(57)【要約】【課題】ロットマンレンズの損失を減らすこと。【解決手段】導電性部材によって構成される地板８０と、地板８０上に配置される誘電体基板７０と、誘電体基板７０を挟んで地板８０と対向する位置に配置され、複数の入力ポート１１〜１５および複数の出力ポート４１〜４７を有し、複数の出力ポート４１〜４７の両端と、一の入力ポートとを結ぶ線分に沿って、一の入力ポートに入力された信号を複数の出力ポートに導く導波路５１〜５６を誘電体基板７０内に、導波路同士が干渉しない態様で配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性部材によって構成される地板と、
前記地板上に配置される誘電体基板と、
前記誘電体基板を挟んで前記地板と対向する位置に配置され、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有し、
前記複数の出力ポートの両端と、一の入力ポートとを結ぶ線分に沿って、前記一の入力ポートに入力された信号を前記複数の出力ポートに導く導波路を前記誘電体基板内に、導波路同士が干渉しない態様で配置したことを特徴とするロットマンレンズ。
【請求項２】
前記導波路は、前記地板と前記ロットマンレンズとを接続する導電性部材であって、前記複数の出力ポートの両端と一の入力ポートとを結ぶ線分に沿って配置された１または複数の導電性部材によって構成されることを特徴とする請求項１に記載のロットマンレンズ。
【請求項３】
前記導電性部材は前記地板と前記ロットマンレンズとを接続するスルーホールであることを特徴とする請求項２に記載のロットマンレンズ。
【請求項４】
前記入力ポートは、信号が入力される線路と、前記線路と前記ロットマンレンズの本体部とを接続するテーパ形状を有するテーパ部とを有し、前記導波路は前記テーパ部と前記ロットマンレンズの本体部との接続部の端部を起点とし、前記線分に沿って配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロットマンレンズ。
【請求項５】
前記複数の入力ポートは、整合終端されたダミーの入力ポートを挟んでそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロットマンレンズ。
【請求項６】
前記地板側または前記ロットマンレンズ側に１または複数の地板および誘電体基板が積層して配置され、
前記導波路は、これら複数の地板と前記ロットマンレンズとを接続する導電性部材であって、前記複数の出力ポートの両端と一の入力ポートとを結ぶ線分に沿って配置された１または複数の導電性部材によって構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のロットマンレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロットマンレンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数の入力ポートと出力ポートを有するロットマンレンズが開示されている。このようなロットマンレンズでは、一の入力ポートを励振したとき、電力はロットマンレンズ内に供給される。ロットマンレンズ内の電力は出力ポートから取り出され、アレーアンテナ素子に供給される。アレーアンテナ素子の励振振幅および励振位相は、どの入力ポートを励振するかによって決定され、アレーアンテナの励振位相に応じて空間でのビーム方向が定まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２００３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示された技術では、一の入力ポートを励振した場合に、励振信号が他の入力ポートにも伝達されてしまうことがあり、その場合には損失が生じてしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は損失が少ないロットマンレンズを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、導電性部材によって構成される地板と、前記地板上に配置される誘電体基板と、前記誘電体基板を挟んで前記地板と対向する位置に配置され、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有し、前記複数の出力ポートの両端と、一の入力ポートとを結ぶ線分に沿って、前記一の入力ポートに入力された信号を前記複数の出力ポートに導く導波路を前記誘電体基板内に、導波路同士が干渉しない態様で配置したことを特徴とする。
