(57)【要約】開示のレンズは、第１面と、前記第１面に交差する基準軸方向に間隔をおいて対向する第２面と、を有する誘電体を備える。前記誘電体は、前記基準軸から前記第１面及び前記第２面の外周に向かって等価比誘電率が小さくなるよう構成されている。
2019216181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と、前記第１面に交差する基準軸方向に間隔をおいて対向する第２面と、を有する誘電体を備え、
前記誘電体は、前記基準軸から前記第１面及び前記第２面の外周に向かって等価比誘電率が小さくなるよう構成されている
レンズ。
【請求項２】
前記誘電体は、第１比誘電率を有する第１物質と、前記第１比誘電率よりも大きい第２比誘電率を有する第２物質とが、前記基準軸方向に並んで存在するよう構成されている
請求項１に記載のレンズ。
【請求項３】
前記誘電体は、前記基準軸方向において前記第２物質が占める割合が、前記基準軸から前記外周に向かって小さくなるよう構成されている
請求項２に記載のレンズ。
【請求項４】
前記第２物質は、前記基準軸方向に積層された複数の構成部材を含む
請求項３に記載のレンズ。
【請求項５】
前記第２物質は、切削加工されている
請求項３又は４に記載のレンズ。
【請求項６】
前記第２物質は、前記第１物質の前記基準軸方向両側に存在する
請求項２から５のいずれか１項に記載のレンズ。
【請求項７】
前記第１物質は、空気である
請求項２から６のいずれか１項に記載のレンズ。
【請求項８】
前記第１比誘電率は、２未満である
請求項２から７のいずれか１項に記載のレンズ。
【請求項９】
前記第２比誘電率は、２以上である
請求項２から８のいずれか１項に記載のレンズ。
【請求項１０】
前記第１面からの電波の漏れを防ぐ部材と、
前記第２面からの電波の漏れを防ぐ部材と、を更に備える
請求項１から９のいずれか１項に記載のレンズ。
【請求項１１】
前記第１面及び前記第２面の外周に設けられた導波路を更に備える
請求項１から１０のいずれか１項に記載のレンズ。
【請求項１２】
前記第１面からの電波の漏れを防ぐ部材と、
前記第２面からの電波の漏れを防ぐ部材と、
前記第１面及び前記第２面の外周に設けられた導波路と、
を更に備え、
前記導波路は、前記第１面からの電波の漏れを防ぐ前記部材及び前記第２面からの電波の漏れを防ぐ前記部材と一体的に形成されている
請求項１から９のいずれか１項に記載のレンズ。
【請求項１３】
前記誘電体は、前記基準軸方向の長さが、前記誘電体内を伝搬する電波の波長の２倍以下である
請求項１から１２のいずれか１項に記載のレンズ。
【請求項１４】
２次元平面における電波放射器の２次元位置に応じて、前記２次元平面に対して平行に電波放射方向を変化させる２次元ルネベルク型のレンズであって、
第１比誘電率を有する第１物質と、
前記２次元平面に直交する方向において前記第１物質と並んで存在し、前記第１比誘電率とは異なる比誘電率を有する第２物質と、
を備えるレンズ。
【請求項１５】
第１面と、前記第１面に交差する基準軸方向に間隔をおいて対向する第２面と、を有する誘電体を備えるレンズと、
前記第１面及び前記第２面の外周に設けられた電波放射器と、を備え、
前記誘電体は、前記基準軸から前記第１面及び前記第２面の外周に向かって等価比誘電率が小さくなるよう構成されている
アンテナ。
【請求項１６】
前記電波放射器の前記基準軸方向の長さは、前記誘電体の前記基準軸方向の長さ以下である
請求項１５に記載のアンテナ。
【請求項１７】
前記電波放射器の前記基準軸方向の長さは、前記誘電体の前記基準軸方向の長さ以上である
請求項１５に記載のアンテナ。
【請求項１８】
前記電波放射器の前記基準軸方向の長さは、前記誘電体の前記基準軸方向の長さと等しい
請求項１５に記載のアンテナ。
【請求項１９】
前記電波放射器と前記誘電体との間に設けられた導波路を更に備える
請求項１５から１８のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項２０】
アンテナが搭載された車載器であって、
前記アンテナは、
第１面と、前記第１面に交差する基準軸方向に間隔をおいて対向する第２面と、を有する誘電体を備えるレンズと、
前記第１面及び前記第２面の外周に設けられた電波放射器と、
を備え、
前記誘電体は、前記基準軸から前記第１面及び前記第２面の外周に向かって等価比誘電率が小さくなるよう構成されている
車載器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レンズ、アンテナおよび車載器に関する。本出願は、２０１８年５月９日出願の日本出願第２０１８−０９０５９５号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ルネベルクレンズを開示している。一般的なルネベルクレンズは、比誘電率が半径方向に変化する球体のレンズである。なお、特許文献１に記載のレンズは、半球体であり、比誘電率が段階的に変化する。【０００３】
非特許文献１（虫明  康人、“アンテナ・電波伝搬”、コロナ社、１９８３年６月２５日、Ｐ．１０６）には、ルネベルクレンズに関して、屈折率とレンズの中心からの距離との関係が、屈折率＝２−（ｒ／ａ）＾２の平方根であることが記載されている。上記式において、ｒは、レンズの中心からの距離であり、ａは、レンズの半径である。【０００４】
比誘電率は屈折率の２乗であるため、ルネベルクレンズの比誘電率は、比誘電率＝２−（ｒ／ａ）＾２の式を満たす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５１６９３３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】虫明  康人、“アンテナ・電波伝搬”、コロナ社、１９８３年６月２５日、Ｐ．１０６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
開示のレンズは、第１面と、前記第１面に交差する基準軸方向に間隔をおいて対向する第２面と、を有する誘電体を備え、前記誘電体は、前記基準軸から前記第１面及び前記第２面の外周に向かって等価比誘電率が小さくなるよう構成されている。【０００８】
本開示の他の観点は、アンテナである。開示のアンテナは、第１面と、前記第１面に交差する基準軸方向に間隔をおいて対向する第２面と、を有する誘電体を備えるレンズと、  前記第１面及び前記第２面の外周に設けられた電波放射器と、を備え、前記誘電体は、前記基準軸から前記第１面及び前記第２面の外周に向かって等価比誘電率が小さくなるよう構成されている。【０００９】
本開示の他の観点は、アンテナが搭載された車載器である。開示の車載器において、前記アンテナは、第１面と、前記第１面に交差する基準軸方向に間隔をおいて対向する第２面と、を有する誘電体を備えるレンズと、前記第１面及び前記第２面の外周に設けられた電波放射器と、を備え、前記誘電体は、前記基準軸から前記第１面及び前記第２面の外周に向かって等価比誘電率が小さくなるよう構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係るアンテナを搭載した車載器および使用例の構成を示す図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態に係るアンテナの構成を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第１の実施の形態に係る誘電体部材の構成を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、第１の実施の形態に係るレンズの側面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、誘電体における等価比誘電率分布の説明図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、レンズにおける電波の集束を示す図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、電波放射方向を示す図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態に係る誘電体部材の変形例の構成を示す側面図である。
【図５】図５は、第１の実施の形態に係る誘電体部材における本体部の構成を示す図である。
【図６】図６は、図５に示す誘電体部材の基準軸からの距離と、誘電体部材の等価比誘電率との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、第１の実施の形態に係るアンテナの製造方法の手順を定めたフローチャートを示す図である。
【図８】図８は、第１の実施の形態に係るアンテナにより送受信される水平偏波の水平面指向性を示すグラフである。
【図９】図９は、第１の実施の形態に係るアンテナにより送受信される垂直偏波の水平面指向性を示すグラフである。
【図１０】図１０は、第１の実施の形態の変形例１に係る誘電体部材における本体部の構成を示す図である。
【図１１】図１１は、第１の実施の形態の変形例２に係る誘電体部材における本体部の構成を示す図である。
【図１２】図１２は、第１の実施の形態の変形例３に係る誘電体部材における本体部の構成を示す図である。
【図１３】図１３は、第１の実施の形態の変形例４に係る誘電体部材における本体部の構成を示す図である。
【図１４】図１４は、第１の実施の形態の変形例５に係る誘電体部材における本体部の構成を示す図である。
【図１５】図１５は、第２の実施の形態に係るアンテナの構成を示す図である。
【図１６】図１６は、第２の実施の形態に係る誘電体部材の構成を示す側面図である。
【図１７】図１７は、第２の実施の形態の変形例１に係る誘電体部材における本体部の構成を示す図である。
【図１８】図１８は、本開示の第２の実施の形態の変形例２に係る誘電体部材における本体部の構成を示す図である。
【図１９】図１９は、第２の実施の形態の変形例３に係る誘電体部材における本体部の構成を示す図である。
【図２０】図２０は、第３の実施の形態に係るアンテナの構成を示す斜視図である。
【図２１】図２１は、第３の実施の形態に係るアンテナの製造方法の手順を定めたフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［本開示が解決しようとする課題］
【００１２】
球体または半球体のルベネルクレンズは、電波放射器の位置を、球表面に沿って３次元的に変えることで、電波の放射方向を３次元的に変化させることができる。しかし、球体または半球体のルベネルクレンズは、非特許文献１に記載の「屈折率とレンズの中心からの距離との関係」を満たすように、球体または半球体の中心から半径方向に３次元的に比誘電率が変化する必要がある。このため、球体または半球体のルベネルクレンズは、製造が困難である。
【００１３】
本発明者らは、放射方向が２次元的に変化すれば十分である場合には、構造を簡易化でき、製造が容易になることを見出した。
【００１４】
［本開示の実施形態の説明］
以下、本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
【００１５】
