CN112106255B - 透镜、天线及车载器 - Google Patents

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Abstract

本发明的透镜具备电介质，该电介质具有第一表面和在与上述第一表面交叉的基准轴方向上隔开间隔而对置的第二表面。上述电介质构成为从上述基准轴朝向上述第一表面及上述第二表面的外周等效相对介电常数变小。

Description

透镜、天线及车载器
技术领域
本发明涉及透镜、天线及车载器。本申请主张基于2018年5月9日提出申请的日本申请第2018-090595号的优先权，并援引上述日本申请所记载的全部的记载内容。
背景技术
专利文献1公开了龙勃透镜。一般的龙勃透镜是相对介电常数在半径方向上变化的球体的透镜。需要说明的是，在专利文献1记载的透镜为半球体，相对介电常数阶段地变化。
在非专利文献1(虫明康人、“天线/电波传播”、科罗娜公司、1983年6月25日、P.106)中，关于龙勃透镜记载有折射率与距透镜的中心的距离的关系为折射率＝2-(r/a)^2的平方根。在上述式中，r为距透镜的中心的距离，a为透镜的半径。
由于相对介电常数为折射率的平方，因此龙勃透镜的相对介电常数满足相对介电常数＝2-(r/a)^2的算式。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2009-516933号公报
非专利文献
非专利文献1：虫明康人、“天线/电波传播”、科罗娜公司、1983年6月25日、P.106
发明内容
发明要解决的课题
公开的透镜具备电介质，该电介质具有第一表面和在与上述第一表面交叉的基准轴方向上隔开间隔而对置的第二表面，上述电介质构成为从上述基准轴朝向上述第一表面及上述第二表面的外周等效相对介电常数变小。
本发明的其他的观点为天线。公开的天线具备：具备电介质的透镜，该电介质具有第一表面和在与上述第一表面交叉的基准轴方向上隔开间隔而对置的第二表面；及电波发射器，设置于上述第一表面及上述第二表面的外周，上述电介质构成为从上述基准轴朝向上述第一表面及上述第二表面的外周等效相对介电常数变小。
本发明的其他观点为搭载有天线的车载器。在公开的车载器中，上述天线具备：具备电介质的透镜，该电介质具有第一表面和在与上述第一表面交叉的基准轴方向上隔开间隔而对置的第二表面；及电波发射器，设置于上述第一表面及上述第二表面的外周，上述电介质构成为从上述基准轴朝向上述第一表面及上述第二表面的外周等效相对介电常数变小。
附图说明
图1是示出搭载有第一实施方式的天线的车载器及使用例的结构的图。
图2是示出第一实施方式的天线的结构的图。
图3A是示出第一实施方式的电介质部件的结构的图。
图3B是第一实施方式的透镜的侧视图。
图3C是图2的A-A线剖视图。
图3D是电介质中的等效相对介电常数分布的说明图。
图3E是示出透镜中的电波的聚焦的图。
图3F是示出电波发射方向的图。
图4是示出第一实施方式的电介质部件的变形例的结构的侧视图。
图5是示出第一实施方式的电介质部件中的主体部的结构的图。
图6是示出在图5示出的电介质部件的距基准轴的距离与电介质部件的等效相对介电常数的关系的图表。
图7是示出确定第一实施方式的天线的制造方法的步骤的流程图的图。
图8是示出通过第一实施方式的天线发送接收的水平偏振波的水平面指向性的图表。
图9是示出通过第一实施方式的天线发送接收的垂直偏振波的水平面指向性的图表。
图10是示出第一实施方式的变形例1的电介质部件中的主体部的结构的图。
图11是示出第一实施方式的变形例2的电介质部件中的主体部的结构的图。
图12是示出第一实施方式的变形例3的电介质部件中的主体部的结构的图。
图13是示出第一实施方式的变形例4的电介质部件中的主体部的结构的图。
图14是示出第一实施方式的变形例5的电介质部件中的主体部的结构的图。
图15是示出第二实施方式的天线的结构的图。
图16是示出第二实施方式的电介质部件的结构的侧视图。
图17是示出第二实施方式的变形例1的电介质部件中的主体部的结构的图。
图18是示出本发明的第二实施方式的变形例2的电介质部件中的主体部的结构的图。
图19是示出第二实施方式的变形例3的电介质部件中的主体部的结构的图。
图20是示出第三实施方式的天线的结构的立体图。
图21是示出确定第三实施方式的天线的制造方法的步骤的流程图的图。
具体实施方式
[本发明要解决的课题]
球体或半球体的龙勃透镜通过沿球表面三维地改变电波发射器的位置，能够使电波的发射方向三维地变化。然而，为了满足在非专利文献1记载的“折射率与距透镜的中心的距离的关系”，球体或半球体的龙勃透镜需要使相对介电常数从球体或半球体的中心在半径方向上三维地变化。因此，球体或半球体的龙勃透镜制造困难。
本发明人发现了在发射方向二维地变化就足够了的情况下能够简化构造，制造变得容易。
[本发明的实施方式的说明]
以下，列出本发明的实施方式的内容并进行说明。
(1)实施方式的透镜具备电介质，该电介质具有第一表面和在与上述第一表面交叉的基准轴方向上隔开间隔而对置的第二表面，上述电介质构成为从上述基准轴朝向上述第一表面及上述第二表面的外周等效相对介电常数变小。由于电介质是具有第一表面和在与上述第一表面交叉的基准轴方向上隔开间隔而对置的第二表面的构造，因此与球体或半球体的透镜相比简化了构造。在构成电介质的物质为一种的情况下，等效相对介电常数与构成电介质的物质的相对介电常数相等。在构成电介质的物质为多种的情况下，等效相对介电常数为在将基准轴方向上的多种物质视为一种物质时的相对介电常数，可以作为与在基准轴方向上各物质所占的比例相应的相对介电常数的加权平均值而求出。
(2)优选上述电介质构成为具有第一相对介电常数的第一物质和具有比上述第一相对介电常数大的第二相对介电常数的第二物质在上述基准轴方向上并排存在。在该情况下，等效相对介电常数为将第一物质和第二物质视作一种物质时的相对介电常数。
(3)优选上述电介质构成为在上述基准轴方向上上述第二物质所占的比例从上述基准轴朝向上述外周变小。通过减少第二物质的比例，能够减小等效相对介电常数。
(4)优选上述第二物质包括在上述基准轴方向上层叠的多个构成部件。通过将多个构成部件在基准方向上层叠，能够容易地得到等效相对介电常数变小的构造。
(5)优选上述第二物质被施以切削加工。通过切削加工，能够容易地得到等效相对介电常数变小的构造。
(6)优选上述第二物质存在于上述第一物质的上述基准轴方向两侧。在该情况下，能够得到由第二物质夹着第一物质的两侧的构造。
(7)优选上述第一物质为空气。此时，不需要第一物质的加工。
(8)优选上述第一相对介电常数小于2。
(9)优选上述第二相对介电常数为2以上。
(10)优选透镜还具备防止电波从上述第一表面泄漏的部件和防止电波从上述第二表面泄漏的部件。即使不增大透镜的基准轴方向的长度，也能够防止电波从第一表面及第二表面泄漏。
(11)优选透镜还具备设置于上述第一表面及上述第二表面的外周的波导。在该情况下，能够通过波导使以波导模式传播的电波入射到电介质，能够高效地传播电波。
(12)优选透镜还具备防止电波从上述第一表面泄漏的部件、防止电波从上述第二表面泄漏的部件及设置于上述第一表面及上述第二表面的外周的波导，上述波导与防止电波从上述第一表面泄漏的上述部件及防止电波从上述第二表面泄漏的上述部件一体地形成。在该情况下，能够更可靠地防止在电波从波导向透镜传播时的电波的泄漏。
(13)优选上述电介质的上述基准轴方向的长度为在上述电介质内传播的电波的波长的2倍以下。即，当将波长设为λ时，电介质的基准轴方向长度优选为2λ以下。电介质的基准轴方向长度更优选为1.5λ以下，进一步优选为λ以下。
(14)实施方式的透镜是根据二维平面中的电波发射器的二维位置使电波发射方向相对于上述二维平面平行地变化的二维龙勃型的透镜，具备：第一物质，具有第一相对介电常数；及第二物质，在与上述二维平面正交的方向上与上述第一物质并排存在，具有与上述第一相对介电常数不同的相对介电常数。优选二维龙勃型的透镜的电波发射方向的变化被制约在与上述二维平面平行的方向上。
(15)实施方式的天线具备：具备电介质的透镜，该电介质具有第一表面和在与上述第一表面交叉的基准轴方向上隔开间隔而对置的第二表面；及电波发射器，设置于上述第一表面及上述第二表面的外周，上述电介质构成为从上述基准轴朝向上述第一表面及上述第二表面的外周等效相对介电常数变小。
(16)优选上述电波发射器的上述基准轴方向的长度为上述电介质的上述基准轴方向的长度以下。在该情况下，能够在电波发射时抑制电波发射器与电介质的边界附近的电波的泄漏。
(17)优选上述电波发射器的上述基准轴方向的长度为上述电介质的上述基准轴方向的长度以上。在该情况下，能够在接收电波时抑制电波发射器与电介质的边界附近的电波的泄漏。
(18)优选上述电波发射器的上述基准轴方向的长度与上述电介质的上述基准轴方向的长度相等。在该情况下，能够在发射电波时及接收电波时双方抑制电波发射器与电介质的边界附近的电波的泄漏。