このような構成によれば、損失が少ないロットマンレンズを得ることができる。
【０００７】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記導波路は、前記地板と前記ロットマンレンズとを接続する導電性部材であって、前記複数の出力ポートの両端と一の入力ポートとを結ぶ線分に沿って配置された１または複数の導電性部材によって構成されることを特徴とする。
このような構成によれば、入力ポートから入力された信号を出力ポートに効率よく導くことができるので損失を減らすことができる。
【０００８】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記導電性部材は前記地板と前記ロットマンレンズとを接続するスルーホールであることを特徴とする。
このような構成によれば、導波路を簡単に作成ことができるので、製造コストの増加を防ぐことができる。
【０００９】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記入力ポートは、信号が入力される線路と、前記線路と前記ロットマンレンズの本体部とを接続するテーパ形状を有するテーパ部とを有し、前記導波路は前記テーパ部と前記ロットマンレンズの本体部との接続部の端部を起点とし、前記線分に沿って配置されていることを特徴とする。
このような構成によれば、テーパ部からの信号の漏出を防ぐことで、入力ポートから入力された信号を出力ポートへ効率よく導くことができる。
【００１０】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記複数の入力ポートは、整合終端されたダミーの入力ポートを挟んでそれぞれ配置されていることを特徴とする。
このような構成によれば、入力ポート同士のアイソレーションを高めることができる。
【００１１】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記地板側または前記ロットマンレンズ側に１または複数の地板および誘電体基板が積層して配置され、前記導波路は、これら複数の地板と前記ロットマンレンズとを接続する導電性部材であって、前記複数の出力ポートの両端と一の入力ポートとを結ぶ線分に沿って配置された１または複数の導電性部材によって構成されることを特徴とする。
このような構成によれば、複数の地板および誘電体基板を有する場合であっても、入力ポートから入力された信号を出力ポートに効率よく導くことができるので損失を減らすことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、損失が少ないロットマンレンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るロットマンレンズの構成例を示す図である。
【図２】図１に示すロットマンレンズの断面を示す断面図である。
【図３】導波路を構成するスルーホールの配置を説明するための図である。
【図４】導波路を構成するスルーホールの配置を説明するための図である。
【図５】導波路を構成するスルーホールの配置を説明するための図である。
【図６】従来のロットマンレンズの構成を示す図である。
【図７】図１と図６に示すロットマンレンズの損失を比較する図である。
【図８】図６に示す従来のロットマンレンズの特性を示す図である。
【図９】図１に示す本実施形態のロットマンレンズの特性を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
（Ａ）実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係るロットマンレンズの構成例を示す図である。この図に示すように、ロットマンレンズ１は、導電性板材で構成されて略円形形状を有する本体部１０と、入力ポート１１〜１５、出力ポート４１〜４７、および、ダミーポート２１，２２，３１〜３６を有している。
【００１６】
図２は、ロットマンレンズ１の断面を示す断面図である。この図に示すように、ロットマンレンズ１は、板状の導電性部材によって構成される地板８０と、地板８０上に配置される誘電体基板７０と、誘電体基板７０を挟んで、地板８０に対向して配置される板状の導電性部材によって構成される。なお、後述するように、本体部１０と地板８０とは、複数のスルーホール５０によって接続されている。また、このスルーホール５０は、後述するように導波路を構成する。
【００１７】