（１）実施形態に係るレンズは、第１面と、前記第１面に交差する基準軸方向に間隔をおいて対向する第２面と、を有する誘電体を備え、前記誘電体は、前記基準軸から前記第１面及び前記第２面の外周に向かって等価比誘電率が小さくなるよう構成されている。誘電体が、第１面と、前記第１面に交差する基準軸方向に間隔をおいて対向する第２面と、を有する構造であることにより、球体または半球体のレンズに比べて構造が簡易化される。誘電体を構成する物質が１種類である場合には、等価比誘電率は、誘電体を構成する物質の比誘電率に等しい。誘電体を構成する物質が複数種類である場合には、等価比誘電率は、基準軸方向における複数の物質を一つの物質とみなしたときの比誘電率であり、基準軸方向において各物質が占める割合に応じた、比誘電率の加重平均値として求められる。
【００１６】
（２）好ましくは、前記誘電体は、第１比誘電率を有する第１物質と、前記第１比誘電率よりも大きい第２比誘電率を有する第２物質とが、前記基準軸方向に並んで存在するよう構成されている。この場合、等価比誘電率は、第１物質と第２物質とを一つの物質とみなしたときの比誘電率となる。
【００１７】
（３）好ましくは、前記誘電体は、前記基準軸方向において前記第２物質が占める割合が、前記基準軸から前記外周に向かって小さくなるよう構成されている。第２物質の割合を小さくすることで、等価比誘電率を小さくすることができる。
【００１８】
（４）好ましくは、前記第２物質は、前記基準軸方向に積層された複数の構成部材を含む。複数の構成部材を基準方向に積層することで、等価比誘電率が小さくなる構造が容易に得られる。
【００１９】
（５）好ましくは、前記第２物質は、切削加工されている。切削加工により、等価比誘電率が小さくなる構造が容易に得られる。
【００２０】
（６）好ましくは、前記第２物質は、前記第１物質の前記基準軸方向両側に存在する。この場合、第１物質の両側を第２物質によって挟む構造が得られる。
【００２１】
（７）好ましくは、前記第１物質は、空気である。この場合、第１物質の加工が不要となる。
【００２２】
（８）好ましくは、前記第１比誘電率は、２未満である。
【００２３】
（９）好ましくは、前記第２比誘電率は、２以上である。
【００２４】
（１０）好ましくは、レンズは、前記第１面からの電波の漏れを防ぐ部材と、前記第２面からの電波の漏れを防ぐ部材と、を更に備える。レンズの基準軸方向の長さを大きくしなくても、第１面及び第２面からの電波の漏れを防ぐことができる。
【００２５】
（１１）好ましくは、レンズは、前記第１面及び前記第２面の外周に設けられた導波路を更に備える。この場合、導波路によって導波路モードで伝搬された電波を誘電体に入射させることができ、電波を効率的に伝搬させることができる。
【００２６】
（１２）好ましくは、レンズは、前記第１面からの電波の漏れを防ぐ部材と、前記第２面からの電波の漏れを防ぐ部材と、前記第１面及び前記第２面の外周に設けられた導波路と、を更に備え、前記導波路は、前記第１面からの電波の漏れを防ぐ前記部材及び前記第２面からの電波の漏れを防ぐ前記部材と一体的に形成されている。この場合、導波路からレンズへ電波が伝搬する際における電波の漏れをより確実に防ぐことができる。
【００２７】
（１３）好ましくは、前記誘電体は、前記基準軸方向の長さが、前記誘電体内を伝搬する電波の波長の２倍以下である。つまり、波長をλとすると、誘電体の基準軸方向長さは、２λ以下であるのが好ましい。誘電体の基準軸方向長さは、１．５λ以下であるのがより好ましく、λ以下であるのが更に好ましい。
【００２８】
（１４）実施形態に係るレンズは、２次元平面における電波放射器の２次元位置に応じて、前記２次元平面に対して平行に電波放射方向を変化させる２次元ルネベルク型のレンズであって、第１比誘電率を有する第１物質と、前記２次元平面に直交する方向において前記第１物質と並んで存在し、前記第１比誘電率とは異なる比誘電率を有する第２物質と、を備える。２次元ルネベルク型のレンズは、電波放射方向の変化が前記２次元平面に平行な方向に制約されているのが好ましい。
【００２９】
（１５）実施形態に係るアンテナは、第１面と、前記第１面に交差する基準軸方向に間隔をおいて対向する第２面と、を有する誘電体を備えるレンズと、前記第１面及び前記第２面の外周に設けられた電波放射器と、を備え、前記誘電体は、前記基準軸から前記第１面及び前記第２面の外周に向かって等価比誘電率が小さくなるよう構成されているアンテナ。
【００３０】
（１６）好ましくは、前記電波放射器の前記基準軸方向の長さは、前記誘電体の前記基準軸方向の長さ以下である。この場合、電波放射時において、電波放射器と誘電体との境界付近における電波の漏れを抑制することができる。
【００３１】
（１７）好ましくは、前記電波放射器の前記基準軸方向の長さは、前記誘電体の前記基準軸方向の長さ以上である。この場合、電波受信時において、電波放射器と誘電体との境界付近における電波の漏れを抑制することができる。
【００３２】
（１８）好ましくは、前記電波放射器の前記基準軸方向の長さは、前記誘電体の前記基準軸方向の長さと等しい。この場合、電波放射時及び電波受信時の両方において、電波放射器と誘電体との境界付近における電波の漏れを抑制することができる。
【００３３】
（１９）好ましくは、前記電波放射器と前記誘電体との間に設けられた導波路を更に備える。この場合、電波放射器との誘電体との間において、導波路により電波を伝搬させることができる。
【００３４】
（２０）実施形態に係る車載器は、アンテナが搭載された車載器であって、前記アンテナは、第１面と、前記第１面に交差する基準軸方向に間隔をおいて対向する第２面と、を有する誘電体を備えるレンズと、前記第１面及び前記第２面の外周に設けられた電波放射器と、を備え、前記誘電体は、前記基準軸から前記第１面及び前記第２面の外周に向かって等価比誘電率が小さくなるよう構成されている。
【００３５】
以下、本開示の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
【００３６】
＜第１の実施の形態＞
［構成］
（アンテナ）
図１は、本開示の第１の実施の形態に係るアンテナを搭載した車載器の構成および使用例を示す図である。
【００３７】
図１を参照して、車載器４０１は、バスなどの車両Ｃｒに設けられ、アンテナ３０１を搭載している。車載器４０１は、アンテナ３０１を用いて、たとえば、第５世代移動通信システム（以下、「５Ｇ」と称する。）の通信方式に従って、無線基地局装置１６１との間で無線通信を行う。
【００３８】
より詳細には、車載器４０１は、車両Ｃｒから無線基地局装置１６１への方向を検出し、検出結果に基づいて、アンテナ３０１において送受信される電波の主放射方向を調整する。車両Ｃｒから無線基地局装置１６１への方向は、車両Ｃｒの走行に伴い、水平面における全方向において変化する可能性がある。このため、アンテナ３０１は、水平面における全方向へ電波の放射方向および受信方向を調整することが可能に構成されている。
【００３９】
なお、アンテナ３０１は、垂直方向における電波放射方向を調整することが可能に構成されてもよいが、垂直方向における電波放射方向および受信方向の調整可能な角度は小さくてよい。
【００４０】
また、アンテナ３０１は、車載器４０１に搭載されるものに限定されない。
【００４１】
また、アンテナ３０１は、５Ｇ以外の通信方式に従った無線通信に用いることが可能である一方で、５Ｇの通信方式に従った無線通信では、電波の直進性が高いことから、電波の放射方向および受信方向を変化させることが可能なアンテナ３０１を用いることがより適している。
【００４２】
図２は、本開示の第１の実施の形態に係るアンテナの構成を示す図である。
【００４３】
図２を参照して、アンテナ３０１は、たとえば、移動通信システムにおける車載器等に搭載されるアンテナである。アンテナ３０１は、レンズ２０１と、レンズ２０１に連結された複数の導波管１５１と、レンズ２０１の周囲に設けられた１または複数の電波放射器２２１とを備える。
【００４４】
電波放射器２２１は、たとえばホーンアンテナである。図２では、一例として、７つの電波放射器２２１を示している。７つの電波放射器２２１は、たとえば等角度に設けられている。図２において、ホーンアンテナ２２１は、四角錘体形状の部材として描かれているが、実際のホーンアンテナ２２１は、例えば、四角錘体の頂点部分に開口が形成された四角錘台形状の部材として構成される。四角錘体の頂点側の開口には、導波路が接続される。
【００４５】
レンズ２０１は、誘電体部材１０１と、上側部材２２と、下側部材２３とを含む。誘電体部材１０１は、誘電体からなる。誘電体部材１０１は、たとえば円柱形状の部材であり、上面１１および下面１２を有する。
【００４６】
誘電体部材１０１における上面１１および下面１２は、円形状を有する。上面１１および下面１２の半径Ｒは、たとえば、アンテナ３０１において２８ＧＨｚ帯の電波が送受信される場合、３０ｍｍに設計されている。なお、光速ｃと、周波数帯ｆと、波長λとの関係は、ｃ＝ｆ×λの式を満たすため、光速ｃ＝３×１０＾８ｍ／秒とした場合における２８ＧＨｚ帯の電波の波長λは、１０．７ｍｍとなる。
【００４７】
以下、上面１１および下面１２の延在方向、すなわち図２に示すＸＹ平面を、水平面とする。また、上面１１および下面１２の法線方向、すなわち図２に示すＺ軸方向を、垂直方向とする。なお、図３Ａ及び図３Ｃ等においては、ＸＹ平面に平行な仮想的な水平面Ｐが描かれている。
【００４８】
また、誘電体部材１０１は、誘電体部材１０１を構成する物質が複数種類ある場合、上面１１および下面１２を通る基準軸Ｓから誘電体部材１０１の外側へ向かって、基準軸Ｓからの距離ｒの位置における厚さ方向の誘電率の加重平均値である等価比誘電率εｒｅが小さくなっている。基準軸Ｓは、たとえば、上面１１の中心および下面１２の中心を通り、垂直方向に沿って延びる軸である。
【００４９】
また、基準軸Ｓからの距離ｒの位置において誘電体部材１０１を構成する物質の種類が１つである場合、当該距離ｒの位置における誘電率を「等価比誘電率εｒｅ」と呼ぶ。この場合、基準軸Ｓからの距離ｒにおける等価比誘電率εｒｅは、当該材料の比誘電率と等しい。
【００５０】
導波管(waveguide)１５１は、たとえば７つ設けられている。７つの導波管１５１は、７つの電波放射器２２１にそれぞれ対向する位置に設けられている。具体的には、ある導波管１５１と上面１１の中心とを通る直線Ｌ１と、当該導波管１５１の隣の導波管１５１と上面１１の中心とを通る直線Ｌ２とのなす角度θは、たとえば２０°である。導波路（waveguide）１５１は、電波放射器２２１と誘電体１０１との間で電波を伝搬させる。
【００５１】
実施形態において、各導波路１５１は、内部空間の延びる方向、すなわち、導波方向に垂直な断面が矩形状を有する管状に形成されている。たとえば、当該断面の一辺の長さは、アンテナ３０１において２８ＧＨｚ帯の電波が送受信される場合、いずれも７．１１２ｍｍに設計されている。なお、導波方向は、電波放射器１５１と誘電体部材１０１とを結ぶ方向である。導波方向は、ＸＹ平面に平行である。
【００５２】
なお、レンズ２０１は、上側部材２２および下側部材２３の少なくともいずれか一方を含まない構成であってもよい。この場合、誘電体部材１０１の厚さは、所定値以上の大きさに設定されていることが好ましい。この所定値は、誘電体部材１０１の内部を半径方向に伝搬する電波が、誘電体部材１０１の上面１１および下面１２の少なくともいずれか一方から漏れ出す前に誘電体部材１０１の内部を通過することができる程度の値である。
【００５３】
図３Ａは、本開示の第１の実施の形態に係る誘電体部材の構成を示す図である。図３Ａは、説明の便宜上、図の左側において導波管１５１の側面が現れるようにレンズ２０１の側面図を示しつつ、図の右側に導波管１５１及び電波放射器２２１の断面が現れるように描かれている。図３Ｂは、端的に、レンズ２０１の側面図を示している。図３Ｃは、図２に示すレンズ２０１のＡ−Ａ線断面図を示している。図３Ｄは、誘電体１０１の構成の説明図である。図３Ａ及び図３Ｃに描かれた電波放射器２２１は、四角錘体（図２のホーンアンテナ２２１参照）の頂点側に開口が形成された四角錘台形状を持つ。
