Ｃに直交する平面Ｐと焦点（Ｆ１〜Ｆ５）との距離で考えた場合、放射方向が中心軸Ｃに一致するとき（すなわち放射方向Ｄ３）の焦点Ｆ３と該平面Ｐとの距離δ３が最も長くなり、放射方向（Ｄ１，Ｄ５）が中心軸Ｃから離間するほど、焦点（Ｆ１，Ｆ５）と該平面Ｐとの距離（δ１，δ５；図５）は短くなる。
【０００７】
ところが、図４に示すように、レンズアンテナ６０では、導波管開口７２は、中心軸Ｃに直交する平面７０ｑ上に位置する。すなわち、一次放射器６４の放射端としての導波管開口７２と上記平面Ｐとの距離ｄは、放射方向（Ｄ１〜Ｄ５）に応じて変化せず一定である。
【０００８】
このように、従来のレンズアンテナ６０では、放射方向（Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５）に応じて、焦点（Ｆ１，Ｆ３，Ｆ５）と平面Ｐとの距離（δ１，δ３，δ５）は変化するのに対し、放射端（すなわち導波管開口７２）と平面Ｐとの距離ｄは変化せず一定である。このため、従来のレンズアンテナ６０では、誘電体レンズ６２の焦点（Ｆ１〜Ｆ５）と放射端との位置ずれが生じていた。
【０００９】
この位置ずれは、例えば一次放射器におけるスピルオーバ損失の増大やばらつき等、レンズアンテナの性能不良の要因となる。マルチビームの放射方向の角度範囲が狭い場合（すなわち狭角でビームを放射するレンズアンテナの場合；例えば図４において放射方向Ｄ２〜Ｄ４で用いる場合）には、各放射方向に対応する焦点と放射端との位置ずれは小さくなるので、そのずれによる性能劣化はさほど問題とはならない。しかしながら、放射方向の角度範囲が大きくなると（例えば図４において放射方向Ｄ１〜Ｄ５で用いる場合）、位置ずれが大きくなり、それによるレンズアンテナの性能不良および放射方向による性能ばらつきが無視できなくなる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるレンズアンテナは、レンズと一次放射器とを有するレンズアンテナにおいて、前記レンズからの複数の放射方向の各々についての略焦点位置に、前記一次放射器の放射端が配置される。これにより、焦点位置と放射端との位置ずれを小さくすることができるので、該位置ずれによるレンズアンテナの性能不良を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明にかかるレンズアンテナでは、前記一次放射器は、複数の導波管開口を有する基体部と、前記導波管開口に挿入された誘電体と、を含み、前記誘電体の露出側端部が前記放射端として略焦点位置に配置されるのが好適である。導波管の端部を一次放射器の放射端とした場合、放射端が焦点位置に合うように導波管が形成される部材（あるいは導波管を構成する部材）を加工することが必要となる。これに対し、本発明のように誘電体を用いれば、その加工が不要となり、その分、当該加工の手間や費用を低減でき、また部材の大きさや重量も低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の第一の実施形態について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかるレンズアンテナ１０の構成を示す側面図（一部断面図）である。
【００１３】
レンズアンテナ１０は、レンズ（例えば誘電体レンズ）１２、一次放射器１４、およびレンズ保持部材１６を有する。一次放射器１４は、基体部１８、および誘電体（２０ａ〜２０ｅ）を含む。なお、これら構成要素のうち、レンズ１２、レンズ保持部材１６は、および基体部１８（ただし導波管２２を除く）は、中心軸Ｃについて軸対称（回転体）の形状を有する。
【００１４】
レンズ１２は、凸レンズとして構成され、複数の電磁波の放射方向（＝入射方向；Ｄ１〜Ｄ５）の各々に対応する焦点（例えばＦ１〜Ｆ５）を有する。図１のレンズ１２においても、上述した図４および図５の場合と同様に、放射方向（Ｄ１〜Ｄ５）がレンズ１２の中心軸Ｃから離間するほど、焦点（Ｆ１〜Ｆ５）と中心軸Ｃとの距離は長くなり、焦点（Ｆ１〜Ｆ５）と平面Ｐ（すなわちレンズ１２の光学的中心Ｏを通り中心軸Ｃに垂直な平面）との距離は短くなる。この例では、焦点（Ｆ１〜Ｆ５）は、見かけ上、中心軸Ｃ上に中心を有する円弧上に配置されている。なお、レンズ保持部材１６は基体部１８に固定され、レンズ１２は、レンズ保持部材１６に固定される。
【００１５】
基体部１８は、中心軸Ｃと垂直な平面として形成される対向面１８ｑを有する。また基体部１８には、複数の放射方向の各々に対応して導波管２２が形成されている。なお、基体部１８は例えば金属導体からなる。導波管２２は、中心軸Ｃにほぼ沿った方向に延伸し、その延伸方向に一定形状の断面（例えば円形断面、正方形断面等）を有している。また導波管２２は、導波管開口２４の他端側において図示しないコンバータ部に接続されている。
【００１６】
導波管開口２４にはそれぞれ誘電体（２０ａ〜２０ｅ）が挿入されている。誘電体（２０ａ〜２０ｅ）は、対向面１８ｑの表面上（すなわちレンズ１２側）に突出しており、該突出側（露出側）において、根元側から先端に向けて尖る角錐形状または円錐形状を有している。この尖端部の形状（例えば延伸方向や長さ等）は、アンテナ特性に合わせて適切に調整することができる。尖端部の延伸方向は、例えば、レンズ１２の光学的な中心を通りレンズ１２の表面から各焦点（Ｆ１〜Ｆ５）に向かう電磁波の進行方向に設定される。