図１に戻って、入力ポート１１〜１５は、テーパ部１１ａ〜１５ａおよび線路１１ｂ〜１５ｂを有している。ここで、線路１１ｂ〜１５ｂは、銅箔等の導電性部材によって構成され、一端に電力が印加されて励振され、他端がテーパ部１１ａ〜１５ａに接続されている。テーパ部１１ａ〜１５ａは、テーパ形状を有し、一端が線路１１ｂ〜１５ｂの他端に接続され、開口部である他端が本体部１０に接続されている。
【００１８】
出力ポート４１〜４７は、入力ポート１１〜１５の略反対側に配置され、テーパ部４１ａ〜４７ａおよび線路４１ｂ〜４７ｂを有している。ここで、線路４１ｂ〜４７ｂは、銅箔等の導電性部材によって構成され、一端から電波が放射され、他端がテーパ部４１ａ〜４７ａに接続されている。テーパ部４１ａ〜４７ａは、テーパ形状を有し、一端が線路４１ｂ〜４７ｂの他端に接続され、開口部である他端が本体部１０に接続されている。
【００１９】
ダミーポート２１〜２６は、入力ポートの両側に配置され、テーパ部２１ａ〜２６ａおよび線路２１ｂ〜２６ｂを有している。ここで、線路２１ｂ〜２６ｂは、銅箔等の導電性部材によって構成され、一端が整合終端され、他端がテーパ部２１ａ〜２６ａに接続されている。テーパ部２１ａ〜２６ａは、テーパ形状を有し、一端が線路２１ｂ〜２６ｂの他端に接続され、開口部である他端が本体部１０に接続されている。
【００２０】
ダミーポート３１〜３３は、出力ポート４７とダミーポート２１の間に配置され、ダミーポート３４〜３６は、出力ポート４１とダミーポート２６の間に配置されている。ダミーポート３１〜３６は、テーパ部３１ａ〜３６ａおよび線路３１ｂ〜３６ｂを有している。ここで、線路３１ｂ〜３６ｂは、銅箔等の導電性部材によって構成され、一端が整合終端され、他端がテーパ部３１ａ〜３６ａに接続されている。テーパ部３１ａ〜３６ａは、テーパ形状を有し、一端が線路３１ｂ〜３６ｂの他端に接続され、開口部である他端が本体部１０に接続されている。
【００２１】
また、入力ポート１１〜１５のテーパ部１１ａ〜１５ａの開口部付近には、複数のスルーホール５０によって構成される導波路５１〜５６が形成されている。図３〜５は導波路５１〜５６の構成例を説明するための図である。図３は入力ポート１１のテーパ部１１ａに配置されている導波路５１，５２の構成例を説明するための図である。この図３に示すように、導波路５１は、テーパ部４７ａの開口部の左端とテーパ部１１ａの開口部の上端を結ぶ破線に沿って２つのスルーホールが配置されて構成されている。また、導波路５２の上側は、テーパ部４１ａの開口部の右端とテーパ部１１ａの開口部の下端を結ぶ破線に沿って２つのスルーホールが配置されて構成されている。
【００２２】
図４は入力ポート１２のテーパ部１２ａに配置されている導波路５２，５３の構成例を説明するための図である。この図に示すように、導波路５２の下側は、テーパ部４７ａの開口部の左端とテーパ部１２ａの開口部の上端を結ぶ破線に沿って３つのスルーホールが配置されて構成されている。また、導波路５３の左側は、テーパ部４１ａの開口部の右端とテーパ部１２ａの開口部の下端を結ぶ破線に沿って２つのスルーホールが配置されて構成されている。
【００２３】
図５は入力ポート１３のテーパ部１３ａに配置されている導波路５３，５４の構成例を説明するための図である。この図に示すように、導波路５３の右側は、テーパ部４７ａの開口部の左端とテーパ部１３ａの開口部の左端を結ぶ破線に沿って３つのスルーホールが配置されて構成されている。また、導波路５４の左側は、テーパ部４１ａの開口部の右端とテーパ部１３ａの開口部の右端を結ぶ破線に沿って３つのスルーホールが配置されて構成されている。
【００２４】
導波路５１〜５６を構成する複数のスルーホール５０は、隣接するスルーホール５０の間から信号が漏出しない間隔に設定されている。一例として、信号波長をλとする場合に、λ／４程度に設定することができる。もちろん、これ以外の間隔に設定してもよい。
【００２５】
なお、テーパ部１４ａ，１５ａの開口部に設けられている導波路５５，５６は、導波路５１，５２と同様の構成とされているので、その説明は省略する。
【００２６】
（Ｂ）実施形態の動作の説明
本発明の実施形態に係るロットマンレンズ１は、図６に示す従来のロットマンレンズ１Ａに比較すると、導波路５１〜５６を有する点が異なっている。本実施形態に係るロットマンレンズ１では、線路１１ｂ〜１５ｂに信号が入力されると、テーパ部１１ａ〜１５ａを介してロットマンレンズ１の本体部１０に入力される。図６に示す従来のロットマンレンズ１Ａでは、テーパ部１１ａ〜１５ａのいずれかから入力された信号は出力ポート４１〜４７だけでなく、他の入力ポートにも伝達されてしまうため、これが損失になってしまう。より具体的には、例えば、入力ポート１３から入力された信号は、出力ポート４１〜４７に伝達するだけでなく、入力ポート１１，１２，１４，１５にも一部が伝達するため、これが損失になってしまう。