【００５４】
図３Ａ及び図３Ｂを参照して、誘電体部材１０１は、本体部２１と、物質Ｍとを含む。以下では、物質Ｍを第１物質Ｍといい、本体部２１を構成する物質を第２物質ということがある。本体部２１および物質Ｍは、上側部材２２と下側部材２３との間に設けられている。物質Ｍの比誘電率εｒＭを「第１比誘電率εｒＭ１」と呼ぶと、第１比誘電率εｒＭ１は２未満である。ここでは、物質Ｍは空気であるとする。なお、空気の比誘電率εｒＭは１である。
【００５５】
上側部材２２および下側部材２３は、たとえば金属を含む材料、または金属により形成されている。図３Ｃに示すように、部材２２は、誘電体１０１内を伝搬する電波Ｂが、上面１１から漏れることを防ぐ。同様に、部材２３は、誘電体１０１内を伝搬する電波Ｂが、下面１２から漏れることを防ぐ。つまり、部材２２及び部材２３は、上面１１及び下面１２からの電波の漏洩を防ぎつつ、誘電体１０内において、電波Ｂを水平面Ｐに平行に伝搬させる。このように、部材２２及び部材２３は、電波を誘電体１０１内で伝搬させる導波部材になっている。実施形態においては、誘電体１０１の上面１１及び下面１２に、部材２２及び部材２３が設けられているため、電波が誘電体１０１へ入出可能であるのは、誘電体１０１の外周１８に制約されている。上側部材２２および下側部材２３の距離ａは、たとえばアンテナ３０１において２８ＧＨｚ帯の電波が送受信される場合、７．１１２ｍｍに設計されている。上側部材２２、下側部材２３および導波管１５１は、たとえば一体的に形成されている。距離ａは、誘電体１０１の厚さ、すなわち、垂直方向の長さでもある。実施形態において、誘電体１０１の厚さａは、１波長（１０．７ｍｍ）以下である。誘電体１０１の厚さは、好ましくは、２波長（２λ）以下、さらに好ましくは、１．５波長（１．５λ）以下、さらに好ましくは、１波長（λ）以下である。誘電体１０１の厚さを十分に小さくすることで、誘電体１０１の厚さ方向に複数の物質が存在していても、１種類の物質としてみなすことができる。なお、逆に、誘電体１０１の厚さａを十分に大きくすると、前述のように、誘電体部材１０１の上面１１および下面１２の少なくとも一方から、電波が漏れ出すのを防ぐことができる。誘電体１０１の厚さａを十分に大きくする場合、誘電体１０１の好ましい厚さａは、例えば、２波長以上である。
【００５６】
電波放射器２２１の開口部の高さＨｒ、すなわち、電波放射器２２１の垂直方向長さＨｒは、上側部材２２および下側部材２３の距離ａ、すなわち誘電体部材１０１の厚さと等しい。これにより、誘電体部材１０１および電波放射器２２１の境界付近における電波の漏れを抑制することができる。
【００５７】
なお、アンテナ３０１による電波受信時の当該境界付近における電波の漏れを考慮する必要のない場合には、電波放射器２２１の開口部の高さＨｒは、誘電体部材１０１の厚さ以下であればよい。
【００５８】
また、アンテナ３０１からの電波放射時の当該境界付近における電波の漏れを考慮する必要のない場合には、電波放射器２２１の開口部の高さＨｒは、誘電体部材１０１の厚さ以上であればよい。
【００５９】
図４は、本開示の第１の実施の形態に係る誘電体部材の変形例の構成を示す図である。なお、図４も、図３Ａと同様に、図の左側において導波管１５１の側面が現れるようにレンズ２０１の側面図を示しつつ、図の右側に導波管１５１及び電波放射器２２１の断面が現れるように描かれている。
【００６０】
図４を参照して、上側部材２２および下側部材２３は、金属を含む材料、または金属により形成されている部材Ｍｔおよび導波管１５１を介して、電波放射器２２１と連結されている構成であることが好ましい。部材Ｍｔは、導波管１５１と一体形成された部材であってもよい。また、部材Ｍｔは、上側部材２２および下側部材２３と一体形成された部材であってもよい。すなわち、部材Ｍｔは、上側部材２２および下側部材２３の各々の外縁部分に設けられた管状の部材であってもよい。
【００６１】
このように、たとえば金属の板が誘電体部材１０１における本体部２１よりも電波放射器２２１側へ延在する構成により、誘電体部材１０１および電波放射器２２１の境界付近における電波の漏れをより確実に防ぐことができる。
【００６２】
再び図３Ａ及び図３Ｂを参照して、本体部２１は、上側部材２２側に設けられた第１の部材２１ａと、下側部材２３側に設けられた第２の部材２１ｂとを有する。第１の部材２１ａと第２の部材２１ｂとの間には、第１物質Ｍである空気が存在する。換言すると、第１物質Ｍの基準軸Ｓ方向両側に第２物質が設けられている。第１の部材２１ａおよび第２の部材２１ｂは、面Ｐに対して面対称に設けられている。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、面Ｐは、誘電体部材１０１の厚さ方向中央に位置する水平面である。すなわち、本体部２１は、垂直方向において面対称の構造を有する。なお、図３Ｃでは、誘電体１０１は、誘電体１０１が占める領域だけが図示され、誘電体１０１に含まれる本体部２１及び物質Ｍは区別されていない。実施形態において、誘電体１０１が占める領域は、第１面である上面１１と、第２面である下面１２とを有する。第２面１２は、第１面１１から垂直方向に間隔をおいて第１面１１に対向する。実施形態において、誘電体１０１が占める領域は、円筒形状である。筒状の誘電体１０１の外周１８は、電波の入出射面である。なお、第１面１１と第２面１２との大きさは異なっていてもよい。
【００６３】
第１の部材２１ａおよび第２の部材２１ｂの比誘電率εｒＭを「第２比誘電率εｒＭ２」と呼ぶと、第２比誘電率εｒＭ２は２以上である。第１の部材２１ａおよび第２の部材２１ｂは、たとえば第２比誘電率εｒＭ２が３である樹脂等により形成されている。
【００６４】
より詳細には、第１の部材２１ａおよび第２の部材２１ｂの各々の厚みｈが、基準軸Ｓから誘電体部材１０１の外側へ向かって小さくなっている。すなわち、図３Ｄにおいて、模式的に示すように、誘電体１０１の垂直面断面視（図３ＤのＢ−Ｂ線断面視）において、基準軸Ｓ方向において本体部２１が占める割合が、基準軸Ｓから誘電体１０１の外周１８に向かって同心状に小さくなっている。本体部２１を構成する第２物質（例えば、樹脂）の量は、基準軸Ｓの位置が最も多く、外周１８側ほど少なくなっている。逆に、第１物質Ｍ（空気）の量は、基準軸Ｓの位置が最も少なく、外周１８側ほど多くなっている。このように、実施形態においては、第１物質Ｍと本体部２１を構成する第２物質とは基準軸Ｓ方向に並んで存在する。そして、第２物質が基準軸Ｓ方向に占める割合が、基準軸Ｓから外周１８へ向かって同心状に小さくなる。また、第１物質Ｍが基準軸Ｓ方向に占める割合が、基準軸Ｓから外周１８へ向かって同心状に大きくなる。
【００６５】
これにより、誘電体部材１０１の等価比誘電率εｒｅは、基準軸Ｓから誘電体部材１０１の外側へ向かって小さくなっている。たとえば、図３Ｄに示す等価比誘電率−相対半径の関係図のように、誘電体部材１０１における、基準軸Ｓが通る部分の等価比誘電率εｒｅは約２であり、外側端部である外周１８の等価比誘電率εｒｅは約１である。
【００６６】
すなわち、基準軸Ｓからの距離ｒの位置における等価比誘電率εｒｅは、第１の部材２１ａおよび第２の部材２１ｂの材料と物質Ｍである空気との割合を用いて、当該材料の比誘電率εｒＭ２と空気の比誘電率εｒＭ１とを加重平均した値である。このため、誘電体部材１０１は、球体のルネベルクレンズと同じように、等価比誘電率εｒｅを変化させることができる。
【００６７】
なお、上述のとおり、基準軸Ｓからの距離ｒの位置において誘電体部材１０１を構成する材料の種類が１つである場合、基準軸Ｓからの距離ｒにおける等価比誘電率εｒｅは、当該材料の比誘電率、たとえば比誘電率εｒＭ２または比誘電率εｒＭ１と等しい。
【００６８】
具体的には、水平面における基準軸Ｓからの距離ｒにおける第１の部材２１ａおよび第２の部材２１ｂの各々の厚みを厚みｈｒとする。
【００６９】
等価比誘電率εｒｅと厚みｈｒとの関係は、
εｒｅ＝εｒＭ１＋（εｒＭ２−εｒＭ１）×２ｈｒ／ａ  ・・・（１）
の式を満たしている。
【００７０】
また、式（１）を変形すると、等価比誘電率εｒｅは、
εｒｅ＝（２ｈｒ／ａ）×εｒＭ２＋（（ａ−２ｈｒ）／ａ）×εｒＭ１  ・・・（２）
の式を満たす。
【００７１】
上記式（１）および上記式（２）において、ａは、上側部材２２および下側部材２３の基準軸方向Ｚにおける距離であり、誘電体部材１０１の厚さに相当する。Ｒは、誘電体部材１０１の上面１１および下面１２の半径であり、εｒＭ２は、第２物質である本体部２１を形成している材料の比誘電率であり、εｒＭ１は、第１物質である空気の比誘電率である。
【００７２】
すなわち、等価比誘電率εｒｅは、２ｈｒ／ａに本体部２１の第２比誘電率εｒＭ２を乗じた値と、（ａ−２ｈｒ）／ａに空気の第１比誘電率εｒＭ１を乗じた値と、の合計値となる。２ｈｒ／ａは、誘電体部材１０１の厚さａに対して、距離ｒの位置における本体部２１の厚さ２ｈｒが占める割合を示す。本体部２１の厚さ２ｈｒは、第１の部材２１ａの厚さｈｒおよび第２の部材２１ｂの材料の厚さｈｒの和である。（（ａ−２ｈｒ）／ａ）は、誘電部材１０１の厚さａに対して、距離ｒの位置における空気の厚さが占める割合を示す。
【００７３】
（本体部）
図５は、本開示の第１の実施の形態に係る誘電体部材における本体部の構成を示す図である。
【００７４】
図５を参照して、本体部２１における第１の部材２１ａおよび第２の部材２１ｂは、上述のとおり、面Ｐに対して面対称である。第１の部材２１ａが上面１１を有し、第２の部材２１ｂが下面１２を有する。ここでは、第１の部材２１ａの構成について説明
【００７５】
第１の部材２１ａは、基準軸Ｓに沿った方向に積層された複数の構成部材３１を有する。各構成部材３１は、たとえば円形の主表面を有する円板形状の部材であり、主表面の中心を基準軸Ｓが通る。ここでは、本体部２１は、８つの構成部材３１、すなわち構成部材３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆ，３１ｇ，３１ｈを有しているとする。
【００７６】
構成部材３１ａ〜３１ｈは、同一の物質により構成され、互いに比誘電率εｒＭが同じである。構成部材３１ａ〜３１ｈは、上側部材２２から下方へ向けて、構成部材３１ｈ，３１ｇ，３１ｅ，３１ｄ，３１ｃ，３１ｂ，３１ａの順で積層されている。また、構成部材３１ａ〜３１ｈの半径をそれぞれ半径ｒ１〜ｒ８とすると、半径ｒ１〜ｒ８は、ｒ１＜ｒ２＜ｒ３＜ｒ４＜ｒ５＜ｒ６＜ｒ７＜ｒ８の大小関係となっている。つまり、構成部材３１ａ〜３１ｈは、径方向の大きさがそれぞれ異なる。構成部材３１ａ〜３１ｈは、誘電体１０１の厚さ方向中央の面Ｐに近いほど半径が小さくなっている。
【００７７】
第２の部材２１ｂは、面Ｐに対して面対称である以外は、第１の部材２１ａと同様の構成を有する。すなわち、第２部材２１ｂは、半径の異なる複数の構成部材が、下側部材２３から上方へ向けて、積層されている。第２部材２１ｂを構成する複数の構成部材は、誘電体１０１の厚さ方向中央の面Ｐに近いほど半径が小さくなっている。第１の部材２１ａおよび第２の部材２１ｂの各々の厚みｈｒは、距離ｒの位置に存在する各構成部材３１の厚みの合計値である。
【００７８】
図６は、図５に示す誘電体部材の基準軸からの距離と、誘電体部材の等価比誘電率との関係を示すグラフである。図６では、縦軸が等価比誘電率εｒｅを示し、横軸が誘電体部材１０１の半径Ｒに対する基準軸Ｓからの距離ｒの割合ｒ／Ｒを示す。