(19)优选还具备设置于上述电波发射器与上述电介质之间的波导。在该情况下，能够在电波发射器与电介质之间通过波导来传播电波。
(20)实施方式的车载器是搭载有天线的车载器，上述天线具备：具备电介质的透镜，该电介质具有第一表面和在与上述第一表面交叉的基准轴方向上隔开间隔而对置的第二表面；及电波发射器，设置于上述第一表面及上述第二表面的外周，上述电介质构成为从上述基准轴朝向上述第一表面及上述第二表面的外周等效相对介电常数变小。
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，对图中同一部分或相当的部分附以同一标号而不再重复其说明。此外，也可以使在以下记载的实施方式的至少一部分任意地组合。
＜第一实施方式＞
[结构]
(天线)
图1是示出搭载有本发明的第一实施方式的天线的车载器的结构及使用例的图。
参照图1，车载器401设置于公共汽车等车辆Cr，搭载有天线301。车载器401使用天线301，例如，根据第五代移动通信系统(以下称为“5G”。)的通信方式，在与无线基站装置161之间进行无线通信。
更详细而言，车载器401检测从车辆Cr向无线基站装置161的方向，并基于检测结果调整在天线301发送接收的电波的主发射方向。从车辆Cr向无线基站装置161的方向可能会随着车辆Cr的行驶在水平面中的全向上发生变化。因此，天线301构成为能够调整电波向水平面上的全向的发射方向及接收方向。
另外，天线301也可以构成为能够调整垂直方向上的电波发射方向，但垂直方向上的电波发射方向及接收方向的可调整的角度较小即可。
此外，天线301不限定于搭载于车载器401。
此外，天线301能够用于根据5G以外的通信方式的无线通信，另一方面，在根据5G的通信方式的无线通信中，由于电波的直线行进性高，因此采用能够使电波的发射方向及接收方向变化的天线301更加合适。
图2是示出本发明的第一实施方式的天线的结构的图。
参照图2，天线301例如是搭载于移动通信系统中的车载器等的天线。天线301具备透镜201、与透镜201连结的多个导波管151及设置于透镜201的周围的一个或多个电波发射器221。
电波发射器221例如是喇叭天线。在图2中，作为一例，示出了七个电波发射器221。七个电波发射器221例如等角度地设置。在图2中，喇叭天线221作为四角锥体形状的部件进行了描绘，但实际的喇叭天线221例如作为在四角锥体的顶点部分形成有开口的四角锥台形状的部件而构成。在四角锥体的顶点侧的开口连接有波导。
透镜201包括电介质部件101、上侧部件22及下侧部件23。电介质部件101由电介质构成。电介质部件101例如是圆柱形状的部件，具有上表面11及下表面12。
电介质部件101中的上表面11及下表面12具有圆形状。上表面11及下表面12的半径R例如在天线301发送接收28GHz带的电波的情况下，设计为30mm。另外，由于光速c、频带f及波长λ的关系满足c＝f×λ的算式，因此在光速c＝3×10^8m/秒的情况下的28GHz带的电波的波长λ为10.7mm。
以下，将上表面11及下表面12的延伸方向，即图2所示的XY平面设为水平面。此外，将上表面11及下表面12的法线方向，即图2所示的Z轴方向设为垂直方向。另外，在图3A及图3C等中描绘了与XY平面平行的假想的水平面P。
此外，在电介质部件101的构成电介质部件101的物质为多种的情况下，距基准轴S的距离r的位置处的厚度方向的相对介电常数的加权平均值即等效相对介电常数εre从通过上表面11及下表面12的基准轴S朝向电介质部件101的外侧变小。基准轴S例如是通过上表面11的中心及下表面12的中心并沿垂直方向延伸的轴。
此外，在距基准轴S的距离r的位置处构成电介质部件101的物质的种类为一种的情况下，将该距离r的位置处的相对介电常数称为“等效相对介电常数εre”。此时，距基准轴S的距离r处的等效相对介电常数εre与该材料的相对介电常数相等。
导波管(wave guide：波导)151例如设置有七个。七个导波管151设置于与七个电波发射器221分别对置的位置。具体而言，通过某个导波管151和上表面11的中心的直线L1与通过该导波管151的相邻的导波管151和上表面11的中心的直线L2的形成的角度θ例如为20°。波导(wave guide：波导)151在电波发射器221与电介质部件101之间传播电波。
在实施方式中，各波导151形成为与内部空间的延伸的方向即导波方向垂直的剖面具有矩形形状的管状。例如，在天线301发送接收28GHz带的电波的情况下，该剖面的一边的长度均设计为7.112mm。另外，导波方向为将电波发射器151与电介质部件101连结的方向。导波方向与XY平面平行。
另外，透镜201也可以是不含上侧部件22及下侧部件23中的至少任一方的结构。在该情况下，电介质部件101的厚度优选设定为规定值以上的大小。该规定值为在电介质部件101的内部在半径方向上传播的电波在从电介质部件101的上表面11及下表面12中的至少任一方漏出之前，能够在电介质部件101的内部通过的程度的值。
图3A是示出本发明的第一实施方式的电介质部件的结构的图。为了方便说明，图3A以在图的左侧表现导波管151的侧面的方式示出透镜201的侧视图，并且以在图的右侧表现导波管151及电波发射器221的剖面的方式进行描绘。图3B示出了透镜201的侧视图。图3C示出了图2所示的透镜201的A-A线剖视图。图3D是电介质部件101的结构的说明图。图3A及图3C所描绘的电波发射器221具有在四角锥体(参照图2的喇叭天线221)的顶点侧形成有开口的四角锥台形状。
参照图3A及图3B，电介质部件101包括主体部21和物质M。在下文会将物质M称为第一物质M，将构成主体部21的物质称为第二物质。主体部21及物质M设置于上侧部件22与下侧部件23之间。当将物质M的相对介电常数εrM称为“第一相对介电常数εrM1”时，第一相对介电常数εrM1小于2。此处，物质M为空气。另外，空气的相对介电常数εrM为1。
上侧部件22及下侧部件23例如由包含金属的材料或金属形成。如图3C所示，部件22防止在电介质部件101内传播的电波B从上表面11泄漏。同样地，部件23防止在电介质部件101内传播的电波B从下表面12泄漏。即，部件22及部件23防止电波从上表面11及下表面12泄漏，并且使电波B在电介质10内与水平面P平行地传播。这样，部件22及部件23成为使电波在电介质部件101内传播的导波部件。在实施方式中，由于在电介质部件101的上表面11及下表面12设置有部件22及部件23，因此电波向电介质部件101的能够进出被电介质部件101的外周18制约。例如在天线301发送接收28GHz带的电波的情况下，上侧部件22及下侧部件23的距离a设计为7.112mm。上侧部件22、下侧部件23及导波管151例如一体地形成。距离a为电介质部件101的厚度，即也是垂直方向的长度。在实施方式中，电介质部件101的厚度a为1倍波长(10.7mm)以下。电介质部件101的厚度优选为2倍波长(2λ)以下，更优选为1.5倍波长(1.5λ)以下，进一步优选为1倍波长(λ)以下。通过使电介质部件101的厚度足够小，即使在电介质部件101的厚度方向上存在多种物质，也能够视作一种物质。另外，相反地，若使电介质部件101的厚度a足够大，则如前述那样，能够防止电波从电介质部件101的上表面11及下表面12中的至少一方漏出。在使电介质部件101的厚度a足够大的情况下，电介质部件101的优选厚度a例如为2倍波长以上。
电波发射器221的开口部的高度Hr即电波发射器221的垂直方向长度Hr与上侧部件22及下侧部件23的距离a即电介质部件101的厚度相等。由此，能够抑制电介质部件101及电波发射器221的边界附近的电波的泄漏。
另外，在无需考虑由天线301进行的电波接收时的该边界附近的电波的泄漏的情况下，电波发射器221的开口部的高度Hr为电介质部件101的厚度以下即可。
此外，在无需考虑来自天线301的电波发射时的该边界附近处的电波的泄漏的情况下，电波发射器221的开口部的高度Hr为电介质部件101的厚度以上即可。
图4是示出本发明的第一实施方式的电介质部件的变形例的结构的图。另外，图4也与图3A同样地，在图的左侧以表现导波管151的侧面的方式示出透镜201的侧视图，并且在图的右侧以表现导波管151及电波发射器221的剖面的方式进行描绘。
参照图4，上侧部件22及下侧部件23优选为经由由含有金属的材料或金属形成的部件Mt及导波管151与电波发射器221连结的结构。部件Mt也可以是与导波管151一体形成的部件。此外，部件Mt也可以是与上侧部件22及下侧部件23一体形成的部件。即，部件Mt也可以设置在上侧部件22及下侧部件23各自的外缘部分的管状的部件。
这样，通过例如金属的板与电介质部件101中的主体部21相比向电波发射器221侧延伸的结构，能够更加可靠地防止电介质部件101及电波发射器221的边界附近处的电波的泄漏。