【００２７】
一方、本実施形態では、線路１１ｂ〜１５ｂに信号が入力されると、テーパ部１１ａ〜１５ａを介してロットマンレンズ１の本体部１０に入力される。このとき、テーパ部１１ａ〜１５ａの開口部の両端には、複数のスルーホール５０が形成されている。これらのスルーホール５０は、図２に示すように、地板８０に接続されていることから接地電位となっている。このような接地電位のスルーホール５０が存在する場合、本体部１０、スルーホール５０、および、地板８０によって遮蔽された空間が形成されるため、この空間が導波路として機能する。このため、テーパ部１１ａ〜１５ａの開口部から放たれた信号は、導波路５１〜５６によって進行方向が調整され、出力ポート４１〜４７に向かって伝搬する。これにより、入力ポート１１〜１５から入力された信号は、出力ポート４１〜４７にその殆どが伝搬されるため、他の入力ポートに伝搬される信号を減らすことで、損失を減らすことができる。
【００２８】
図７に示す表は、図１に示す本発明の実施形態と、図６に示す従来の構成の損失を比較する表である。より具体的には、図７に示す表は、入力ポート１１〜１３に信号を入力し、出力ポート４１〜４７で信号を観測した場合における、入出力ポート間の損失を示している。ここでいう損失とは、一つの入力ポートから入力された信号のうち、出力ポート４１〜４７以外のポートに漏れ伝わる信号の総和を表している。すなわち、図７に示す表の一番上の段は、入力ポート１１に信号を入力した場合における図６と図１の構成の損失がそれぞれ−７．７ｄＢおよび−５．１ｄＢであり、図１に示す本発明の実施形態が２．４ｄＢ損失を低減していることが分かる。また、第２番目の段は、入力ポート１２に信号を入力した場合における図６と図１の構成の損失がそれぞれ−４．７ｄＢおよび−３．５ｄＢであり、図１に示す本発明の実施形態が１．２ｄＢ損失を低減していることが分かる。また、第３番目の段は、入力ポート１３に信号を入力した場合における図６と図１の構成の損失がそれぞれ−３．６ｄＢおよび−３．６ｄＢであり、入力ポート１３の場合では損失の低減効果は現れていないことが分かる。なお、図１に示す導波路５３，５４の構成では、入力ポート１３の場合では損失の低減効果は現れていないが、導波路５３，５４の構成を調整することにより、当該入力ポート１３でも低減効果が得られることは、発明者の実験により分かっている。
【００２９】
図８は図６に示す従来構成のアレーファクタを示す図であり、また、図９は図１に示す本実施形態のアレーファクタを示す図である。つまり、各出力ポートに理想的な点波源、つまり等方位に電波を放射するアンテナを設置したと仮定したときの理想的な放射パターンの計算値を示す図である。各アンテナから放射される電波の振幅比および位相比は、各出力ポートに出力される電波の振幅比および位相比によって決定される。なお、これらの図の横軸は角度（ｄｅｇ）を示し、縦軸は利得（ｄＢ）を示す。また、実線は入力ポート１１のアレーファクタを示し、短い破線は入力ポート１２のアレーファクタを示し、長い破線は入力ポート１３のアレーファクタを示している。なお、各図は最大の利得に基づいて規格化して表示している。これら図８，９の比較から、各入力ポートにおいて利得が最も大きい主ビームの方向に変化はなく、約０°，３０°，６０°である。一方、主ビームの以外のサイドローブについては、本実施形態の方が利得が小さくなっており、特性が改善されていることが分かる。
【００３０】
以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、導波路５１〜５６を設けることにより、主ビームの特性に影響を与えることなく、指向性を改善して損失を減らすことが可能になる。
【００３１】
また、以上の実施形態では、設計上の制約により、テーパ部１１ａ〜１５ａの形状を所望の形状やサイズにできずに、指向性を十分に確保できない場合であっても、導波路５１〜５６の形状を調整することにより、指向性を確保することができる。
【００３２】
また、以上の実施形態では、導波路５１〜５６をスルーホールによって構成するようにしたので、製造プロセスを複雑にすることなく、損失を減らすことが可能になる。
【００３３】