【００７９】
また、図６では、誘電体部材１０１の基準軸Ｓからの距離ｒと、誘電体部材１０１の等価比誘電率εｒｅとの関係を示すグラフＧ１に加えて、さらに、半径Ｒの球体形状を有するルネベルクレンズの中心からの距離ｒと、当該ルネベルクレンズの誘電率εｒとの関係を示すグラフＧ２を示している。
【００８０】
図６を参照して、グラフＧ２に示すように、球体形状のルネベルクレンズでは、レンズの中心からの距離ｒと比誘電率εｒとの関係は、
εｒ＝２−（ｒ／Ｒ）２  ・・・（３）
の式を満たしている。すなわち、比誘電率εｒが、半径方向に沿って連続的に変化している。なお、式（３）をルネベルクレンズ関係式という。球体形状のルネベルクレンズでは、ＸＹＺ３次元空間における全ての半径方向において、式（３）のルネベルクレンズ関係式を満たす比誘電率分布を持つ。
【００８１】
具体的には、誘電体部材１０１の半径Ｒが３０ｍｍである場合、レンズの中心、すなわち距離ｒ＝０ｍｍの位置における誘電率εｒは２である。また、レンズの表面付近、すなわち距離ｒ＝３０ｍｍの位置における誘電率εｒは１である。
【００８２】
本実施形態のレンズ２０１における誘電体１０１は、基準軸Ｓからの距離ｒと比誘電率εｒとが、ＸＹ平面である水平面Ｐにおいては、式（３）に示すルネベルクレンズの関係式を満たす比誘電率分布を持つように形成される。ただし、本実施形態の誘電体１０１は、Ｚ方向である垂直方向においては、ルネベルクレンズの関係式を満たす比誘電率分布を持たない。このように、本実施形態のレンズ２０１は、ＸＹ２次元空間における半径方向においてだけ、式（３）のルネベルクレンズ関係式を満たす２次元ルネベルクレンズである。
【００８３】
本実施形態のレンズ１０１は、水平面においては、式（３）に示すルネベルクレンズの関係式を満たす比誘電率分布を持つことで、図３Ｅに示すように、レンズ１０１の外周１８又は外周１８付近に、電波が集束する焦点１７１ａ〜１７１ｇを形成する。導波路１５１ａ〜１５１ｇは、電波放射時には、外周１８又は外周１８付近の焦点１７１ａ〜１７１ｇから誘電体１０１内へ電波を入射させる。また、導波路１５１ａ〜１５１ｇは、電波受信時には、外周１８又は外周１８付近の焦点１７１ａ〜１７１ｇ位置に到来した電波を電波放射器２２１側へ伝搬させる。
【００８４】
本実施形態のレンズ１０１１は、導波管１５１又は電波放射器２２１の２次元平面Ｐにおける２次元位置に応じて、２次元平面Ｐに平行な方向に変化させることができる。すなわち、図３Ｅに示すように、導波路１５１ｄを介して送受信される電波Ｂｄの方向と、導波路１５１ｇを介して送受信される電波Ｂｇの方向とは異なる。
【００８５】
本開示の第１の実施の形態に係る誘電体部材１０１は、上述のとおり、基準軸Ｓから誘電体部材１０１の外側へ向かって等価比誘電率εｒｅが小さくなるように構成されている。すなわち、誘電体部材１０１の本体部２１は、所望の等価比誘電率εｒｅが得られるように厚みｈｒが設計されている。
【００８６】
たとえば、厚みｈｒは、誘電体部材１０１の等価比誘電率εｒｅがルネベルクレンズの式（３）を満たすように設計されている。
【００８７】
具体的には、厚みｈｒは、上記式（２）および上記式（３）の関係、すなわち、
εｒｅ＝（２ｈｒ／ａ）×εｒＭ２＋（（ａ−２ｈｒ）／ａ）×εｒＭ１＝２−（ｒ／Ｒ）２の関係から、
ｈｒ＝｛ａ×（２−（ｒ／Ｒ）２−εｒＭ１）｝／｛（εｒＭ２−εｒＭ１）／２｝  ・・・（４）
の式を満たすように設計されている。
【００８８】
また、厚みｈｒは、図６のグラフＧ１に示すように、誘電体部材１０１の等価比誘電率εｒｅをルネベルクレンズの誘電率εｒと近似するように段階的に変化させる場合、たとえば、上記式（２）を満たすように設計されている。
【００８９】
たとえば、厚みｈｒは、距離ｒが大きくなるに従い、等価比誘電率εｒｅが、１．８１、１．７４、１．６８、１．６２、１．５３、１．３９、１．２５、１．０９となるように、すなわち２から１へ段階的に小さくなるように設計されている。
【００９０】
また、構成部材３１ａ〜３１ｈの各々の半径および厚さは、たとえば、誘電体部材１０１の等価比誘電率εｒｅが図６に示すグラフＧ１となるように、上記式（１）を満たすように設計されている。
【００９１】
ここでは、誘電体部材１０１の半径Ｒが３０ｍｍであり、誘電体部材１０１の厚さａが７．１１２ｍｍであり、第１の部材２１ａおよび第２の部材２１ｂの比誘電率εｒＭ２が２．２であるとする。
【００９２】
この場合、たとえば、厚みｈｒは、距離ｒが０ｍｍ≦ｒ≦７．９ｍｍ、すなわち０≦ｒ／Ｒ≦０．２６４の位置においてεｒｅ＝１．８１となるように、具体的にはおよそ２．４０ｍｍに設計されている。また、たとえば、厚みｈｒは、距離ｒが７．９ｍｍ≦ｒ≦１１．７ｍｍ、すなわち０．２６４≦ｒ／Ｒ≦０．３８９の位置においてεｒｅ＝１．７４となるように、具体的にはおよそ２．１９ｍｍに設計されている。
【００９３】
また、たとえば、厚みｈｒは、距離ｒが１１．７ｍｍ≦ｒ≦１４．６ｍｍ、すなわち０．３８９≦ｒ／Ｒ≦０．４８６の位置においてεｒｅ＝１．６８となるように、具体的にはおよそ２．０２ｍｍに設計されている。また、たとえば、厚みｈｒは、距離ｒが１４．６ｍｍ≦ｒ≦１７．７ｍｍ、すなわち０．４８６≦ｒ／Ｒ≦０．５８９の位置においてεｒｅ＝１．６２となるように、具体的にはおよそ１．８４ｍｍに設計されている。
【００９４】
また、たとえば、厚みｈｒは、距離ｒが１７．７ｍｍ≦ｒ≦２１．２ｍｍ、すなわち０．５８９≦ｒ／Ｒ≦０．７０８の位置においてεｒｅ＝１．５３となるように、具体的にはおよそ１．５７ｍｍに設計されている。また、たとえば、厚みｈｒは、距離ｒが２１．２ｍｍ≦ｒ≦２４．５ｍｍ、すなわち０．７０８≦ｒ／Ｒ≦０．８１６の位置においてεｒｅ＝１．３９となるように、具体的にはおよそ１．１６ｍｍに設計されている。
【００９５】
また、たとえば、厚みｈｒは、距離ｒが２４．５ｍｍ≦ｒ≦２７．４ｍｍ、すなわち０．８１６≦ｒ／Ｒ≦０．９１３の位置においてεｒｅ＝１．２５となるように、具体的にはおよそ０．７４ｍｍに設計されている。また、たとえば、厚みｈｒは、距離ｒが２７．４ｍｍ≦ｒ≦３０ｍｍ、すなわち０．９１３≦ｒ／Ｒ≦１の位置においてεｒｅ＝１.０９となるように、具体的にはおよそ０．２７ｍｍに設計されている。
【００９６】
なお、構成部材３１ａ〜３１ｈのうちの隣接する２以上の部材が、一体的に形成されてもよい。
【００９７】
また、レンズ２０１は、基準軸Ｓが上面１１の中心および下面１２の中心を通る構成に限らず、電波放射方向の所望の設定可能範囲が実現できる位置に存在していればよく、上面１１の中心および下面１２の中心の少なくともいずれか一方からずれた位置に存在してもよい。
【００９８】
また、誘電体部材１０１は、上面１１および下面１２を有する構成であればよく、円柱形状の部材に限られない。
【００９９】
［製造方法］
図７は、本開示の第１の実施の形態に係るアンテナの製造方法の手順を定めたフローチャートを示す図である。
【０１００】
図７を参照して、まず、作業者は、第１の部材２１ａの構成部材３１ａ〜３１ｈ、第２の部材２１ｂの構成部材３１ａ〜３１ｈ、上側部材２２、下側部材２３および導波管１５１を含む部材、ならびに複数の電波放射器２２１を準備する（ステップＳ１１）。
【０１０１】
次に、作業者は、構成部材３１ａ〜３１ｈを基準軸Ｓに沿った方向に積層させることにより、第１の部材２１ａを製作する（ステップＳ１２）。
【０１０２】
次に、作業者は、構成部材３１ａ〜３１ｈを基準軸Ｓに沿った方向に積層させることにより、第２の部材２１ｂを製作する（ステップＳ１３）。
【０１０３】
次に、作業者は、上側部材２２と下側部材２３との間に、第１の部材２１ａおよび第２の部材２１ｂを取り付ける。具体的には、作業者は、第１の部材２１ａを上側部材２２に取り付け、第２の部材２１ｂを下側部材２３に取り付ける（ステップＳ１４）。
【０１０４】
そして、作業者は、第１の部材２１ａおよび第２の部材２１ｂが取り付けられたレンズ２０１の周囲であって、対応の導波管１５１に対向する位置に各電波放射器２２１を配置する（ステップＳ１５）。
【０１０５】
なお、構成部材３１ａ〜３１ｈの積層（ステップＳ１２）と、構成部材３１ａ〜３１ｈの積層（ステップＳ１３）との順番を入れ替えてもよい。
【０１０６】
また、第１の部材２１ａおよび第２の部材２１ｂを切削加工により一体に製作してもよい。この場合、ステップＳ１１において、第１の部材２１ａの構成部材３１ａ〜３１ｈ、および第２の部材２１ｂの構成部材３１ａ〜３１ｈの代わりに、第１の部材２１ａに用いられる構成部材Ａ、および第２の部材２１ｂに用いられる構成部材Ｂを準備する。そして、ステップＳ１２において構成部材Ａを切削加工することにより第１の部材２１ａを製作し、ステップＳ１３において構成部材Ｂを切削加工することにより第２の部材２１ｂを製作する。
【０１０７】
［アンテナの指向性］
（水平偏波の水平面指向性） 
図８は、本開示の第１の実施の形態に係るアンテナにより送受信される水平偏波の水平面指向性を示すグラフである。図８に示すグラフにおいて、縦軸は、利得を示し、横軸は、図２に示す各導波管１５１において送受信される水平偏波の、水平面における電波放射方向を示す。図８に示すグラフは、アンテナ３０１において、誘電体部材１０１の基準軸Ｓからの距離ｒと等価比誘電率εｒｅとの関係が図６に示すような関係であり、かつ２８ＧＨｚ帯の電波が送受信される場合における、水平偏波の水平面指向性のシミュレーション結果を示す。また、誘電体部材１０１の半径Ｒおよび厚さａ、ならびに第１の部材２１ａおよび第２の部材２１ｂの比誘電率εｒＭ２は、図６の場合と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【０１０８】
図８を参照して、ここでは、図２に示す７つの導波管１５１をそれぞれ導波管１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ，１５１ｄ，１５１ｅ，１５１ｆ，１５１ｇとする。また、図３Ｆに示すように、導波管１５１ａから送受信される電波をＢａとし、導波管１５１ｂから送受信される電波をＢｂとし、導波管１５１ｃから送受信される電波をＢｃとし、導波管１５１ｄから送受信される電波をＢｄとし、導波管１５１ｅから送受信される電波をＢｅとし、導波管１５１ｆから送受信される電波をＢｆとし、導波管１５１ｇから送受信される電波をＢｇとする。また、導波管１５１ａ〜１５１ｇにおいて送受信される水平偏波の水平面における指向性を示すグラフを、それぞれ、グラフＧｈ１，Ｇｈ２，Ｇｈ３，Ｇｈ４，Ｇｈ５，Ｇｈ６，Ｇｈ７とする。グラフＧｈ１は電波Ｂｇに対応し、グラフＧｈ２は電波Ｂｆに対応し、グラフＧｈ３は電波Ｂｅに対応し、グラフＧｈ４は電波Ｂｄに対応し、グラフＧｈ５は電波Ｂｃに対応し、グラフＧｈ６は電波Ｂｂに対応し、グラフＧｈ７は電波Ｂａに対応する。
【０１０９】
また、グラフＧｈ４および図３Ｆに示すように、導波管１５１ｄにおいて送受信される電波Ｂｄの水平偏波の主放射方向を基準、すなわち０°とする。この場合、導波管１５１ａ〜１５１ｇにおいて送受信される水平偏波の水平面における主放射方向は、グラフＧｈ１〜Ｇｈ７に示すように、それぞれ、およそ、−６０°，−４０°，−２０°，０°，＋２０°，＋４０°，＋６０°となる。
【０１１０】
このように、アンテナ３０１では、利得を確保しつつ、水平偏波の電波放射方向を変化させることができる。
【０１１１】
（垂直偏波の水平面指向性） 