再次参照图3A及图3B，主体部21具有设置于上侧部件22侧的第一部件21a和设置于下侧部件23侧的第二部件21b。在第一部件21a与第二部件21b之间存在作为第一物质M的空气。换言之，在第一物质M的基准轴S方向两侧设置有第二物质。第一部件21a及第二部件21b设置为关于面P面对称。在图3A及图3B中，面P是位于电介质部件101的厚度方向中央的水平面。即，主体部21在垂直方向上具有面对称的构造。另外，在图3C中，电介质部件101仅图示了电介质部件101所占的区域，未区别电介质部件101所包含的主体部21及物质M。在实施方式中，电介质部件101所占的区域具有作为第一表面的上表面11和作为第二表面的下表面12。第二表面12从第一表面11在垂直方向上隔开间隔地与第一表面11对置。在实施方式中，电介质部件101所占的区域为圆筒形状。筒状的电介质部件101的外周18为电波的入射出射面。另外，第一表面11与第二表面12的大小也可以不同。
将第一部件21a及第二部件21b的相对介电常数εrM称为“第二相对介电常数εrM2”时，第二相对介电常数εrM2为2以上。第一部件21a及第二部件21b例如由第二相对介电常数εrM2为3的树脂等形成。
更详细而言，第一部件21a及第二部件21b的各自的厚度h从基准轴S朝向电介质部件101的外侧变小。即，如在图3D中示意性地示出那样，在电介质部件101的垂直面剖视图(图3D的B-B线剖视图)中，在基准轴S方向上主体部21所占的比例从基准轴S朝向电介质部件101的外周18同心状地变小。构成主体部21的第二物质(例如树脂)的量在基准轴S的位置最多，越靠外周18侧则越少。相反地，第一物质M(空气)的量在基准轴S的位置最少，越靠外周18侧则越多。这样，在实施方式中，第一物质M和构成主体部21的第二物质在基准轴S方向上并排存在。并且，第二物质在基准轴S方向上占的比例从基准轴S朝向外周18同心状地变小。此外，第一物质M在基准轴S方向上占的比例从基准轴S朝向外周18同心状地变大。
因此，电介质部件101的等效相对介电常数εre从基准轴S朝向电介质部件101的外侧变小。例如在图3D示出的等效相对介电常数-相对半径的关系图那样，电介质部件101中的基准轴S通过的部分的等效相对介电常数εre约为2，作为外侧端部的外周18的等效相对介电常数εre约为1。
即，距基准轴S的距离r的位置处的等效相对介电常数εre是使用第一部件21a及第二部件21b的材料与作为物质M的空气的比例对该材料的相对介电常数εrM2与空气的相对介电常数εrM1进行加权平均而得到的值。因此，电介质部件101与球体的龙勃透镜相同地能够使等效相对介电常数εre变化。
另外，如上所述，在距基准轴S的距离r的位置处构成电介质部件101的材料的种类为一种的情况下，距基准轴S的距离r处的等效相对介电常数εre与该材料的相对介电常数，例如相对介电常数εrM2或相对介电常数εrM1相等。
具体而言，将水平面上的距基准轴S的距离r处的第一部件21a及第二部件21b的各自的厚度设为厚度hr。
等效相对介电常数εre与厚度hr的关系满足下式。
εre＝εrM1+(εrM2-εrM1)×2hr/a…(1)
此外，若将算式(1)变形，则等效相对介电常数εre满足下式。
εre＝(2hr/a)×εrM2+((a-2hr)/a)×εrM1…(2)
在上式(1)及上式(2)中，a为上侧部件22及下侧部件23的基准轴方向Z上的距离，与电介质部件101的厚度相当。R为电介质部件101的上表面11及下表面12的半径，εrM2为作为第二物质的形成主体部21的材料的相对介电常数，εrM1为作为第一物质的空气的相对介电常数。
即，等效相对介电常数εre为2hr/a乘以主体部21的第二相对介电常数εrM2得到的值与(a-2hr)/a乘以空气的第一相对介电常数εrM1得到的值的合计值。2hr/a表示距离r的位置处的主体部21的厚度2hr相对于电介质部件101的厚度a占的比例。主体部21的厚度2hr为第一部件21a的厚度hr与第二部件21b的材料的厚度hr的和。((a-2hr)/a)表示距离r的位置处的空气的厚度相对于电介质部件101的厚度a占的比例。
(主体部)
图5是示出本发明的第一实施方式的电介质部件中的主体部的结构的图。
参照图5，如上所述，主体部21中的第一部件21a及第二部件21b关于面P呈面对称。第一部件21a具有上表面11，第二部件21b具有下表面12。此处，对于第一部件21a的结构进行说明。
第一部件21a具有在沿基准轴S的方向上层叠的多个构成部件31。各构成部件31例如为具有圆形的主表面的圆板形状的部件，基准轴S通过主表面的中心。此处，主体部21具有八个构成部件31即构成部件31a、31b、31c、31d、31e、31f、31g、31h。
构成部件31a～31h由同一物质构成，相对介电常数εrM互相相同。构成部件31a～31h从上侧部件22朝向下方以构成部件31h、31g、31e、31d、31c、31b、31a的顺序层叠。此外，当将构成部件31a～31h的半径分别设为半径r1～r8时，半径r1～r8为r1＜r2＜r3＜r4＜r5＜r6＜r7＜r8的大小关系。即，构成部件31a～31h的径向的大小各不相同。构成部件31a～31h越靠近电介质部件101的厚度方向中央的面P则半径越小。
第二部件21b与第一部件21a除了关于面P呈面对称以外，还具有相同的结构。即，第二部件21b的半径不同的多个构成部件从下侧部件23朝向上方层叠。构成第二部件21b的多个构成部件越靠近电介质部件101的厚度方向中央的面P则半径越小。第一部件21a及第二部件21b的各自的厚度hr为存在于距离r的位置的各构成部件31的厚度的合计值。
图6是示出距图5所示的电介质部件的基准轴的距离与电介质部件的等效相对介电常数的关系的图表。在图6中，纵轴表示等效相对介电常数εre，横轴表示距基准轴S的距离r相对于电介质部件101的半径R的比例r/R。
此外，在图6中，除了表示电介质部件101的距基准轴S的距离r与电介质部件101的等效相对介电常数εre的关系的图表G1之外，还示出了表示具有半径R的球体形状的龙勃透镜的距中心的距离r与该龙勃透镜的相对介电常数εr的关系的图表G2。
参照图6，如图表G2所示，在球体形状的龙勃透镜中，距透镜的中心的距离r与相对介电常数εr的关系满足下式。
εr＝2-(r/R)2…(3)
即，相对介电常数εr沿半径方向连续地变化。另外，将算式(3)称为龙勃透镜关系式。在球体形状的龙勃透镜中，在XYZ三维空间中的全部的半径方向上具有满足算式(3)的龙勃透镜关系式的相对介电常数分布。
具体而言，在电介质部件101的半径R为30mm的情况下，透镜的中心即距离r＝0mm的位置处的相对介电常数εr为2。此外，透镜的表面附近即距离r＝30mm的位置的相对介电常数εr为1。
本实施方式的透镜201中的电介质部件101形成为距基准轴S的距离r与相对介电常数εr在XY平面即水平面P中具有满足算式(3)所示的龙勃透镜的关系式的相对介电常数分布。但是，本实施方式的电介质部件101在Z方向即垂直方向上不具有满足龙勃透镜的关系式的相对介电常数分布。这样，本实施方式的透镜201为仅在XY二维空间中的半径方向上满足算式(3)的龙勃透镜关系式的二维龙勃透镜。
本实施方式的透镜201通过在水平面具有满足算式(3)所示的龙勃透镜的关系式的相对介电常数分布，如图3E所示，在透镜201的外周18或外周18附近形成电波聚焦的焦点171a～171g。在发射电波时，波导151a～151g使电波从外周18或外周18附近的焦点171a～171g向电介质部件101内入射。此外，在接收电波时，波导151a～151g使到达外周18或外周18附近的焦点171a～171g位置的电波向电波发射器221侧传播。
本实施方式的透镜201能够根据在导波管151或电波发射器221的二维平面P上的二维位置，在二维平面P上使平行的方向变化。即，如图3E所示，经由波导151d发送接收的电波Bd的方向与经由波导151g发送接收的电波Bg的方向不同。
如上所述，本发明的第一实施方式的电介质部件101构成为从基准轴S朝向电介质部件101的外侧等效相对介电常数εre变小。即，电介质部件101的主体部21以能够得到希望的等效相对介电常数εre的方式设计厚度hr。
例如，厚度hr以电介质部件101的等效相对介电常数εre满足龙勃透镜的算式(3)的方式进行设计。
具体而言，厚度hr以满足由上述算式(2)及上述算式(3)的关系，即，
εre＝(2hr/a)×εrM2+((a-2hr)/a)×εrM1＝2-(r/R)2的关系得到的
hr＝{a×(2-(r/R)2-εrM1)}/{(εrM2-εrM1)/2}…(4)
的算式的方式进行设计。
此外，如图6的图表G1所示，厚度hr在使电介质部件101的等效相对介电常数εre以与龙伯透镜的相对介电常数εr近似的方式阶段地变化的情况下，例如，以满足上述算式(2)的方式进行设计。
例如，厚度hr以随着距离r变大，等效相对介电常数εre变为1.81、1.74、1.68、1.62、1.53、1.39、1.25、1.09的方式，即以从2向1阶段地变小的方式进行设计。