【００１７】
上記尖端部の尖端が、一次放射器１４の放射端に相当する。本実施形態では、誘電体（２０ａ〜２０ｅ）の形状や位置を調整することにより、その尖端をレンズ１２の各放射方向に対応する略焦点位置（Ｆ１〜Ｆ５）に配置する。これにより、上述したような放射端と焦点との位置ずれによるレンズアンテナ１０の性能不良が抑制される。また導波管（の一部；端部）に替えて誘電体（２０ａ〜２０ｅ）を用いたことにより、基体部１８をより容易に加工することができるようになる（例えば本実施形態では対向面１８ｑを平面として形成している）とともに、基体部１８の軽量化ひいてはレンズアンテナ１０の小型化も可能となる。
【００１８】
なお、誘電体（２０ａ〜２０ｅ）は、基体部１８に挿入される側（埋没側）においても、導波管開口２４から導波管２２の奥側に向けて尖る角錐形状または円錐形状を有する。この部分の形状を適切に調整することで、電磁波の反射や干渉を抑制し、インピーダンスの整合を図ることができる。
【００１９】
次に、本発明の第二の実施形態について図２を参照して説明する。図２は、本実施形態にかかるレンズアンテナ３０の構成を示す断面図である。
【００２０】
レンズアンテナ３０は、レンズ３１（例えば誘電体レンズ）、一次放射器３２（図２では基体部３６のみを含む）、およびレンズ保持部材３４を有する。基体部３６には、導波管３８が加工される。
【００２１】
レンズアンテナ３０は、上記第一の実施形態のように誘電体（２０ａ〜２０ｅ）を用いることなく、導波管３８の開口（すなわち導波管開口３９）を放射端としたものである。そして、導波管開口３９が各焦点（Ｆ１〜Ｆ５）に配置されるよう、基体部３６のレンズ３１側を、中心軸Ｃについて同心円をなすステップ状に加工している。このような構成によっても、放射端と焦点（Ｆ１〜Ｆ５）との位置ずれによるレンズアンテナ３０の性能不良を抑制することができる。
【００２２】
次に、本発明の第三の実施形態について図３を参照して説明する。図３は、本実施形態にかかるレンズアンテナ４０の構成を示す断面図である。
【００２３】
レンズアンテナ４０は、レンズ４１（例えば誘電体レンズ）、一次放射器４２、およびレンズ保持部材４４を有する。一次放射器４２は、基体部４６を含む。基体部４６には、導波管４８が加工される。
【００２４】
このレンズアンテナ４０も、上記第一の実施形態のように誘電体（２０ａ〜２０ｅ）を用いることなく、導波管４８の開口（導波管開口４９）を放射端としたものである。そして、基体部４６のレンズ４１側を中心軸Ｃについて軸対称な三次元曲面状（この例では凹面状）に加工することで、導波管開口４９を各焦点（Ｆ１〜Ｆ５）に配置している。このような構成によっても、放射端と焦点（Ｆ１〜Ｆ５）との位置ずれによるレンズアンテナ４０の性能不良を抑制することができる。なお、本実施形態では、導波管４８は放射状に設けられている。
【００２５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態にかかるレンズアンテナでは、複数の導波管（および誘電体）が一列に配置され、その列を含む面（すなわち図１〜図３の紙面）内の複数の放射方向についてビームを形成することができたが、レンズ側からみて導波管（および誘電体）を複数列あるいはマトリクス状に配置すれば、三次元的に複数の方向にビームを形成することができる。また、レンズも上記実施形態には限定されず、電磁波の収束性を有するレンズであればよい。また、一次放射器の放射端は丁度焦点であることが望ましいが、焦点の近傍領域であってアンテナ性能（例えばスピルオーバ損失）が許容範囲内となる領域内に配置してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、各放射方向について、一次放射器の放射端をレンズの焦点に位置合わせすることができ、一次放射器におけるスピルオーバ損失等の性能不良を抑制することができる。本発明にかかるレンズアンテナは、特に、ビームを広角に放射する場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態にかかるレンズアンテナの概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第二の実施形態にかかるレンズアンテナの概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第三の実施形態にかかるレンズアンテナの概略構成を示す断面図である。
【図４】従来のレンズアンテナの概略構成を示す図である。
【図５】従来のレンズアンテナにおける放射方向に応じた焦点位置の変化について示す模式図である。
【符号の説明】
１０，３０，４０　レンズアンテナ、１２，３１，４１　レンズ、１４，３２，４２　一次放射器、１６，３４，４４　レンズ保持部材、１８，３６，４６　基体部、２０ａ〜２０ｅ　誘電体、２２，３８，４８　導波管、２４，３９，４９　導波管開口。
【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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