図９は、本開示の第１の実施の形態に係るアンテナにより送受信される垂直偏波の水平面指向性を示すグラフである。図９に示すグラフにおいて、縦軸は、利得を示し、横軸は、図２に示す各導波管１５１において送受信される垂直偏波の、水平面における電波放射方向を示す。図９に示すグラフは、アンテナ３０１において、誘電体部材１０１の基準軸Ｓからの距離ｒと等価比誘電率εｒｅとの関係が図６に示すような関係であり、かつ２８ＧＨｚ帯の電波が送受信されると仮定した場合における、垂直偏波の水平面指向性のシミュレーション結果を示す。また、誘電体部材１０１の半径Ｒおよび厚さａ、ならびに第１の部材２１ａおよび第２の部材２１ｂの比誘電率εｒＭ２は、図６の場合と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【０１１２】
図９を参照して、導波管１５１ａ〜１５１ｇにおいて送受信される垂直偏波の水平面における指向性を示すグラフを、それぞれ、グラフＧｖ１，Ｇｖ２，Ｇｖ３，Ｇｖ４，Ｇｖ５，Ｇｖ６，Ｇｖ７とする。グラフＧｖ１は電波Ｂｇに対応し、グラフＧｖ２は電波Ｂｆに対応し、グラフＧｖ３は電波Ｂｅに対応し、グラフＧｖ４は電波Ｂｄに対応し、グラフＧｖ５は電波Ｂｃに対応し、グラフＧｖ６は電波Ｂｂに対応し、グラフＧｖ７は電波Ｂａに対応する。
【０１１３】
また、グラフＧｖ４および図３Ｆに示すように、導波管１５１ｄにおいて送受信される電波Ｂｄの垂直偏波の主放射方向を基準、すなわち０°とする。この場合、導波管１５１ａ〜１５１ｇにおいて送受信される垂直偏波の水平面における主放射方向は、グラフＧｖ１〜Ｇｖ７に示すように、それぞれ、およそ、−６０°，−４０°，−２０°，０°，＋２０°，＋４０°，＋６０°となる。
【０１１４】
このように、アンテナ３０１では垂直偏波についても水平偏波と同様に、利得を確保しつつ、電波放射方向を変化させることができる。すなわち、アンテナ３０１では、電波の送受信に用いられる導波管１５１を切り替えることにより、電波放射方向を変化させることができる。
【０１１５】
なお、アンテナ３０１は、複数の導波管１５１を備える構成に限らず、１つの導波管１５１を備える構成であってもよい。この場合、１つの導波管１５１の位置または向きを、たとえば図２及び図３Ｆにおける導波管１５１ａ〜１５１ｇのように変化させることにより、電波放射方向をＢａからＢｇへ変化させることができる。本実施形態のアンテナ３０１は、導波管１５１又は電波放射器２２１の２次元平面Ｐにおける２次元位置に応じて、２次元平面Ｐに平行な方向に変化させることができるが、２次元平面Ｐに垂直な方向への変化については制約されている。
【０１１６】
また、図５に示す構成部材３１ａ〜３１ｈは、同じ比誘電率εｒＭを有する構成に限定されず、たとえば、構成部材３１ａ〜３１ｈのうちの少なくともいずれか１つの構成部材３１が、他の構成部材３１と異なる比誘電率εｒＭを有してもよい。
【０１１７】
たとえば、図５に示す構成部材３１ａ〜３１ｄの比誘電率εｒＭと、構成部材３１ｅ〜３１ｈの比誘電率εｒＭとが異なる値であってもよい。この場合、レンズ２０１の等価比誘電率εｒｅは、たとえば、構成部材３１ａ〜３１ｄの材料の比誘電率εｒＭと、構成部材３１ｅ〜３１ｈの材料の比誘電率εｒＭと、空気の比誘電率εｒＭとを加重平均した値となる。
【０１１８】
このような構成であっても、構成部材３１ａ〜３１ｈが同じ比誘電率εｒＭを有する場合と同様に、等価比誘電率εｒｅがたとえば図６に示すグラフＧ１に近似するように構成部材３１ａ〜３１ｈの各々の厚さを設計することができる。
【０１１９】
また、第１の部材２１ａおよび第２の部材２１ｂは、複数の構成部材３１を積層させる代わりに、たとえば一体の構成部材に対して切削加工を施すことにより形成されてもよい。
【０１２０】
［変形例１］
図１０は、本開示の第１の実施の形態の変形例１に係る誘電体部材における本体部の構成を示す図である。
【０１２１】
図１０を参照して、変形例１に係る誘電体部材１０２における本体部４１は、第１の部材４１ａと、第２の部材４１ｂとを有する。第１の部材４１ａと第２の部材４１ｂとは、面Ｐを中心に面対称である。
【０１２２】
第１の部材４１ａは、互いに比誘電率εｒＭが異なる複数の部材により形成されている。たとえば、第１の部材４１ａは、基準軸Ｓからの距離ｒが０ｍｍ〜所定値ｒｘ１である部分が、比誘電率εｒＭが約３である部材により形成され、距離ｒが所定値ｒｘ１より大きい部分が、比誘電率εｒＭが約２である部材により形成されている。比誘電率εｒＭが約２である部材は、ポリテトラフルオロエチレンまたはポリエチレンなどである。
【０１２３】
また、第１の部材４１ａは、基準軸Ｓから誘電体部材１０２の外側へ向かって厚みｈが段階的に小さくなっている。
【０１２４】
第２の部材４１ｂの構成は、第１の部材４１ａの構成と同様である。
【０１２５】
これにより、誘電体部材１０２の等価比誘電率εｒｅは、基準軸Ｓから誘電体部材１０２の外側に向かって段階的に小さくなっている。具体的には、誘電体部材１０２における、基準軸Ｓが通る部分の等価比誘電率εｒｅが約２であり、外側端部の等価比誘電率εｒｅが約１である。
【０１２６】
このように、本開示の第１の実施の形態の変形例１に係る誘電体部材１０２は、距離ｒが所定値ｒｘ１より大きい部分において比誘電率εｒＭの低い部材を用いることにより、図３に示す誘電体部材１０１と比較して、当該部分における厚みｈが大きくなる。このため、誘電体部材１０２では、強度を向上させることができる。
【０１２７】
［変形例２］
図１１は、本開示の第１の実施の形態の変形例２に係る誘電体部材における本体部の構成を示す図である。
【０１２８】
図１１を参照して、変形例２に係る誘電体部材１０３における本体部４２は、第１の部材４２ａと、第２の部材４２ｂとを有する。第１の部材４２ａと第２の部材４２ｂとは、面Ｐを中心に面対称である。
【０１２９】
また、第１の部材４２ａおよび第２の部材４２ｂの構成は、それぞれ、図５に示す第１の部材２１ａおよび第２の部材２１ｂの構成と同様である。すなわち、第１の部材４２ａおよび第２の部材４２ｂの各々の厚みｈが、基準軸Ｓから誘電体部材１０３の外側に向かって、段階的に小さくなっている。
【０１３０】
また、誘電体部材１０３は、さらに、比誘電率εｒＭが２未満である物質Ｍとして、比誘電率εｒＭが１以上かつ２未満の低誘電率部材５１を含む。低誘電率部材５１は、たとえば、気泡を含ませたポリスチレン、すなわち発砲スチロールなどであり、第１の部材４２ａと第２の部材４２ｂとの間の空間を埋めるように設けられている。
【０１３１】
このように、本開示の第１の実施の形態の変形例２に係るレンズ２０１では、誘電体部材１０３は、比誘電率εｒＭが２未満である物質Ｍとして、比誘電率εｒＭが１より大きい低誘電率部材５１を含む。
【０１３２】
このような構成により、たとえば低誘電率部材５１を用いて本体部４２を支持するなど、誘電体部材１０３の強度を向上させることができる。
【０１３３】
なお、誘電体部材１０３は、低誘電率部材５１が第１の部材４２ａと第２の部材４２ｂとの間の空間を埋める構成に限らない。たとえば、第１の部材４２ａおよび第２の部材４２ｂが面Ｐにおいて接続されており、低誘電率部材５１が第１の部材４２ａおよび第２の部材４２ｂの周囲を囲む構成であってもよい。
【０１３４】
［変形例３］
図１２は、本開示の第１の実施の形態の変形例３に係る誘電体部材における本体部の構成を示す図である。
【０１３５】
図１２を参照して、変形例３に係る誘電体部材１０４における本体部４３は、第１の部材４３ａと、第２の部材４３ｂとを有する。第１の部材４３ａと第２の部材４３ｂとは、面Ｐを中心に面対称である。
【０１３６】
また、第１の部材４３ａおよび第２の部材４３ｂの構成は、以下に記載する構成を除いては、それぞれ、図５に示す第１の部材２１ａおよび第２の部材２１ｂの構成と同様である。すなわち、第１の部材４３ａおよび第２の部材４３ｂの各々の厚みｈが、基準軸Ｓから誘電体部材１０４の外側に向かって、段階的に小さくなっている。
【０１３７】
より詳細には、第１の部材４３ａおよび第２の部材４３ｂは、比誘電率εｒＭが約２である材料により形成されており、基準軸Ｓが通る部分において接続されている。これにより、誘電体部材１０４は、基準軸Ｓが通る部分の等価比誘電率εｒｅが約２となり、誘電体部材１０４の外側端部の等価比誘電率εｒｅが約１となっている。
【０１３８】
また、本開示の第１の実施の形態の変形例３に係るレンズ２０１では、本体部４３は、第１の部材４３ａと、基準軸Ｓが通る部分において第１の部材４３ａと接続された第２の部材４３ｂとを有する。
【０１３９】
このような構成により、本体部４３が複数の部材により形成されている場合において、誘電体部材１０４の強度を向上させることができる。
【０１４０】
また、誘電体部材１０４は、比誘電率εｒＭが約２である材料により形成されているため、比誘電率εｒＭが約３である材料により形成されている場合と比較して、物質Ｍの体積を小さくすることができる。すなわち、本体部４３の垂直方向における長さ、すなわち厚みｂを、図５に示す距離ａよりも小さくし、誘電体部材１０４を小型化することができる。
【０１４１】
［変形例４］
図１３は、本開示の第１の実施の形態の変形例４に係る誘電体部材における本体部の構成を示す図である。
【０１４２】
図１３を参照して、変形例４に係る誘電体部材１０５における本体部４４は、第１の部材４４ａと、第２の部材４４ｂとを有する。第１の部材４４ａと第２の部材４４ｂとは、面Ｐを中心に面対称である。
【０１４３】
また、第１の部材４４ａおよび第２の部材４４ｂの構成は、以下に記載する構成を除いては、それぞれ、図５に示す第１の部材２１ａおよび第２の部材２１ｂの構成と同様である。
【０１４４】
すなわち、第１の部材４４ａおよび第２の部材４４ｂは、比誘電率εｒＭが約３である材料により形成されている。また、第１の部材４４ａおよび第２の部材４４ｂの各々の厚みｈが、基準軸Ｓから誘電体部材１０５の外側に向かって、段階的に小さくなっている。
【０１４５】
より詳細には、第１の部材４４ａおよび第２の部材４４ｂは、たとえば、基準軸Ｓからの距離ｒが０ｍｍ〜所定値ｒｘ２の部分において接続されている。
【０１４６】
また、第１の部材４４ａは、当該部分における、第２の部材４４ｂと反対側の端部に切り欠き５２ａが形成されている。また、第２の部材４４ｂは、当該部分における、第１の部材４４ａと反対側の端部に切り欠き５２ｂが形成されている。これにより、誘電体部材１０５における当該部分の等価比誘電率εｒｅは約２となっている。
【０１４７】
ここで、第１の部材４４ａおよび第２の部材４４ｂが、比誘電率εｒＭが約３である材料により形成されている場合であって、誘電体部材１０５における基準軸Ｓが通る部分の等価比誘電率εｒｅを約２に設定する場合、当該部分に比誘電率εｒＭが２未満の物質を設ける必要がある。
【０１４８】
これに対して、本開示の第１の実施の形態の変形例４に係る誘電体部材１０５は、第１の部材４４ａにおける第２の部材４４ｂと反対側の端部に切り欠き５２ａが形成され、第２の部材４４ｂにおける第１の部材４４ａと反対側の端部に切り欠き５２ａが形成されている。
【０１４９】
このような構成により、誘電体部材１０５における基準軸Ｓが通る部分の等価比誘電率εｒｅを約２に設定することができ、また、第１の部材４４ａと第２の部材４４ｂとを接続することにより、強度を向上させることができる。
【０１５０】
なお、第１の部材４４ａおよび第２の部材４４ｂは、ネジなどの連結部材を用いて接続されてもよい。この場合、切り欠き５２ａ，５２ｂは、たとえば、当該連結部材のサイズ等に応じて深さが設計される。
【０１５１】
また、ネジなどの連結部材は、電波に影響を与えないよう樹脂により形成されていることが好ましい。この場合、切り欠き５２ａ，５２ｂの大きさおよび深さは、ネジの比誘電率εｒＭを考慮して、誘電体部材１０１の等価比誘電率εｒｅが所望の値となるように設計される。