此外，构成部件31a～31h的各自的半径及厚度，例如电介质部件101的等效相对介电常数εre为图6所示的图表G1那样，以满足上述式(1)的方式进行设计。
此处，电介质部件101的半径R为30mm，电介质部件101的厚度a为7.112mm，第一部件21a及第二部件21b的相对介电常数εrM2为2.2。
此时，例如，厚度hr以在距离r为0mm≤r≤7.9mm即0≤r/R≤0.264的位置处为εre＝1.81的方式具体地被设计为约2.40mm。此外，例如，厚度hr以在距离r为7.9mm≤r≤11.7mm即0.264≤r/R≤0.389的位置处为εre＝1.74的方式具体地被设计为约2.19mm。
此外，例如，厚度hr以在距离r为11.7mm≤r≤14.6mm即0.389≤r/R≤0.486的位置处为εre＝1.68的方式具体地被设计为约2.02mm。此外，例如，厚度hr以在距离r为14.6mm≤r≤17.7mm即0.486≤r/R≤0.589的位置处为εre＝1.62的方式具体地被设计为约1.84mm。
此外，例如，厚度hr以在距离r为17.7mm≤r≤21.2mm即0.589≤r/R≤0.708的位置处为εre＝1.53的方式具体地被设计为约1.57mm。此外，例如，厚度hr以在距离r为21.2mm≤r≤24.5mm即0.708≤r/R≤0.816的位置处为εre＝1.39的方式具体地被设计为约1.16mm。
此外，例如，厚度hr以在距离r为24.5mm≤r≤27.4mm即0.816≤r/R≤0.913的位置处为εre＝1.25的方式具体地被设计为约0.74mm。此外，例如，厚度hr以在距离r为27.4mm≤r≤30mm即0.913≤r/R≤1的位置处为εre＝1.09的方式具体地被设计为约0.27mm。
另外，构成部件31a～31h中的相邻的两个以上的部件也可以一体地形成。
此外，透镜201不限于基准轴S通过上表面11的中心及下表面12的中心的结构，存在于电波发射方向的期望的可设定范围能够实现的位置即可，也可以存在于从上表面11的中心及下表面12的中心中的至少任一方偏移的位置。
此外，电介质部件101是具有上表面11及下表面12的结构即可，不限于圆柱形状的部件。
[制造方法]
图7是示出确定第一实施方式的天线的制造方法的步骤的流程图的图。
参照图7，首先，操作者准备包括第一部件21a的构成部件31a～31h、第二部件21b的构成部件31a～31h、上侧部件22、下侧部件23及导波管151的部件以及多个电波发射器221(步骤S11)。
接下来，操作者通过使构成部件31a～31h在沿基准轴S的方向上层叠来制作第一部件21a(步骤S12)。
接下来，操作者通过使构成部件31a～31h在沿基准轴S的方向上层叠来制作第二部件21b(步骤S13)。
接下来，操作者在上侧部件22与下侧部件23之间安装第一部件21a及第二部件21b。具体而言，操作者将第一部件21a安装于上侧部件22、将第二部件21b安装于下侧部件23(步骤S14)。
然后，作业者在安装有第一部件21a及第二部件21b的透镜201的周围且与对应的导波管151对置的位置配置各电波发射器221(步骤S15)。
另外，也可以将构成部件31a～31h的层叠(步骤S12)和构成部件31a～31h的层叠(步骤S13)的顺序交换。
此外，也可以通过切削加工一体地制作第一部件21a及第二部件21b。在该情况下，在步骤S11中，取代第一部件21a的构成部件31a～31h及第二部件21b的构成部件31a～31h而准备用于第一部件21a的构成部件A及用于第二部件21b的构成部件B。然后，在步骤S12中通过对构成部件A进行切削加工来制作第一部件21a，在步骤S13中通过对构成部件B进行切削加工来制作第二部件21b。
[天线的指向性]
(水平偏振波的水平面指向性)
图8是示出通过本发明的第一实施方式的天线发送接收的水平偏振波的水平面指向性的图表。在图8所示的图表中，纵轴表示增益，横轴表示在图2所示的各导波管151发送接收的水平偏振波的水平面上的电波发射方向。在图8所示的图表示出了在天线301中电介质部件101的距基准轴S的距离r与等效相对介电常数εre的关系为如图6所示的关系且发送接收28GHz带的电波的情况下的水平偏振波的水平面指向性的模拟结果。此外，由于电介质部件101的半径R及厚度a以及第一部件21a及第二部件21b的相对介电常数εrM2与图6的情况相同，因此此处不再重复详细的说明。
参照图8，此处，将图2所示的七个导波管151分别设为导波管151a、151b、151c、151d、151e、151f、151g。此外，如图3F所示，将从导波管151a发送接收的电波设为Ba，将从导波管151b发送接收的电波设为Bb，将从导波管151c发送接收的电波设为Bc，将从导波管151d发送接收的电波设为Bd，将从导波管151e发送接收的电波设为Be，将从导波管151f发送接收的电波设为Bf，将从导波管151g发送接收的电波设为Bg。此外，将表示在导波管151a～151g发送接收的水平偏振波的水平面上的指向性的图表分别设为图表Gh1、Gh2、Gh3、Gh4、Gh5、Gh6、Gh7。图表Gh1与电波Bg对应，图表Gh2与电波Bf对应，图表Gh3与电波Be对应，图表Gh4与电波Bd对应，图表Gh5与电波Bc对应，图表Gh6与电波Bb对应，图表Gh7与电波Ba对应。
此外，如图表Gh4及图3F所示，将在导波管151d发送接收的电波Bd的水平偏振波的主发射方向设为基准即0°。在该情况下，如图表Gh1～Gh7所示，在导波管151a～151g发送接收的水平偏振波的水平面上的主发射方向分别约为-60°、-40°、-20°、0°、+20°、+40°、+60°。
这样，在天线301能够在确保增益的同时使水平偏振波的电波发射方向变化。
(垂直偏振波的水平面指向性)
图9是示出通过第一实施方式的天线发送接收的垂直偏振波的水平面指向性的图表。在图9所示的图表中，纵轴表示增益，横轴表示在图2所示的各导波管151发送接收的垂直偏振波的水平面上的电波发射方向。在图9所示的图表示出了在天线301中电介质部件101的距基准轴S的距离r与等效相对介电常数εre的关系为如图6所示的关系且假定为发送接收28GHz带的电波的情况下的垂直偏振波的水平面指向性的模拟结果。此外，由于电介质部件101的半径R及厚度a以及第一部件21a及第二部件21b的相对介电常数εrM2与图6的情况相同，因此此处不再重复详细的说明。
参照图9，将表示在导波管151a～151g发送接收的垂直偏振波的水平面上的指向性的图表分别设为图表Gv1、Gv2、Gv3、Gv4、Gv5、Gv6、Gv7。图表Gv1与电波Bg对应，图表Gv2与电波Bf对应，图表Gv3与电波Be对应，图表Gv4与电波Bd对应，图表Gv5与电波Bc对应，图表Gv6与电波Bb对应，图表Gv7与电波Ba对应。
此外，如图表Gv4及图3F所示，将在导波管151d发送接收的电波Bd的垂直偏振波的主发射方向设为基准即0°。在该情况下，如图表Gv1～Gv7所示，在导波管151a～151g发送接收的垂直偏振波的水平面上的主发射方向分别约为-60°、-40°、-20°、0°、+20°、+40°、+60°。
这样，在天线301对于垂直偏振波也与水平偏振波相同地，能够在确保增益的同时使电波发射方向变化。即，在天线301通过切换用于电波的发送接收的导波管151能够使电波发射方向变化。
另外，天线301不限于具备多个导波管151的结构，也可以是具备一个导波管151的结构。在该情况下，通过使一个导波管151的位置或朝向例如图2及图3F中的导波管151a～151g那样变化，能够使电波发射方向从Ba向Bg变化。本实施方式的天线301能够根据导波管151或电波发射器221的二维平面P上的二维位置而在与二维平面P平行的方向上变化，制约了向与二维平面P垂直的方向的变化。
此外，图5所示的构成部件31a～31h不限定于具有相同的相对介电常数εrM，例如，构成部件31a～31h中的至少任一个构成部件31也可以具有与其他的构成部件31不同的相对介电常数εrM。
例如，图5所示的构成部件31a～31d的相对介电常数εrM与构成部件31e～31h的相对介电常数εrM可以是不同的值。在该情况下，透镜201的等效相对介电常数εre例如为将构成部件31a～31d的材料的相对介电常数εrM、构成部件31e～31h的材料的相对介电常数εrM及空气的相对介电常数εrM加权平均得到的值。
即使是这样的结构也与构成部件31a～31h具有相同的相对介电常数εrM的情况相同地，可以以等效相对介电常数εre近似为例如图6所示的图表G1的方式来设计构成部件31a～31h的各自的厚度。
此外，第一部件21a及第二部件21b代替使多个构成部件31层叠，例如也可以通过对一体的构成部件实施切削加工来形成。
[变形例1]
图10是示出本发明的第一实施方式的变形例1的电介质部件中的主体部的结构的图。
参照图10，变形例1的电介质部件102中的主体部41具有第一部件41a和第二部件41b。第一部件41a与第二部件41b以面P为中心呈面对称。