（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、図２に示すように、本体部１０、誘電体基板７０、および、地板８０を有するようにしたが、例えば、図１０に示すように、複数の地板および誘電体基板を有するようにしてもよい。図１０に示す実施形態では、地板８１の下側（図１０の下側）には誘電体基板７１、ＲＦ基板９１、誘電体基板７２、地板８２、誘電体基板７３、および、ＲＦ基板（またはアンテナ基板）９２が積層されている。また、複数のスルーホール５０は、一部は地板８１に接続され、一部は地板８１および地板８２に接続され、一部は地板８１および地板８２に接続されるとともに全ての基板を貫通している。このように、複数の基板を貫通して、複数の地板に接続することで、信号が地板８１よりも下層に漏洩することを防止することができる。なお、図１０では、それぞれのスルーホール５０を異なる態様で地板８１，８２と接続するようにしたが、これらを同じ態様で地板８１，８２と接続するようにしてもよい。具体的には、全てのスルーホール５０を地板８１のみと接続したり、地板８１，８２の双方と接続したり、あるいは、地板８１，８２の双方と接続するとともに全ての基板を貫通するようにしてもよい。
【００３４】
図１１の例では、中央に本体部１０が配置され、それを挟むように誘電体基板７０が配置されている。誘電体基板７０の下側（図１１の下側）には地板８１が配置され、その下には誘電体基板７１、ＲＦ基板９１、地板８２、誘電体基板７２、および、ＲＦ基板（またはアンテナ基板）９２が配置されている。また、誘電体基板７０の上側（図１１の上側）には地板８３が配置され、その上には誘電体基板７３、ＲＦ基板９３、地板８４、誘電体基板７４、および、ＲＦ基板（またはアンテナ基板）９４が配置されている。また、複数のスルーホール５０の一部は地板８１，８３に接続され、一部は地板８１，８２に接続され、一部は地板８３，８４に接続され、一部は地板８３，８４に接続されるとともに上側の複数の基板を全て貫通している。このように、複数の基板を貫通して、複数の地板に接続することで、信号が地板８１よりも下層または地板８３よりも上層に漏洩することを防止することができる。なお、図１１では、それぞれのスルーホール５０を異なる態様で地板８１〜８４と接続するようにしたが、図１０の場合と同様にこれらを同じ態様で地板８１〜８４と接続するようにしてもよい。
【００３５】
また、以上の実施形態では、導波路５１〜５６としては、スルーホール５０を用いるようにしたが、スルーホール５０以外の構造物を使用することも可能である。スルーホール５０の代わりに、例えば、本体部１０と地板とを接続する１枚または複数枚の導体板によって導波路を構成するようにしてもよい。また、導波路５１〜５６は、図３〜５に示すように、破線上に配置するようにしたが、破線上ではなく、これから多少ずれた位置に配置するようにしてもよい。なお、導波路５１〜５６の配置の態様としては、これらの導波路同士が相互に干渉しないように配置すればよい。具体的には、ある導波路から放射される信号が、他の導波路によって遮られないように配置すればよい。
【００３６】
また、以上の実施形態では、全ての入力ポート１１〜１５のテーパ部１１ａ〜１５ａの両端に導波路５１〜５６を設けるようにしたが、一部の入力ポートのみに導波路を設けるようにしてもよい。また、導波路は、テーパ部の両端に設ける必要はなく、一方だけに設けるようにしてもよい。
【００３７】
また、以上の実施形態では、テーパ部１１ａ〜１５ａが直線形状を有するようにしたが、曲線形状を有するようにしてもよい。
【００３８】
また、図１に示す導波路５１〜５６の構成は一例であって、これ以外の形状を有するようにしてもよい。具体的には、スルーホール５０の本数や配置位置は、得ようとする特性に応じて変更することができる。
【００３９】
また、以上の実施形態では、ダミーポート２１〜２６，３１〜３６を配置するようにしたが、このようなダミーポートは必ずしも配置する必要はない。また、ダミーポート２１〜２６は、一組の入力ポートの間に一つ配置するようにしたが、２つ以上配置するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  ロットマンレンズ
１０  本体部
１１〜１５  入力ポート
１１ａ〜１５ａ  テーパ部
１１ｂ〜１５ｂ  線路
２１〜２６  ダミーポート
３１〜３６  ダミーポート
４１〜４７  出力ポート
４１ａ〜４７ａ  テーパ部
４１ｂ〜４７ｂ  線路
【図１】
2013201686.tif 000003
【図２】
2013201686.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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