【０１５２】
また、連結部材は、十分な強度の確保等のために金属を含む材料、または金属により形成されてもよい。この場合、連結部材は、電波への影響がより小さくなるように細い形状を有することが好ましい。
【０１５３】
［変形例５］
図１４は、本開示の第１の実施の形態の変形例５に係る誘電体部材における本体部の構成を示す図である。
【０１５４】
図１４を参照して、変形例５に係る誘電体部材１０６における本体部４５は、第１の部材４５ａと、第２の部材４５ｂとを有する。第１の部材４５ａと第２の部材４５ｂとは、面Ｐを中心に面対称である。
【０１５５】
また、水平面における基準軸Ｓからの距離ｒにおける第１の部材４５ａおよび第２の部材４５ｂの各々の厚みｈｒは、物質Ｍである空気の比誘電率εｒＭ１を１とすると、基準軸Ｓから誘電体部材１０６の外側に向かって、たとえば、上記式（４）の関係を満たすように、連続的に小さくなっている。
【０１５６】
上記式において、ａは、誘電体部材１０６における図示しない上側部材および下側部材の距離であり、Ｒは、誘電体部材１０６の半径であり、εｒＭは、本体部４５を形成している材料の比誘電率である。
【０１５７】
また、本開示の第１の実施の形態の変形例５に係るレンズ２０１は、基準軸Ｓから誘電体部材１０６の外側へ向かって等価比誘電率εｒｅが連続的に小さくなっている。
【０１５８】
このような構成により、電波放射方向をより柔軟に設定することができる。
【０１５９】
なお、第１の部材４５ａおよび第２の部材４５ｂは、たとえば円柱形状を有する樹脂からなる１つの部材を旋盤で削り出すことにより製作することができる。このため、特許文献１に記載の誘電体レンズと比べて製作が簡易となる。
【０１６０】
また、上述した変形例１〜変形例５のうちのいずれか複数の特徴を組み合わせることも可能である。
【０１６１】
次に、本開示の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０１６２】
＜第２実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、誘電体部材１０１が、垂直方向において面対称の構造を有する。これに対して、本開示の第２の実施の形態では、アンテナ３０２における誘電体部材１１１が、垂直方向において非対称の構造を有する。
【０１６３】
図１５は、本開示の第２の実施の形態に係るアンテナの構成を示す図である。
【０１６４】
図１５を参照して、アンテナ３０２は、レンズ２０２と、レンズ２０２の周囲に設けられた１または複数の電波放射器２２１とを備える。
【０１６５】
レンズ２０２は、誘電体部材１１１を含む。誘電体部材１１１は、たとえば円柱形状の部材であり、上側部材２５によって画成（define）される上面１３および下側部材２６によって画成される下面１４を有する。
【０１６６】
誘電体部材１１１における上面１３および下面１４は、たとえば、半径Ｒが３０ｍｍの円形状を有する。
【０１６７】
また、誘電体部材１１１は、上面１３および下面１４を通る基準軸Ｓから誘電体部材１１１の外側へ向かって、等価比誘電率εｒｅが小さくなっている。基準軸Ｓは、たとえば、上面１３の中心および下面１４の中心を通り、垂直方向に沿って延びている。
【０１６８】
図１６は、本開示の第２の実施の形態に係る誘電体部材の構成を示す側面図である。
【０１６９】
図１６を参照して、誘電体部材１１１は、本体部２４と、比誘電率εｒＭが２未満である物質Ｍとを含む。本体部２４および物質Ｍは、上側部材２５と下側部材２６との間に設けられている。ここでは、物質Ｍは空気であるとする。なお、第１の実施形態における本体部２１は、上面１１及び下面１２を有していたが、第２の実施形態における本体部２４は、下面１４を有するが、上面１３は有さない。上面１３は、上述のように、空気である物質Ｍに隣接する上側部材２５によって画成される。
【０１７０】
上側部材２５および下側部材２６は、たとえば金属を含む材料、または金属により形成されている。上側部材２５および下側部材２６の距離ａは、たとえば７．１１２ｍｍである。
【０１７１】
本体部２４は、比誘電率εｒＭが２以上である材料、たとえば比誘電率εｒＭが３である樹脂等により形成されている。
【０１７２】
より詳細には、本体部２４の厚みｈｘが、基準軸Ｓから誘電体部材１１１の外側へ向かって小さくなっていることにより、上側部材２５と下側部材２６との間における空気の体積が、基準軸Ｓから誘電体部材１１１の外側へ向かって大きくなっている。
【０１７３】
これにより、たとえば、誘電体部材１１１における、基準軸Ｓが通る部分の等価比誘電率εｒｅは約２であり、外側端部の等価比誘電率εｒｅは約１である。ここでは、誘電体部材１１１の等価比誘電率εｒｅは、基準軸Ｓから誘電体部材１１１の外側へ向かって、２から１へ段階的に変化している。
【０１７４】
具体的には、水平面における基準軸Ｓからの距離ｒにおける本体部２４の厚みｈｘｒと、上側部材２５および下側部材２６の距離ａと、誘電体部材１１１の半径Ｒと、本体部２４を形成している材料の比誘電率εｒＭとの関係は、物質Ｍである空気の比誘電率εｒＭ１を１とすると、厚みｈｘｒは、たとえば、図６に示すグラフＧ１およびグラフＧ２の関係と同様に、
ｈｘｒ＝ａ×（２−（ｒ／Ｒ）２−１）／（εｒＭ２−１）  ・・・（５）
の式を近似的に満たすように設計されている。
【０１７５】
また、ここでは、本体部２４の厚みｈｘは、基準軸Ｓから誘電体部材１１１の外側へ向かって段階的に変化している。
【０１７６】
より詳細には、本体部２４は、基準軸Ｓに沿って積層された複数の構成部材３２を有する。各構成部材３２は、たとえば円板形状の部材であり、主表面の中心を基準軸Ｓが通る。ここでは、本体部２４は、８つの構成部材３２、すなわち構成部材３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆ，３２ｇ，３２ｈを有しているとする。
【０１７７】
構成部材３２ａ〜３２ｈは、互いに比誘電率εｒＭが同じであり、下側部材２６から上側部材２５へ向けて、構成部材３２ｈ，３２ｇ，３２ｆ，３２ｅ，３２ｄ，３２ｃ，３２ｂ，３２ａの順で積層されている。
【０１７８】
本体部２４は、全体として円錐形状または円錐台形状を有し、基準軸Ｓを通りＹＺ平面に沿った断面が全体として台形状または三角形状になっている。台形状には、台形の脚の部分が階段状である形状が含まれる。具体的には、構成部材３２ａ〜３２ｈの半径をそれぞれ半径ｒ１１〜ｒ１８とすると、半径ｒ１１〜ｒ１８は、ｒ１１＜ｒ１２＜ｒ１３＜ｒ１４＜ｒ１５＜ｒ１６＜ｒ１７＜ｒ１８の大小関係となっている。
【０１７９】
なお、図１６では、本体部２４は、基準軸Ｓを通りＹＺ平面に沿った断面において、短辺が上側部材２５側であり、長辺が下側部材２６側である台形の形状を有しているが、短辺が下側部材２６側であり、長辺が上側部材２５側であってもよい。
【０１８０】
また、本体部２４は、下側部材２６側に設けられる構成に限らず、上側部材２５側に設けられてもよい。
【０１８１】
また、レンズ２０２は、上側部材２５および下側部材２６の少なくともいずれか一方を含まない構成であってもよい。この場合、誘電体部材１１１の厚さは、所定値以上の大きさに設定されていることが好ましい。この所定値は、誘電体部材１１１の内部を半径方向に伝搬する電波が、誘電体部材１１１の上面１３および下面１４の少なくともいずれか一方から漏れ出す前に誘電体部材１１１の内部を通過することができる程度の値である。
【０１８２】
このように、本開示の第２の実施の形態に係るアンテナ３０２では、本体部２４は、円錐形状または円錐台形状の部材である。
【０１８３】
このような構成により、基準軸Ｓに対して垂直な面に沿って送受信される電波について、電波放射方向を変更することができる。
【０１８４】
また、複数の構成部材３２を積層させることにより本体部２４を製作することができるため、図５に示す本体部２１のように、第１の部材２１ａの製作および第２の部材２１ｂの製作の両方を行う場合と比較して、製作が簡易になる。
【０１８５】
また、本体部２４は、図５に示す本体部２１と比較して、外側端部における厚さを大きくすることができるため、強度を向上させることができる。
【０１８６】
［変形例１］
図１７は、本開示の第２の実施の形態の変形例１に係る誘電体部材における本体部の構成を示す図である。
【０１８７】
図１７を参照して、変形例１に係る誘電体部材１１２における本体部６１は、第１の部材６１ａと、第２の部材６１ｂとを有する。
【０１８８】
第１の部材６１ａおよび第２の部材６１ｂは、基準軸Ｓから誘電体部材１１２の外側へ向かって厚みが段階的に小さくなっている。また、第１の部材６１ａと第２の部材６１ｂとは、面Ｐを中心に非対称である。
【０１８９】
より詳細には、基準軸Ｓからの距離ｒ＝ｒａ（０ｍｍ≦ｒａ≦Ｒ）である部分における第１の部材６１ａの厚みは、距離ｒ＝ｒａである部分における第２の部材６１ｂの厚みよりも小さい。
【０１９０】
このような構成においても、本体部６１の厚みは、基準軸Ｓから誘電体部材１１２の外側へ向かって段階的に小さくなっている。このため、誘電体部材１１２の等価比誘電率εｒｅは、基準軸Ｓから誘電体部材１１２の外側へ向かって段階的に小さくなっている。
【０１９１】
［変形例２］
図１８は、本開示の第２の実施の形態の変形例２に係る誘電体部材における本体部の構成を示す図である。
【０１９２】
図１８を参照して、変形例２に係る誘電体部材１１３における本体部６２は、第１の部材６２ａと、第２の部材６２ｂとを有する。
【０１９３】
第１の部材６２ａおよび第２の部材６２ｂは、基準軸Ｓから誘電体部材１１３の外側へ向かって厚みが段階的に小さくなっている。また、第１の部材６２ａと第２の部材６２ｂとは、面Ｐを中心に非対称である。
【０１９４】
より詳細には、第１の部材６２ａの厚みは、基準軸Ｓからの距離ｒが０ｍｍ〜Ｒの範囲において段階的に小さくなっている。これに対して、第２の部材６２ｂの厚みは、基準軸Ｓからの距離ｒが０ｍｍ〜ｒｘ３（ｒｘ３＜Ｒ）の範囲において、段階的に小さくなり、距離ｒがｒｘ３〜Ｒの範囲においては０ｍｍである。
【０１９５】
このような構成においても、本体部６２の厚みは、基準軸Ｓから誘電体部材１１３の外側へ向かって段階的に小さくなっている。このため、誘電体部材１１３の等価比誘電率εｒｅは、基準軸Ｓから誘電体部材１１３の外側へ向かって段階的に小さくなっている。
【０１９６】
［変形例３］
図１９は、本開示の第２の実施の形態の変形例３に係る誘電体部材における本体部の構成を示す図である。
【０１９７】
図１９を参照して、変形例３に係る誘電体部材１１４における本体部６３は、第１の部材６３ａと、第２の部材６３ｂとを有する。
【０１９８】
第１の部材６３ａおよび第２の部材６３ｂは、基準軸Ｓから誘電体部材１１４の外側へ向かって厚みが段階的に小さくなっている。また、第１の部材６３ａおよび第２の部材６３ｂは、同一の形状を有している。
【０１９９】
また、第１の部材６３ａおよび第２の部材６３ｂは、互いに異なる比誘電率εｒＭを有する。たとえば、第１の部材６３ａの比誘電率εｒＭは約２であり、第２の部材６３ｂの比誘電率εｒＭは約３である。
【０２００】
このような構成においても、本体部６３の厚みは、基準軸Ｓから誘電体部材１１４の外側へ向かって段階的に小さくなっている。このため、誘電体部材１１４の等価比誘電率εｒｅは、基準軸Ｓから誘電体部材１１４の外側へ向かって段階的に小さくなっている。
【０２０１】