第一部件41a由相对介电常数εrM互相不同的多个部件形成。例如，在第一部件41a中，距基准轴S的距离r为0mm～规定值rx1的部分由相对介电常数εrM约为3的部件形成，距离r大于规定值rx1的部分由相对介电常数εrM约为2的部件形成。相对介电常数εrM约为2的部件为聚四氟乙烯或聚乙烯等。
此外，第一部件41a从基准轴S朝向电介质部件102的外侧厚度h阶段地变小。
第二部件41b的结构与第一部件41a的结构相同。
由此，电介质部件102的等效相对介电常数εre从基准轴S朝向电介质部件102的外侧阶段地变小。具体而言，电介质部件102中的基准轴S通过的部分的等效相对介电常数εre约为2，外侧端部的等效相对介电常数εre约为1。
这样，本发明的第一实施方式的变形例1的电介质部件102通过在距离r大于规定值rx1的部分使用相对介电常数εrM低的部件，与图3所示的电介质部件101相比，该部分处的厚度h变大。因此，在电介质部件102能够提高强度。
[变形例2]
图11是示出本发明的第一实施方式的变形例2的电介质部件中的主体部的结构的图。
参照图11，变形例2的电介质部件103中的主体部42具有第一部件42a和第二部件42b。第一部件42a与第二部件42b以面P为中心呈面对称。
此外，第一部件42a及第二部件42b的结构分别与图5所示的第一部件21a及第二部件21b的结构相同。即，第一部件42a及第二部件42b的各自的厚度h从基准轴S朝向电介质部件103的外侧阶段地变小。
此外，电介质部件103还包含相对介电常数εrM为1以上且小于2的低相对介电常数部件51作为相对介电常数εrM小于2的物质M。低相对介电常数部件51例如是含有气泡的聚苯乙烯即发泡苯乙烯等，以填埋第一部件42a与第二部件42b之间的空间的方式设置。
这样，在本发明的第一实施方式的变形例2的透镜201中，电介质部件103含有相对介电常数εrM大于1的低相对介电常数部件51作为相对介电常数εrM小于2的物质M。
通过这样的结构，例如使用低相对介电常数部件51来支承主体部42等，从而能够提高电介质部件103的强度。
另外，电介质部件103不限于低相对介电常数部件51将第一部件42a与第二部件42b之间的空间填埋的结构。例如，也可以是第一部件42a及第二部件42b在面P连接并且低相对介电常数部件51包围第一部件42a及第二部件42b的周围的结构。
[变形例3]
图12是示出本发明的第一实施方式的变形例3的电介质部件中的主体部的结构的图。
参照图12，变形例3的电介质部件104中的主体部43具有第一部件43a和第二部件43b。第一部件43a与第二部件43b以面P为中心呈面对称。
此外，第一部件43a及第二部件43b的结构除了以下记载的结构之外，分别与图5所示的第一部件21a及第二部件21b的结构相同。即，第一部件43a及第二部件43b的各自的厚度h从基准轴S朝向电介质部件104的外侧阶段地变小。
更详细而言，第一部件43a及第二部件43b由相对介电常数εrM约为2的材料形成，在基准轴S通过的部分连接。由此，电介质部件104的基准轴S通过的部分的等效相对介电常数εre约为2，电介质部件104的外侧端部的等效相对介电常数εre约为1。
此外，在本发明的第一实施方式的变形例3的透镜201中，主体部43具有第一部件43a和在基准轴S通过的部分与第一部件43a连接的第二部件43b。
通过这样的结构，能够在主体部43由多个部件形成的情况下提高电介质部件104的强度。
此外，电介质部件104由于由相对介电常数εrM约为2的材料形成，因此与由相对介电常数εrM约为3的材料形成的情况相比，能够减小物质M的体积。即，能够使主体部43的垂直方向上的长度即厚度b比图5所示的距离a小，并能够将电介质部件104小型化。
[变形例4]
图13是示出本发明的第一实施方式的变形例4的电介质部件中的主体部的结构的图。
参照图13，变形例4的电介质部件105中的主体部44具有第一部件44a和第二部件44b。第一部件44a与第二部件44b以面P为中心呈面对称。
此外，第一部件44a及第二部件44b的结构除了以下记载的结构之外，分别与图5所示的第一部件21a及第二部件21b的结构相同。
即，第一部件44a及第二部件44b由相对介电常数εrM约为3的材料形成。此外，第一部件44a及第二部件44b的各自的厚度h从基准轴S朝向电介质部件105的外侧，阶段地变小。
更详细而言，第一部件44a及第二部件44b例如在距基准轴S的距离r为0mm～规定值rx2的部分连接。
此外，第一部件44a在该部分中的与第二部件44b相反一侧的端部形成有切口52a。此外，第二部件44b在该部分中的与第一部件44a相反的一侧的端部形成有切口52b。由此，电介质部件105中的该部分的等效相对介电常数εre约为2。
在此，在第一部件44a及第二部件44b由相对介电常数εrM约为3的材料形成的情况下，且在将电介质部件105中的基准轴S通过的部分的等效相对介电常数εre设定为约为2的情况下，需要在该部分设置相对介电常数εrM小于2的物质。
与之相对地，本发明的第一实施方式的变形例4的电介质部件105在第一部件44a中的与第二部件44b相反一侧的端部形成有切口52a，在第二部件44b中的与第一部件44a相反一侧的端部形成有切口52b。
通过这样的结构，能够将电介质部件105中的基准轴S通过的部分的等效相对介电常数εre设定为约为2，此外，通过将第一部件44a与第二部件44b连接能够提高强度。
另外，第一部件44a及第二部件44b也可以使用螺钉等连结部件来连接。在该情况下，切口52a、52b例如根据该连结部件的尺寸等设计深度。
此外，螺钉等连结部件优选由树脂形成，从而不会对电波带来影响。在该情况下，切口52a、52b的大小及深度以考虑螺钉的相对介电常数εrM并使电介质部件101的等效相对介电常数εre为希望的值的方式来进行设计。
此外，为了确保足够的强度等，连结部件也可以由包含金属的材料或金属形成。在该情况下，连结部件优选具有较细的形状，从而对电波的影响进一步变小。
[变形例5]
图14是示出本发明的第一实施方式的变形例5的电介质部件中的主体部的结构的图。
参照图14，变形例5的电介质部件106中的主体部45具有第一部件45a和第二部件45b。第一部件45a与第二部件45b以面P为中心呈面对称。
此外，当将作为物质M的空气的相对介电常数εrM1设为1时，水平面上的距基准轴S的距离r处的第一部件45a及第二部件45b的各自的厚度hr从基准轴S朝向电介质部件106的外侧，例如以满足上述算式(4)的关系的方式连续地变小。
在上述算式中，a为电介质部件106中的未图示的上侧部件与下侧部件的距离，R为电介质部件106的半径，εrM为形成主体部45的材料的相对介电常数。
此外，本发明的第一实施方式的变形例5的透镜201从基准轴S朝向电介质部件106的外侧等效相对介电常数εre连续地变小。
通过这样的结构，能够更加灵活地设定电波发射方向。
另外，第一部件45a及第二部件45b例如可以通过利用车床切削具有圆柱形状的由树脂构成的一个部件来制作。因此，与专利文献1所记载的电介质透镜相比制作简单。
此外，也可以使上述的变形例1～5中的任意的多个特征组合。
接下来，使用附图对本发明的其他的实施方式进行说明。另外，对图中同一或相当的部分附以同一标号而不再重复其说明。
＜第二实施方式＞
在上述的第一实施方式中，电介质部件101在垂直方向上具有面对称的构造。与之相对，在本发明的第二实施方式中，天线302中的电介质部件111在垂直方向上具有非对称的构造。
图15是示出本发明的第二实施方式的天线的结构的图。
参照图15，天线302具备透镜202和设置在透镜202的周围的一个或多个电波发射器221。
透镜202包括电介质部件111。电介质部件111例如为圆柱形状的部件，具有由上侧部件25划定(define：划定)的上表面13及由下侧部件26划定的下表面14。
电介质部件111中的上表面13及下表面14例如具有半径R为30mm的圆形状。
此外，电介质部件111从通过上表面13及下表面14的基准轴S朝向电介质部件111的外侧等效相对介电常数εre变小。基准轴S例如通过上表面13的中心及下表面14的中心并沿垂直方向延伸。
图16是示出本发明的第二实施方式的电介质部件的结构的侧视图。
参照图16，电介质部件111包括主体部24和相对介电常数εrM小于2的物质M。主体部24及物质M设置于上侧部件25与下侧部件26之间。此处，物质M为空气。另外，第一实施方式中的主体部21具有上表面11及下表面12，而第二的实施方式中的主体部24具有下表面14但不具有上表面13。如上所述，上表面13由与空气即物质M相邻的上侧部件25划定。
上侧部件25及下侧部件26例如由包含金属的材料或金属形成。上侧部件25及下侧部件26的距离a例如为7.112mm。
主体部24由相对介电常数εrM为2以上的材料，例如相对介电常数εrM为3的树脂等形成。
更详细而言，主体部24的厚度hx从基准轴S朝向电介质部件111的外侧变小，由此上侧部件25与下侧部件26之间的空气的体积从基准轴S朝向电介质部件111的外侧变大。
由此，例如，电介质部件111中的基准轴S通过的部分的等效相对介电常数εre约为2，外侧端部的等效相对介电常数εre约为1。此处，电介质部件111的等效相对介电常数εre从基准轴S朝向电介质部件111的外侧从2向1阶段地变化。
具体而言，水平面上的距基准轴S的距离r处的主体部24的厚度hxr、上侧部件25及下侧部件26的距离a、电介质部件111的半径R及形成主体部24的材料的相对介电常数εrM的关系，当将作为物质M的空气的相对介电常数εrM1设为1时，厚度hxr例如与图6所示的图表G1及图表G2的关系同样地以近似地满足下式的方式进行设计。
hxr＝a×(2-(r/R)2-1)/(εrM2-1)…(5)
此外，此处，主体部24的厚度hx从基准轴S朝向电介质部件111的外侧阶段地变化。
更详细而言，主体部24具有沿基准轴S层叠的多个构成部件32。各构成部件32例如是圆板形状的部件，基准轴S通过主表面的中心。此处，主体部24具有八个构成部件32，即构成部件32a、32b、32c、32d、32e、32f、32g、32h。
构成部件32a～32h的相对介电常数εrM互相相同，从下侧部件26朝向上侧部件25，以构成部件32h、32g、32f、32e、32d、32c、32b、32a的顺序层叠。
主体部24整体上具有圆锥形状或圆锥台形状，通过基准轴S并沿YZ平面的剖面整体上呈梯形状或三角形状。在梯形状中包括梯形的脚的部分为台阶状的形状。具体而言，当将构成部件32a～32h的半径分别设为r11～r18时，半径r11～r18为r11＜r12＜r13＜r14＜r15＜r16＜r17＜r18的大小关系。
另外，在图16中，在通过基准轴S并沿YZ平面的剖面中，主体部24具有短边为上侧部件25侧、长边为下侧部件26侧的梯形的形状，但也可以是短边为下侧部件26侧、长边为上侧部件25侧。
此外，主体部24不限于设置于下侧部件26侧的结构，也可以设置于上侧部件25侧。
此外，透镜202也可以是不包含上侧部件25及下侧部件26中的至少任一方的结构。在该情况下，电介质部件111的厚度优选设定为规定值以上的大小。该规定值为在电介质部件111的内部在半径方向上传播的电波在从电介质部件111的上表面13及下表面14中的至少任一方泄漏之前能够通过电介质部件111的内部的程度的值。
这样，在本发明的第二实施方式的天线302中，主体部24为圆锥形状或圆锥台形状的部件。
通过这样的结构，对于沿相对于基准轴S垂直的面发送接收的电波，能够改变电波发射方向。
此外，由于能够通过使多个构成部件32层叠来制作主体部24，因此与如图5所示的主体部21那样进行第一部件21a的制作及第二部件21b的制作双方的情况相比，制作变得简单。
此外，主体部24与图5所示的主体部21相比，由于能够增大外侧端部处的厚度，因此能够提高强度。
[变形例1]
图17是示出本发明的第二实施方式的变形例1的电介质部件中的主体部的结构的图。
参照图17，变形例1的电介质部件112中的主体部61具有第一部件61a和第二部件61b。
第一部件61a及第二部件61b从基准轴S朝向电介质部件112的外侧厚度阶段地变小。此外，第一部件61a与第二部件61b以面P为中心呈非对称。
更详细而言，距基准轴S的距离r＝ra(0mm≤ra≤R)的部分处的第一部件61a的厚度小于距离r＝ra的部分处的第二部件61b的厚度。
即使在这样的结构中，主体部61的厚度也从基准轴S朝向电介质部件112的外侧阶段地变小。因此，电介质部件112的等效相对介电常数εre从基准轴S朝向电介质部件112的外侧阶段地变小。
[变形例2]
图18是示出本发明的第二实施方式的变形例2的电介质部件中的主体部的结构的图。
参照图18，变形例2的电介质部件113中的主体部62具有第一部件62a和第二部件62b。
第一部件62a及第二部件62b从基准轴S朝向电介质部件113的外侧厚度阶段地变小。此外，第一部件62a与第二部件62b以面P为中心呈非对称。
更详细而言，第一部件62a的厚度在距基准轴S的距离r为0mm～R的范围内阶段地变小。与之相对，第二部件62b的厚度在距基准轴S的距离r为0mm～rx3(rx3＜R)的范围内阶段地变小，在距离r为rx3～R的范围内为0mm。
即使在这样的结构中，主体部62的厚度也从基准轴S朝向电介质部件113的外侧阶段地变小。因此，电介质部件113的等效相对介电常数εre从基准轴S朝向电介质部件113的外侧阶段地变小。
[变形例3]
图19是示出本发明的第二实施方式的变形例3的电介质部件中的主体部的结构的图。
参照图19，变形例3的电介质部件114中的主体部63具有第一部件63a和第二部件63b。
第一部件63a及第二部件63b从基准轴S朝向电介质部件114的外侧厚度阶段地变小。此外，第一部件63a及第二部件63b具有相同的形状。
此外，第一部件63a及第二部件63b具有互相不同的相对介电常数εrM。例如，第一部件63a的相对介电常数εrM约为2，第二部件63b的相对介电常数εrM约为3。
即使在这样的结构中，主体部63的厚度也从基准轴S朝向电介质部件114的外侧阶段地变小。因此，电介质部件114的等效相对介电常数εre从基准轴S朝向电介质部件114的外侧阶段地变小。
由于其他的结构与上述的本发明的第一实施方式的天线301相同，因此此处不再重复详细的说明。
＜第三实施方式＞
在上述的本发明的第一实施方式的电介质部件101中，相对介电常数εrM互相相同的多个构成部件31沿基准轴S层叠。与之相对，在本公开的第三实施方式的电介质部件115中，具有互相不同的相对介电常数εrM的多个构成部件从基准轴S朝向电介质部件115的外侧层状地重叠。
[结构]
图20是示出本发明的第三实施方式的天线的结构的立体图。
参照图20，本发明的第三实施方式的天线303具备透镜203和设置在透镜203的周围的一个或多个电波发射器221。
透镜203包括电介质部件115。电介质部件115例如是圆柱形状的部件，具有上表面15及下表面16。
电介质部件115的厚度为规定值以上的大小。该规定值为在电介质部件115的内部在半径方向上传播的电波在从电介质部件115的上表面15及下表面16中的至少任一方泄漏之前能够通过电介质部件115的内部的程度的值。即，通过使电介质部件115的厚度为规定值以上，能够不在电介质部件115的上表面15侧及下表面16侧设置由金属形成的部件等而防止电波从电介质部件115的上下方向泄漏。
另外，透镜203可以是包括设置于电介质部件115的上表面15侧的上侧部件和设置于电介质部件115的下表面16侧的下侧部件中的至少任一方的结构。
电介质部件115中的上表面15及下表面16例如具有半径R为30mm的圆形状。
此外，电介质部件115从通过上表面15及下表面16的基准轴S朝向电介质部件115的外侧等效相对介电常数εre变小。基准轴S例如通过上表面15的中心及下表面16的中心并沿垂直方向延伸。
在电介质部件115中，距基准轴S的距离r的位置处的物质为一种。因此，距离r的位置处的等效相对介电常数εre为与该距离r的位置处的物质的相对介电常数εrM相等的值。
更详细而言，在电介质部件115中，具有互相不同的相对介电常数εrM的多个构成部件从基准轴S朝向电介质部件115的外侧层叠。具体而言，电介质部件115具有圆柱部件71和多个环状部件72作为多个构成部件。圆柱部件71设置于基准轴S通过的部分。
环状部件72设置有七个。当将七个环状部件72设为环状部件72a、72b、72c、72d、72e、72f、72g时，环状部件72a～72g均具有中空形状，且相对于基准轴S垂直的剖面的形状呈环状。
环状部件72a包围圆柱部件71的外周，环状部件72b包围环状部件72a的外周，环状部件72c包围环状部件72b的外周，环状部件72d包围环状部件72c的外周，环状部件72e包围环状部件72d的外周，环状部件72f包围环状部件72e的外周，环状部件72g包围环状部件72f的外周。
此外，导波管151例如与环状部件72g连接。
此外，以圆柱部件71、环状部件72a、环状部件72b、环状部件72c、环状部件72d、环状部件72e、环状部件72f、环状部件72g的顺序相对介电常数εrM变大。具体而言，圆柱部件71的相对介电常数εrM约为2，构成电介质部件115的外侧端部的环状部件72g的相对介电常数εrM约为1。
因此，电介质部件115的等效相对介电常数εre从基准轴S朝向电介质部件115的外侧从2向1阶段地变小。
[制造方法]
图21是示出确定第三实施方式的天线的制造方法的步骤的流程图的图。
参照图21，首先，操作者准备电介质部件115的构成部件即包括圆柱部件71、环状部件72a～72g及导波管151的部件以及多个电波发射器221(步骤S21)。
接下来，操作者将圆柱部件71及环状部件72a～72g从基准轴S朝向电介质部件115的外侧层状地重叠(步骤S22)。