その他の構成は、上述した本開示の第１の実施の形態に係るアンテナ３０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【０２０２】
＜第３の実施の形態＞
上述の本開示の第１の実施の形態に係る誘電体部材１０１では、互いに比誘電率εｒＭが同じである複数の構成部材３１が、基準軸Ｓに沿って積層されている。これに対して、本開示の第３の実施の形態に係る誘電体部材１１５では、互いに異なる比誘電率εｒＭを有する複数の構成部材が、基準軸Ｓから誘電体部材１１５の外側へ向かって層状に重ねられている。
【０２０３】
［構成］
図２０は、本開示の第３の実施の形態に係るアンテナの構成を示す斜視図である。
【０２０４】
図２０を参照して、本開示の第３の実施の形態に係るアンテナ３０３は、レンズ２０３と、レンズ２０３の周囲に設けられた１または複数の電波放射器２２１とを備える。
【０２０５】
レンズ２０３は、誘電体部材１１５を含む。誘電体部材１１５は、たとえば円柱形状の部材であり、上面１５および下面１６を有する。
【０２０６】
誘電体部材１１５の厚さは、所定値以上の大きさである。この所定値は、誘電体部材１１５の内部を半径方向に伝搬する電波が、誘電体部材１１５の上面１５および下面１６の少なくともいずれか一方から漏れ出す前に誘電体部材１１５の内部を通過することができる程度の値である。すなわち、誘電体部材１１５の厚さが所定値以上であることにより、誘電体部材１１５の上面１５側および下面１６側に、金属により形成された部材等を設けることなく、誘電体部材１１５の上下方向からの電波の漏れを防ぐことができる。
【０２０７】
なお、レンズ２０３は、誘電体部材１１５の上面１５側に設けられる上側部材、および誘電体部材１１５の下面１６側に設けられる下側部材の少なくともいずれか一方を含む構成であってもよい。
【０２０８】
誘電体部材１１５における上面１５および下面１６は、たとえば、半径Ｒが３０ｍｍの円形状を有する。
【０２０９】
また、誘電体部材１１５は、上面１５および下面１６を通る基準軸Ｓから誘電体部材１１５の外側へ向かって、等価比誘電率εｒｅが小さくなっている。基準軸Ｓは、たとえば、上面１５の中心および下面１６の中心を通り、垂直方向に沿って延びている。
【０２１０】
誘電体部材１１５では、基準軸Ｓからの距離ｒの位置における物質が１種類である。このため、距離ｒの位置における等価比誘電率εｒｅは、当該距離ｒの位置における物質の比誘電率εｒＭと等しい値となる。
【０２１１】
より詳細には、誘電体部材１１５は、互いに異なる比誘電率εｒＭを有する複数の構成部材が、基準軸Ｓから誘電体部材１１５の外側へ向かって積層されている。具体的には、誘電体部材１１５は、複数の構成部材として、円柱部材７１と、複数の環状部材７２とを有する。円柱部材７１は、基準軸Ｓが通る部分に設けられる。
【０２１２】
環状部材７２は、７つ設けられているとする。７つの環状部材７２を、環状部材７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ，７２ｅ，７２ｆ，７２ｇとすると、環状部材７２ａ〜７２ｇは、いずれも中空形状を有し、かつ基準軸Ｓに対して垂直な断面の形状が環状になっている。
【０２１３】
環状部材７２ａは、円柱部材７１の外周を囲み、環状部材７２ｂは環状部材７２ａの外周を囲み、環状部材７２ｃは環状部材７２ｂの外周を囲み、環状部材７２ｄは環状部材７２ｃの外周を囲み、環状部材７２ｅは環状部材７２ｄの外周を囲み、環状部材７２ｆは環状部材７２ｅの外周を囲み、環状部材７２ｇは環状部材７２ｆの外周を囲む。
【０２１４】
また、導波管１５１は、たとえば環状部材７２ｇに接続されている。
【０２１５】
また、円柱部材７１、環状部材７２ａ、環状部材７２ｂ、環状部材７２ｃ、環状部材７２ｄ、環状部材７２ｅ、環状部材７２ｆ、環状部材７２ｇの順で、比誘電率εｒＭが大きくなっている。具体的には、円柱部材７１の比誘電率εｒＭは約２であり、誘電体部材１１５の外側端部を構成する環状部材７２ｇの比誘電率εｒＭは約１である。
【０２１６】
これにより、誘電体部材１１５の等価比誘電率εｒｅは、基準軸Ｓから誘電体部材１１５の外側へ向かって、２から１へ段階的に小さくなっている。
【０２１７】
［製造方法］
図２１は、本開示の第３の実施の形態に係るアンテナの製造方法の手順を定めたフローチャートを示す図である。
【０２１８】
図２１を参照して、まず、作業者は、誘電体部材１１５の構成部材、すなわち円柱部材７１、環状部材７２ａ〜７２ｇおよび導波管１５１を含む部材、ならびに複数の電波放射器２２１を準備する（ステップＳ２１）。
【０２１９】
次に、作業者は、円柱部材７１および環状部材７２ａ〜７２ｇを、基準軸Ｓから誘電体部材１１５の外側へ向かって層状に重ねる（ステップＳ２２）。
【０２２０】
そして、作業者は、円柱部材７１および環状部材７２ａ〜７２ｇが重ねられたレンズ２０３の周囲であって、対応の導波管１５１に対向する位置に各電波放射器２２１を配置する（ステップＳ２３）。
【０２２１】
このように、本開示の第３の実施の形態に係るアンテナ３０３では、誘電体部材１１５は、互いに異なる比誘電率εｒＭを有する複数の構成部材、すなわち円柱部材７１および環状部材７２ａ〜７２ｇを含む。円柱部材７１および環状部材７２ａ〜７２ｇは、基準軸Ｓから誘電体部材１１５の外側へ向かって層状に重ねられている。
【０２２２】
このように、円柱部材７１および環状部材７２ａ〜７２ｇを層状に重ねるという単純な構成により、等価比誘電率εｒｅが変わる誘電体部材１１５を簡易に製作することができる。
【０２２３】
また、本開示の第３の実施の形態に係るアンテナ３０３では、誘電体部材１１５は、誘電体部材１１５の内部を伝搬する電波の上面１５および下面１６からの漏れ出しが抑制されるように、厚さが設定されている。
【０２２４】
このような構成により、誘電体部材１１５の上面１５側および下面１６側に、金属により形成された部材等を設けることなく、誘電体部材１１５の上下方向からの電波の漏れを防ぐことができる。
【０２２５】
また、本開示の第３の実施の形態に係るアンテナ３０３の製造方法では、まず、作業者は、互いに異なる比誘電率εｒＭを有する円柱部材７１および環状部材７２ａ〜７２ｇを準備する。そして、作業者は、誘電体部材１１５の上面１５および下面１６を通る基準軸Ｓから誘電体部材１１５の外側へ向かって等価比誘電率εｒｅが小さくなるように、円柱部材７１および環状部材７２ａ〜７２ｇを基準軸Ｓから上記外側へ向かって層状に重ねることにより誘電体部材１１５を製作する。
【０２２６】
このように、レンズ２０３の等価比誘電率εｒｅが基準軸Ｓから誘電体部材１１５の外側へ向かって小さくなる構成により、電波放射方向を容易に変更することができる。また、誘電体部材１１５が上面１５および下面１６を有する構成により、球形状のレンズを製作する場合と比較して、特別な金型等が不要であり、レンズ２０３を簡易に製作することができる。
【０２２７】
さらに、円柱部材７１および環状部材７２ａ〜７２ｇを層状に重ねるという単純な方法により、等価比誘電率εｒｅが変わる誘電体部材１１５を簡易に製作することができる。
【０２２８】
したがって、本開示の第３の実施の形態に係るアンテナ３０３の製造方法では、電波放射方向を変更することができるレンズ２０３を、より簡易に製作することができる。
【０２２９】
その他の構成は、上述した本開示の第１の実施の形態に係るアンテナ３０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【０２３０】
なお、本開示の第１の実施の形態および第１の実施の形態の変形例１〜変形例５の各々に係るアンテナ３０１、第２の実施の形態および第２の実施の形態の変形例１〜変形例３の各々に係るアンテナ３０２、ならびに第３の実施の形態に係るアンテナ３０３の各々の特徴を適宜組み合わせることも可能である。
【０２３１】
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０２３２】
［付記］
【０２３３】
（Ａ−１）上面および下面を有する誘電体部材を備え、前記上面および前記下面を通る基準軸から前記誘電体部材の外側へ向かって等価比誘電率が小さくなっている、レンズ。
【０２３４】
上記（Ａ−１）のように、レンズの等価比誘電率が基準軸から誘電体部材の外側へ向かって小さくなる構成により、電波放射方向を容易に変更することができる。さらに、誘電体部材が上面および下面を有する構成により、球形状のレンズを製作する場合と比較して、特別な金型等が不要であり、レンズを簡易に製作することができる。したがって、電波放射方向を変更することができるレンズを、より簡易に製作することができる。
【０２３５】
（Ａ−２）前記誘電体部材は、円柱形状の部材である、（Ａ−１）に記載のレンズ。
【０２３６】
上記（Ａ−２）の構成により、誘電体部材の側面に対向するように配置される電波放射器の配置可能な位置の自由度が増すため、より広い範囲において電波放射方向を変更することができる。
【０２３７】
（Ａ−３）前記誘電体部材は、互いに異なる比誘電率を有する複数の構成部材を含み、前記複数の構成部材は、前記基準軸から前記誘電体部材の外側へ向かって層状に重ねられている、（Ａ−１）または（Ａ−２）に記載のレンズ。
【０２３８】
上記（Ａ−３）のように、複数の構成部材を層状に重ねるという単純な構成により、等価比誘電率が変わる誘電体部材を簡易に製作することができる。
【０２３９】
（Ａ−４）前記誘電体部材は、前記誘電体部材の内部を伝搬する電波の前記上面および前記下面からの漏れ出しが抑制されるように、厚さが設定されている、（Ａ−１）から（Ａ−３）のいずれか１項に記載のレンズ。
【０２４０】
上記（Ａ−４）のような構成により、誘電体部材の上面側および下面側に、金属により形成された部材等を設けることなく、誘電体部材の上下方向からの電波の漏れを防ぐことができる。
【０２４１】
（Ａ−５）前記誘電体部材は、比誘電率が２以上である本体部を含み、前記本体部の厚みは、前記基準軸から前記誘電体部材の外側へ向かって小さくなっている、（Ａ−１）または（Ａ−２）に記載のレンズ。
【０２４２】
上記（Ａ−５）のように、本体部の厚みが基準軸から誘電体部材の外側へ向かって小さくなっているという単純な構成により、等価比誘電率が変わる誘電体部材を簡易に製作することができる。また、本体部の比誘電率が２以上である構成により、誘電体部材における基準軸が通る部分の等価比誘電率を２以上に設定することができる。
【０２４３】
（Ａ−６）前記本体部は、円錐形状または円錐台形状の部材である、（Ａ−５）に記載のレンズ。
【０２４４】
上記（Ａ−６）のような構成により、基準軸に対して垂直な面に沿って送受信される電波について、電波放射方向を変更することができる。
【０２４５】
（Ａ−７）前記誘電体部材のうちの前記本体部を除く部分は、比誘電率が２未満である物質を含む、（Ａ−５）または（Ａ−６）に記載のレンズ。
【０２４６】
上記（Ａ−７）のような構成により、比誘電率が２以上である本体部と、比誘電率が２未満である物質との体積比を変化させることにより、誘電体部材の等価比誘電率を容易に変化させることができる。
【０２４７】
（Ａ−８）前記誘電体部材は、前記物質として、比誘電率が１より大きい部材を含む、（Ａ−７）に記載のレンズ。
【０２４８】
上記（Ａ−８）のような構成により、たとえば上記部材を用いて本体部を支持するなど、誘電体部材の強度を向上させることができる。
【０２４９】
（Ａ−９）前記レンズは、前記基準軸から前記誘電体部材の外側へ向かって等価比誘電率が連続的に小さくなっている、（Ａ−５）から（Ａ−８）のいずれか１項に記載のレンズ。
【０２５０】
上記（Ａ−９）のような構成により、電波放射方向をより柔軟に設定することができる。