然后，操作者在重叠有圆柱部件71及环状部件72a～72g的透镜203的周围且与对应的导波管151对置的位置配置各电波发射器221(步骤S23)。
这样，在本发明的第三实施方式的天线303中，电介质部件115包括具有互相不同的相对介电常数εrM的多个构成部件即圆柱部件71及环状部件72a～72g。圆柱部件71及环状部件72a～72g从基准轴S朝向电介质部件115的外侧层状地重叠。
这样，通过将圆柱部件71及环状部件72a～72g层状地重叠这样简单的结构，能够简单地制作等效相对介电常数εre变化的电介质部件115。
此外，在本发明的第三实施方式的天线303中，电介质部件115以抑制在电介质部件115的内部传播的电波从上表面15及下表面16泄漏的方式设定厚度。
通过这样的结构，能够不在电介质部件115的上表面15侧及下表面16侧设置由金属形成的部件等而防止电波从电介质部件115的上下方向泄漏。
此外，在本发明的第三实施方式的天线303的制造方法中，首先，操作者准备具有互相不同的相对介电常数εrM的圆柱部件71及环状部件72a～72g。然后，操作者通过以从通过电介质部件115的上表面15及下表面16的基准轴S朝向电介质部件115的外侧等效相对介电常数εre变小的方式将圆柱部件71及环状部件72a～72g从基准轴S朝向上述外侧层状地重叠来制作电介质部件115。
这样，通过透镜203的等效相对介电常数εre从基准轴S朝向电介质部件115的外侧变小的结构，能够容易地改变电波发射方向。此外，通过电介质部件115具有上表面15及下表面16的结构，与制作球形状的透镜的情况相比，不需要特别的模具等，能够简单地制作透镜203。
进而，通过将圆柱部件71及环状部件72a～72g层状地重叠这样简单的方法，能够简单地制作等效相对介电常数εre变化的电介质部件115。
因此，在本发明的第三实施方式的天线303的制造方法中，能够更简单地制作能够改变电波发射方向的透镜203。
由于其他的结构与上述的本发明的第一实施方式的天线301相同，因此此处不再重复详细的说明。
另外，也可以使本发明的第一实施方式及第一实施方式的变形例1～5的各个天线301、第二实施方式及第二实施方式的变形例1～3的各个天线302以及第三实施方式的天线303的各自的特征适当地组合。
应认为上述实施方式在所有方面都是例示而非制限性的。本发明的范围不由上述说明而由要求保护的范围所述，意在包括与要求保护的范围同等的含义及范围内的所有变更。
[附录]
(A-1)一种透镜，具备电介质部件，该电介质部件具有上表面及下表面，从通过上述上表面及上述下表面的基准轴朝向上述电介质部件的外侧等效相对介电常数变小，。
如上述(A-1)，通过透镜的等效相对介电常数从基准轴朝向电介质部件的外侧变小的结构，能够容易地改变电波发射方向。进而，通过电介质部件具有上表面及下表面的结构，与制作球形状的透镜的情况相比，不需要特别的模具等，能够简单地制作透镜。因此，能够更简单地制作能够改变电波发射方向的透镜。
(A-2)根据(A-1)所记载的透镜，上述电介质部件为圆柱形状的部件。
通过上述(A-2)的结构，由于以与电介质部件的侧面对置的方式配置的电波发射器的可配置的位置的自由度增加，因此能够在更广的范围改变电波发射方向。
(A-3)根据(A-1)或(A-2)所记载的透镜，上述电介质部件包括具有互相不同的相对介电常数的多个构成部件，上述多个构成部件从上述基准轴朝向上述电介质部件的外侧层状地重叠。
如上述(A-3)，通过将多个构成部件层状地重叠这样单纯的结构，能够简单地制作等效相对介电常数变化的电介质部件。
(A-4)根据(A-1)～(A-3)中任一项所记载的透镜，上述电介质部件以抑制在上述电介质部件的内部传播的电波从上述上表面及上述下表面泄漏的方式设定厚度。
通过如上述(A-4)的结构，能够不在电介质部件的上表面侧及下表面侧设置由金属形成的部件等而防止电波从电介质部件的上下方向泄漏。
(A-5)根据(A-1)或(A-2)所记载的透镜，上述电介质部件包括相对介电常数为2以上的主体部，上述主体部的厚度从上述基准轴朝向上述电介质部件的外侧变小。
如上述(A-5)，通过主体部的厚度从基准轴朝向电介质部件的外侧变小这样简单的结构，能够简单地制作等效相对介电常数变化的电介质部件。此外，通过主体部的相对介电常数为2以上的结构，能够将电介质部件中的基准轴通过的部分的等效相对介电常数设定为2以上。
(A-6)根据(A-5)所记载的透镜，上述主体部为圆锥形状或圆锥台形状的部件。
通过如上述(A-6)的结构，对于沿相对于基准轴垂直的面发送接收的电波，能够改变电波发射方向。
(A-7)根据(A-5)或(A-6)所记载的透镜，上述电介质部件中的除了上述主体部的部分包括相对介电常数小于2的物质。
通过如上述(A-7)的结构，通过使相对介电常数为2以上的主体部与相对介电常数小于2的物质的体积比变化，能够容易地改变电介质部件的等效相对介电常数。
(A-8)根据(A-7)所记载的透镜，上述电介质部件包括相对介电常数大于1的部件作为上述物质。
通过如上述(A-8)的结构，例如使用上述部件来支持主体部等，能够提高电介质部件的强度。
(A-9)根据(A-5)～(A-8)中任一项所记载的透镜，上述透镜从上述基准轴朝向上述电介质部件的外侧等效相对介电常数连续地变小。
通过如上述(A-9)的结构，能够更加灵活地设定电波发射方向。
(A-10)根据(A-5)～(A-8)中任一项所记载的透镜，上述主体部包括沿上述基准轴层叠的相对介电常数互相相同的多个构成部件。
如上述(A-10)，通过使具有相同的相对介电常数的多个构成部件沿基准轴层叠这样简单的结构，能够简单地制作厚度变化的主体部。
(A-11)根据(A-5)～(A-10)中任一项所记载的透镜，上述主体部通过切削加工形成。
通过如上述(A-11)的结构，由于无需进行使多个部件层叠并粘接等的操作而能够由一体的部件制作电介质部件中的主体部，因此能够实现制作操作的简化及制作成本的削减。
(A-12)根据(A-5)～(A-11)中任一项所记载的透镜，上述主体部具有第一部件和在上述基准轴通过的部分与上述第一部件连接的第二部件。
通过如上述(A-12)的结构，在主体部由多个部件形成的情况下，能够提高电介质部件的强度。
(A-13)根据(A-1)～(A-12)中任一项所记载的透镜，上述透镜还具备设置于上述电介质部件的上述上表面侧的上侧部件和设置于上述电介质部件的上述下表面侧的下侧部件。
通过如上述(A-13)的结构，能够防止电波从电介质部件的上下方向泄漏。
(A-14)一种天线，该天线具备包括电介质部件的透镜和设置于上述透镜的周围的电波发射器，上述电介质部件具有上表面及下表面，并且从通过上述上表面及上述下表面的基准轴朝向上述电介质部件的外侧等效相对介电常数变小。
如上述(A-14)，通过透镜的等效相对介电常数从基准轴朝向电介质部件的外侧变小的结构，能够容易地改变电波发射方向。进而，通过电介质部件具有上表面及下表面的结构，与球形状的透镜相比，不需要特别的模具等，能够简单地制作透镜。因此，能够更简单地制作具备能够改变电波发射方向的透镜的天线。
(A-15)根据(A-14)所记载的天线，上述电波发射器的开口部的高度为上述电介质部件的厚度以下。
通过如上述(A-15)的结构，能够抑制来自天线的电波发射时的电波发射器与电介质部件的边界附近的电波的泄漏。
(A-16)根据(A-14)所记载的天线，上述电波发射器的开口部的高度为上述电介质部件的厚度以上。
通过如上述(A-16)的结构，能够抑制由天线进行的电波接收时的电波发射器与电介质部件的边界附近的电波的泄漏。
(A-17)根据(A-14)所记载的天线，上述电波发射器的开口部的高度与上述电介质部件的厚度相等。
通过如上述(A-17)的结构，能够在来自天线的电波发射时及利用天线进行的电波接收时双方抑制电波发射器与电介质部件的边界附近的电波的泄漏。
(A-18)根据(A-15)～(A-17)中任一项所记载的天线，上述开口部及上述电介质部件经由由包含金属的材料或金属形成的部件连结。
通过如上述(A-18)的结构，能够更可靠地防止电波发射器与电介质部件的边界附近的电波的泄漏。
(A-19)一种车载器，搭载有天线，上述天线具备包括电介质部件的透镜和设置于上述透镜的周围的电波发射器，上述电介质部件具有上表面及下表面，并且从通过上述上表面及上述下表面的基准轴朝向上述电介质部件的外侧等效相对介电常数变小。
如上述(A-19)，通过透镜的等效相对介电常数从基准轴朝向电介质部件的外侧变小的结构，能够容易地改变电波发射方向。进而，通过电介质部件具有上表面及下表面的结构，与球形状的透镜相比，不需要特别的模具等，能够简单地制作透镜。因此，能够更简单地制作具备能够改变电波发射方向的透镜的天线。
(A-20)一种具备电介质部件的透镜的制造方法，包括：准备具有互相不同的相对介电常数的多个构成部件的步骤；及通过将上述多个构成部件以从通过上述电介质部件的上表面及下表面的基准轴朝向上述电介质部件的外侧等效相对介电常数变小的方式从上述基准轴朝向上述外侧层状地重叠来制作上述电介质部件的步骤。