【０２５１】
（Ａ−１０）前記本体部は、前記基準軸に沿って積層された、互いに比誘電率が同じである複数の構成部材を含む、（Ａ−５）から（Ａ−８）のいずれか１項に記載のレンズ。
【０２５２】
上記（Ａ−１０）のように、同じ比誘電率を有する複数の構成部材を基準軸に沿って積層させるという単純な構成により、厚みが変わる本体部を簡易に製作することができる。
【０２５３】
（Ａ−１１）前記本体部は、切削加工により形成される、（Ａ−５）から（Ａ−１０）のいずれか１項に記載のレンズ。
【０２５４】
上記（Ａ−１１）のような構成により、複数の部材を積層して接着させる等の作業を行うことなく、一体の部品から誘電体部材における本体部を製作することができるため、製作作業の簡略化および製作コストの削減を実現することができる。
【０２５５】
（Ａ−１２）前記本体部は、第１の部材と、前記基準軸が通る部分において前記第１の部材と接続された第２の部材とを有する、（Ａ−５）から（Ａ−１１）のいずれか１項に記載のレンズ。
【０２５６】
上記（Ａ−１２）のような構成により、本体部が複数の部材により形成されている場合において、誘電体部材の強度を向上させることができる。
【０２５７】
（Ａ−１３）前記レンズは、さらに、前記誘電体部材の前記上面側に設けられる上側部材と、前記誘電体部材の前記下面側に設けられる下側部材とを備える、（Ａ−１）から（Ａ−１２）のいずれか１項に記載のレンズ。
【０２５８】
上記（Ａ−１３）のような構成により、誘電体部材の上下方向からの電波の漏れを防ぐことができる。
【０２５９】
（Ａ−１４）誘電体部材を含むレンズと、前記レンズの周囲に設けられた電波放射器とを備え、前記誘電体部材は、上面および下面を有し、前記上面および前記下面を通る基準軸から前記誘電体部材の外側へ向かって等価比誘電率が小さくなっている、アンテナ。
【０２６０】
上記（Ａ−１４）のように、レンズの等価比誘電率が基準軸から誘電体部材の外側へ向かって小さくなる構成により、電波放射方向を容易に変更することができる。さらに、誘電体部材が上面および下面を有する構成により、球形状のレンズと比較して、特別な金型等が不要であり、レンズを簡易に製作することができる。したがって、電波放射方向を変更することができるレンズを備えるアンテナを、より簡易に製作することができる。
【０２６１】
（Ａ−１５）前記電波放射器の開口部の高さは、前記誘電体部材の厚さ以下である、（Ａ−１４）に記載のアンテナ。
【０２６２】
上記（Ａ−１５）のような構成により、アンテナからの電波放射時における、電波放射器と誘電体部材との境界付近の電波の漏れを抑制することができる。
【０２６３】
（Ａ−１６）前記電波放射器の開口部の高さは、前記誘電体部材の厚さ以上である、（Ａ−１４）に記載のアンテナ。
【０２６４】
上記（Ａ−１６）のような構成により、アンテナによる電波受信時における、電波放射器と誘電体部材との境界付近の電波の漏れを抑制することができる。
【０２６５】
（Ａ−１７）前記電波放射器の開口部の高さは、前記誘電体部材の厚さと等しい、（Ａ−１４）に記載のアンテナ。
【０２６６】
上記（Ａ−１７）のような構成により、アンテナからの電波放射時およびアンテナによる電波受信時の両方において、電波放射器と誘電体部材との境界付近の電波の漏れを抑制することができる。
【０２６７】
（Ａ−１８）前記開口部および前記誘電体部材は、金属を含む材料、または金属により形成された部材を介して連結されている、（Ａ−１５）から（Ａ−１７）のいずれか１項に記載のアンテナ。
【０２６８】
上記（Ａ−１８）のような構成により、電波放射器と誘電体部材との境界付近の電波の漏れをより確実に防ぐことができる。
【０２６９】
（Ａ−１９）アンテナを搭載する車載器であって、前記アンテナは、誘電体部材を含むレンズと、前記レンズの周囲に設けられた電波放射器とを備え、前記誘電体部材は、上面および下面を有し、前記上面および前記下面を通る基準軸から前記誘電体部材の外側へ向かって等価比誘電率が小さくなっている、車載器。
【０２７０】
上記（Ａ−１９）のように、レンズの等価比誘電率が基準軸から誘電体部材の外側へ向かって小さくなる構成により、電波放射方向を容易に変更することができる。さらに、誘電体部材が上面および下面を有する構成により、球形状のレンズと比較して、特別な金型等が不要であり、レンズを簡易に製作することができる。したがって、電波放射方向を変更することができるレンズを備えるアンテナを、より簡易に製作することができる。
【０２７１】
（Ａ−２０）誘電体部材を備えるレンズの製造方法であって、互いに異なる比誘電率を有する複数の構成部材を準備するステップと、前記誘電体部材の上面および下面を通る基準軸から前記誘電体部材の外側へ向かって等価比誘電率が小さくなるように、前記複数の構成部材を前記基準軸から前記外側へ向かって層状に重ねることにより前記誘電体部材を製作するステップとを含む、レンズの製造方法。
【０２７２】
上記（Ａ−２０）のように、レンズの等価比誘電率が基準軸から誘電体部材の外側へ向かって小さくなる構成により、電波放射方向を容易に変更することができる。また、誘電体部材が上面および下面を有する構成により、球形状のレンズを製作する場合と比較して、特別な金型等が不要であり、レンズを簡易に製作することができる。
【０２７３】
さらに、複数の構成部材を層状に重ねるという単純な方法により、誘電率が変わる誘電体部材を簡易に製作することができる。
【０２７４】
したがって、電波放射方向を変更することができるレンズを、より簡易に製作することができる。
【０２７５】
（Ａ−２１）誘電体部材を備えるレンズの製造方法であって、互いに比誘電率が同じである複数の構成部材を準備するステップと、前記誘電体部材の上面および下面を通る基準軸から前記誘電体部材の外側へ向かって等価比誘電率が小さくなるように、前記複数の構成部材を前記基準軸に沿って積層させることにより前記誘電体部材を製作するステップとを含む、レンズの製造方法。
【０２７６】
上記（Ａ−２１）のように、レンズの等価比誘電率が基準軸から誘電体部材の外側へ向かって小さくなる構成により、電波放射方向を容易に変更することができる。また、誘電体部材が上面および下面を有する構成により、球形状のレンズを製作する場合と比較して、特別な金型等が不要であり、レンズを簡易に製作することができる。
【０２７７】
さらに、同じ比誘電率を有する複数の構成部材を基準軸に沿って積層させるという単純な方法により、等価比誘電率が変わる誘電体部材を簡易に製作することができる。
【０２７８】
したがって、電波放射方向を変更することができるレンズを、より簡易に製作することができる。
【０２７９】
（Ａ−２２）誘電体部材を備えるレンズの製造方法であって、構成部材を準備するステップと、前記誘電体部材の上面および下面を通る基準軸から前記誘電体部材の外側へ向かって等価比誘電率が小さくなるように、前記構成部材を切削するステップとを含む、レンズの製造方法。
【０２８０】
上記（−２２）のように、レンズの等価比誘電率が基準軸から誘電体部材の外側へ向かって小さくなる構成により、電波放射方向を容易に変更することができる。また、誘電体部材が上面および下面を有する構成により、球形状のレンズを製作する場合と比較して、特別な金型等が不要であり、レンズを簡易に製作することができる。
【０２８１】
さらに、複数の部材を積層して接着させる等の作業を行うことなく、一体の部品から誘電体部材を製作することができるため、製作作業の簡略化および製作コストの削減を実現することができる。
【０２８２】
（Ｂ−１）上面および下面を有する誘電体部材を備え、
前記上面および前記下面を通る基準軸から前記誘電体部材の外側へ向かって等価比誘電率が小さくなっており、
前記基準軸は、前記上面の中心および前記下面の中心を通り、垂直方向に沿って延びる軸であり、
前記誘電体部材は、前記基準軸に沿って積層された、互いに比誘電率が同じである複数の構成部材を有し、
各前記構成部材は、円板形状の部材であり、
前記基準軸は、各前記構成部材の主表面の中心を通る、レンズ。
【０２８３】
（Ｂ−２）誘電体部材を含むレンズと、
前記レンズの周囲に設けられた電波放射器とを備え、
前記誘電体部材は、上面および下面を有し、前記上面および前記下面を通る基準軸から前記誘電体部材の外側へ向かって等価比誘電率が小さくなっており、
前記レンズは、さらに、導波管を含み、
前記電波放射器は、ホーンアンテナであり、前記導波管に対向する位置に設けられる、アンテナ。
【符号の説明】
【０２８４】
１１，１３，１５  第１面（上面）
１２，１４，１６  第２面（下面）
１８  外周
２１，２４，４１，４２，４３，４４，４５，６１，６２，６３  第１物質（本体部）
２１ａ，４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａ，４５ａ，６１ａ，６２ａ，６３ａ  第１の部材
２１ｂ，４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂ，４５ｂ，６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ  第２の部材
２２，２５  上側部材
２３，２６  下側部材
３１，３１ａ〜３１ｈ，３２，３２ａ〜３２ｈ  構成部材
５１  低誘電率部材
５２ａ，５２ｂ  切り欠き
７１  円柱部材
７２，７２ａ〜７２ｇ  環状部材
１０１〜１０６，１１１〜１１５  誘電体部材
１５１，１５１ａ〜１５１ｇ  導波管
１７１ａ〜１７１ｇ  焦点
１６１  無線基地局装置
２０１，２０２，２０３  レンズ
２２１  電波放射器
３０１，３０２，３０３  アンテナ
４０１  車載器
Ｂ  電波
Ｍ  第２物質
Ｐ  ２次元平面
Ｓ  基準軸
Ｚ  基準軸方向
【図１】
2019216181.tif 000003
【図２】
2019216181.tif 000004
【図３Ａ】
2019216181.tif 000005
【図３Ｂ】
2019216181.tif 000006
【図３Ｃ】
2019216181.tif 000007
【図３Ｄ】
2019216181.tif 000008
【図３Ｅ】
2019216181.tif 000009
【図３Ｆ】
2019216181.tif 000010
【図４】
2019216181.tif 000011
【図５】
2019216181.tif 000012
【図６】
2019216181.tif 000013
【図７】
2019216181.tif 000014
【図８】
2019216181.tif 000015
【図９】
2019216181.tif 000016
【図１０】
2019216181.tif 000017
【図１１】
2019216181.tif 000018
【図１２】
2019216181.tif 000019
【図１３】
2019216181.tif 000020
【図１４】
2019216181.tif 000021
【図１５】
2019216181.tif 000022
【図１６】
2019216181.tif 000023
【図１７】
2019216181.tif 000024
【図１８】
2019216181.tif 000025
【図１９】
2019216181.tif 000026
【図２０】
2019216181.tif 000027
【図２１】
2019216181.tif 000028
【国際調査報告】
2019216181.tif 000029
2019216181.tif 000030
2019216181.tif 000031
2019216181.tif 000032