如上述(A-20)，通过透镜的等效相对介电常数从基准轴朝向电介质部件的外侧变小的结构，能够容易地改变电波发射方向。此外，通过电介质部件具有上表面及下表面的结构，与制作球形状的透镜的情况相比，不需要特别的模具等，能够简单地制作透镜。
进而，通过将多个构成部件层状地重叠这样简单的方法，能够简单地制作相对介电常数变化的电介质部件。
因此，能够更简单地制作能够改变电波发射方向的透镜。
(A-21)一种具备电介质部件的透镜的制造方法，包括：准备相对介电常数互相相同的多个构成部件的步骤；及通过使上述多个构成部件以从通过上述电介质部件的上表面及下表面的基准轴朝向上述电介质部件的外侧等效相对介电常数变小的方式沿上述基准轴层叠来制作上述电介质部件的步骤。
如上述(A-21)，通过透镜的等效相对介电常数从基准轴朝向电介质部件的外侧变小的结构，能够容易地改变电波发射方向。此外，通过电介质部件具有上表面及下表面的结构，与制作球形状的透镜的情况相比，不需要特别的模具等，能够简单地制作透镜。
进而，通过使具有相同的相对介电常数的多个构成部件沿基准轴层叠这样的简单的方法，能够简单地制作等效相对介电常数变化的电介质部件。
因此，能够更简单地制作能够改变电波发射方向的透镜。
(A-22)一种具备电介质部件的透镜的制造方法包括：准备构成部件的步骤；及以从通过上述电介质部件的上表面及下表面的基准轴朝向上述电介质部件的外侧等效相对介电常数变小的方式切削上述构成部件的步骤。
如上述(A-22)，通过透镜的等效相对介电常数从基准轴朝向电介质部件的外侧变小的结构，能够容易地改变电波发射方向。此外，通过电介质部件具有上表面及下表面的结构，与制作球形状的透镜的情况相比，不需要特别的模具等，能够简单地制作透镜。
进而，无需进行使多个部件层叠并粘接等的操作而能够由一体的部件制作电介质部件，因此能够实现制作操作的简化及制作成本的削减。
(B-1)一种透镜，具备电介质部件，该电介质部件具有上表面及下表面，
从通过上述上表面及上述下表面的基准轴朝向上述电介质部件的外侧等效相对介电常数变小，
上述基准轴是通过上述上表面的中心及上述下表面的中心并沿垂直方向延伸的轴，
上述电介质部件具有沿上述基准轴层叠的相对介电常数互相相同的多个构成部件，
各上述构成部件为圆板形状的部件，
上述基准轴通过各上述构成部件的主表面的中心。
(B-2)一种天线，具备：
透镜，包括电介质部件；及
电波发射器，设置于上述透镜的周围，
上述电介质部件具有上表面及下表面，并且从通过上述上表面及上述下表面的基准轴朝向上述电介质部件的外侧等效相对介电常数变小，
上述透镜还包括导波管，
上述电波发射器为喇叭天线，设置于与上述导波管对置的位置。
标号说明
11、13、15 第一表面(上表面)
12、14、16 第二表面(下表面)
18 外周
21、24、41、42、43、44、45、61、62、63 第一物质(主体部)
21a、41a、42a、43a、44a、45a、61a、62a、63a 第一部件
21b、41b、42b、43b、44b、45b、61b、62b、63b 第二部件
22、25 上侧部件
23、26 下侧部件
31、31a～31h、32、32a～32h 构成部件
51 低相对介电常数部件
52a、52b 切口
71 圆柱部件
72、72a～72g 环状部件
101～106、111～115 电介质部件
151、151a～151g 导波管
171a～171g 焦点
161 无线基站装置
201、202、203 透镜
221 电波发射器
301、302、303 天线
401 车载器
B 电波
M 第二物质
P 二维平面
S 基准轴
Z 基准轴方向

Claims (18)

1.一种透镜，
具备电介质，该电介质具有第一表面和在与所述第一表面交叉的基准轴方向上隔开间隔而对置的第二表面，
所述电介质构成为从所述基准轴朝向所述第一表面及所述第二表面的外周等效相对介电常数变小，
所述电介质构成为具有第一相对介电常数的第一物质和具有比所述第一相对介电常数大的第二相对介电常数的第二物质在所述基准轴方向上并排存在，
所述电介质构成为在所述基准轴方向上所述第二物质所占的比例从所述基准轴朝向所述外周变小，
所述第二物质包括在所述基准轴方向上层叠的多个构成部件，
所述电介质具有在所述基准轴方向上顺次排列的所述第二物质的第一层、所述第一物质的第二层、和所述第二物质的第三层，
所述第一层和所述第三层分隔。
2.根据权利要求1所述的透镜，其中，
所述第二物质被施以切削加工。
3.根据权利要求1或2所述的透镜，其中，
所述第二物质存在于所述第一物质的所述基准轴方向两侧。
4.根据权利要求1或2所述的透镜，其中，
所述第一物质为空气。
5.根据权利要求1或2所述的透镜，其中，
所述第一相对介电常数小于2。
6.根据权利要求1或2所述的透镜，其中，
所述第二相对介电常数为2以上。
7.根据权利要求1或2所述的透镜，其中，
还具备防止电波从所述第一表面泄漏的部件和防止电波从所述第二表面泄漏的部件。
8.根据权利要求1或2所述的透镜，其中，
还具备设置于所述第一表面及所述第二表面的外周的波导。
9.根据权利要求1或2所述的透镜，其中，还具备：
防止电波从所述第一表面泄漏的部件；
防止电波从所述第二表面泄漏的部件；及
设置于所述第一表面及所述第二表面的外周的波导，
所述波导与防止电波从所述第一表面泄漏的所述部件及防止电波从所述第二表面泄漏的所述部件一体地形成。
10.根据权利要求1或2所述的透镜，其中，
所述电介质的所述基准轴方向的长度为在所述电介质内传播的电波的波长的2倍以下。
11.一种透镜，是根据二维平面上的电波发射器的二维位置，使电波发射方向相对于所述二维平面平行地变化的二维龙勃型的透镜，其中，该透镜具备：
第一物质，具有第一相对介电常数；及
第二物质，在与所述二维平面正交的方向上与所述第一物质并排存在，具有与所述第一相对介电常数不同的相对介电常数，
所述第二物质包括在基准轴方向上层叠的多个构成部件，
所述透镜具有在所述基准轴方向上顺次排列的所述第二物质的第一层、所述第一物质的第二层、和所述第二物质的第三层，
所述第一层和所述第三层分隔。
12.一种透镜，
具备电介质，该电介质具有第一表面和在与所述第一表面交叉的基准轴方向上隔开间隔而对置的第二表面，
所述电介质构成为从所述基准轴朝向所述第一表面及所述第二表面的外周等效相对介电常数变小，
所述电介质为圆柱形状的部件，所述第一表面为上表面，所述第二表面为下表面，
所述电介质包括具有互相不同的相对介电常数的多个构成部件，
所述多个构成部件从通过所述上表面及所述下表面的所述基准轴朝向所述电介质的外侧层状地重叠。
13.一种天线，具备：
具备电介质的透镜，该电介质具有第一表面和在与所述第一表面交叉的基准轴方向上隔开间隔而对置的第二表面；及
电波发射器，设置于所述第一表面及所述第二表面的外周，
所述电介质构成为从所述基准轴朝向所述第一表面及所述第二表面的外周等效相对介电常数变小，
所述电介质构成为具有第一相对介电常数的第一物质和具有比所述第一相对介电常数大的第二相对介电常数的第二物质在所述基准轴方向上并排存在，
所述电介质构成为在所述基准轴方向上所述第二物质所占的比例从所述基准轴朝向所述外周变小，
所述第二物质包括在所述基准轴方向上层叠的多个构成部件，
所述电介质具有在所述基准轴方向上顺次排列的所述第二物质的第一层、所述第一物质的第二层、和所述第二物质的第三层，
所述第一层和所述第三层分隔。
14.根据权利要求13所述的天线，其中，
所述电波发射器的所述基准轴方向的长度为所述电介质的所述基准轴方向的长度以下。
15.根据权利要求13所述的天线，其中，
所述电波发射器的所述基准轴方向的长度为所述电介质的所述基准轴方向的长度以上。
16.根据权利要求13所述的天线，其中，
所述电波发射器的所述基准轴方向的长度与所述电介质的所述基准轴方向的长度相等。
17.根据权利要求13～16中任一项所述的天线，其中，
还具备设置于所述电波发射器与所述电介质之间的波导。
18.一种车载器，搭载有天线，其中，
所述天线具备：
具备电介质的透镜，该电介质具有第一表面和在与所述第一表面交叉的基准轴方向上隔开间隔而对置的第二表面；及
电波发射器，设置于所述第一表面及所述第二表面的外周，
所述电介质构成为从所述基准轴朝向所述第一表面及所述第二表面的外周等效相对介电常数变小，
所述电介质构成为具有第一相对介电常数的第一物质和具有比所述第一相对介电常数大的第二相对介电常数的第二物质在所述基准轴方向上并排存在，
所述电介质构成为在所述基准轴方向上所述第二物质所占的比例从所述基准轴朝向所述外周变小，
所述第二物质包括在所述基准轴方向上层叠的多个构成部件，
所述电介质具有在所述基准轴方向上顺次排列的所述第二物质的第一层、所述第一物质的第二层、和所述第二物质的第三层，
所述第一层和所述第三层分隔。
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