DE112018002832T5

DE112018002832T5 - Dielektrische linse

Info

Publication number: DE112018002832T5
Application number: DE112018002832.1T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Nishida; Ryoichi Kubo
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2020-02-20
Also published as: US20200136262A1; US11050158B2; JPWO2019003939A1; WO2019003939A1; JP6638866B2

Abstract

Eine Lüneburg-Antennenvorrichtung (1) ist mit einer dielektrischen Linse (2) und einer Gruppenantenne (10) versehen. Die dielektrische Linse (2) ist durch Stapeln einer Mehrzahl von scheibenförmigen Baugliedern (3) gebildet, die Permittivitätsverteilungen aufweisen, die sich in einer Radialrichtung unterscheiden. Jedes scheibenförmige Bauglied (3) ist mit einem Plattenteil (4), das in einem radial äußeren Bereich (4B) eine kleinere Dicke aufweist als in einem radial inneren Bereich (4A), und Rippenteilen (9) versehen, die sich in einer Radialrichtung von einem Mittelabschnitt des Plattenteils (4) radial nach außen erstrecken und in einem radial inneren Bereich (9A) und einem radial äußeren Bereich (9B) die gleiche Dicke aufweisen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine dielektrische Linse zum Konzentrieren von Hochfrequenzfunkwellen, beispielsweise Millimeterwellen.
Hintergrundtechnik
Ein bekanntes Beispiel einer dielektrischen Linse ist aus einem Laminat aus einer Mehrzahl von Scheiben aus einem dielektrischen Material (siehe beispielsweise Nichtpatentschrift 1) gebildet. Bei der in dem Nichtpatentschrift 1 beschriebenen dielektrischen Linse weist jede der Scheiben mehrere Löcher auf und die Dichte der Löcher ist in dem radial äußeren Bereich derselben höher als in dem radial inneren Bereich derselben. Somit weist die Scheibe in Bezug auf die Radialrichtung eine Permittivitätsverteilung auf.
Liste der angeführten Schriften
Nichtpatentschrift
Nichtpatentschrift 1: S. Rondineau, M. Himidi, J. Sorieux, „A Sliced Spherical Luneburg Lens," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Bd. 2, 2003
Kurzdarstelluna der Erfindung
Für die in Nichtpatentschrift 1 beschriebene dielektrische Linse ist es notwendig, beispielsweise mehrere Hundert bis mehrere Tausend Löcher in den Scheiben aufzuweisen, um eine geeignete Permittivitätsverteilung zu erhalten. Falls diese Löcher durch Bohren gebildet werden, dauert die Fertigungszeit lang, und eine resultierende niedrige Produktivität stellt ein Problem dar. Zusätzlich ist die Dichte der Löcher in der Nähe der äußeren Regionen der Scheiben hoch, um die Permittivität auf der Außenseite zu reduzieren. Somit verhindert die große Anzahl von Löchern, die in den äußeren Regionen positioniert sind, den Harzfluss, falls die Scheiben durch beispielsweise Spritzgießen gebildet sind, und resultierende Schwierigkeiten beim Formen stellen ein Problem dar.
Die vorliegende Erfindung soll die oben beschriebenen Probleme in der verwandten Technik angehen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dielektrische Linsen zu schaffen, die sich hervorragend für Massenproduktion eignen.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um eine dielektrische Linse, die ein Laminat aus einer Mehrzahl von Scheibenbaugliedern umfasst, wobei jedes der Scheibenbauglieder eine Permittivitätsverteilung aufweist, die in Bezug auf eine Radialrichtung desselben variiert. Das Scheibenbauglied umfasst einen ebenen Teil, in dem eine Dickenabmessung eines radial äußeren Bereichs kleiner ist als eine Dickenabmessung eines radial inneren Bereichs, und einen Rippenteil, der sich radial von einem Mittelabschnitt des ebenen Teils hin zu einer radial äußeren Seite erstreckt und bei dem ein radial innerer Bereich und ein radial äußerer Bereich die gleiche Dickenabmessung aufweisen.
Die vorliegende Erfindung kann dielektrische Linsen schaffen, die sich hervorragend für Massenproduktion eignen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Lüneburg-Linsen-Antennenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
2 ist eine Draufsicht, die die Lüneburg-Linsen-Antennenvorrichtung gemäß 1 veranschaulicht.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine dielektrische Linse gemäß 1 veranschaulicht.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die ein vergrößertes Scheibenbauglied gemäß 3 veranschaulicht.
5 ist eine Draufsicht, die das Scheibenbauglied gemäß 4 veranschaulicht.
6 ist eine Querschnittsansicht des Scheibenbauglieds gemäß 5 bei Betrachtung aus einer Richtung mit der Kennzeichnung VI-VI mit Pfeilen.
7 ist eine Querschnittsansicht, die einen vergrößerten Abschnitt des Scheibenbauglieds gemäß 6 veranschaulicht.
8 ist ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem ein Strahl von einer Patch-Antenne auf einer ersten Seite in einer Umfangsrichtung emittiert wird.
9 ist ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem ein Strahl von einer Patch-Antenne auf einer Mittelseite in der Umfangsrichtung emittiert wird.
10 ist ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem ein Strahl von einer Patch-Antenne auf einer zweiten Seite in der Umfangsrichtung emittiert wird.
11 ist ein Strahlungsmusterdiagramm, das ein Ergebnis einer Elektromagnetisches-Feld-Simulation der Lüneburg-Linsen-Antennenvorrichtung veranschaulicht.
12 ist eine Draufsicht, die eine Lüneburg-Linsen-Antennenvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
13 ist eine Querschnittsansicht, die ein Scheibenbauglied gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in der im Wesentlichen gleichen Position wie in 6 veranschaulicht.
14 ist eine Querschnittsansicht, die einen vergrößerten Abschnitt des Scheibenbauglieds gemäß 13 veranschaulicht.
15 ist eine Querschnittsansicht, die ein Scheibenbauglied gemäß einer ersten Variation an der im Wesentlichen gleichen Position wie in 6 veranschaulicht.
16 ist eine Querschnittsansicht, die ein Scheibenbauglied gemäß einer zweiten Variation an der im Wesentlichen gleichen Position wie in 6 veranschaulicht.
17 ist eine perspektivische Ansicht, die eine dielektrische Linse gemäß einer dritten Variation veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Dielektrische Linsen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben, indem ein Fall verwendet wird, in dem dieselben beispielhaft auf eine Lüneburg-Linsen-Antennenvorrichtung angewendet werden.
1 bis 10 veranschaulichen eine Lüneburg-Linsen-Antennenvorrichtung 1 (nachfolgend als Antennenvorrichtung 1 bezeichnet) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Antennenvorrichtung 1 umfasst eine dielektrische Linse 2 und eine Gruppenantenne 10.
Die dielektrische Linse 2 bildet eine zylindrische Form mit einer Permittivitätsverteilung, die in Bezug auf die Radialrichtung variiert. Wie in 3 bis 7 veranschaulicht ist, ist die dielektrische Linse 2 ein Laminat aus einer Mehrzahl von Scheibenbaugliedern 3 mit der Permittivitätsverteilung, die in Bezug auf die Radialrichtung variiert. Die Scheibenbauglieder 3 sind einstückig aus einem Harzmaterial gebildet, das Spritzgießen ermöglicht und das eine relative Permittivität nahe zwei (z. B. Polypropylen) aufweist. Die Mehrzahl von Scheibenbaugliedern 3 weist die gleiche Außendurchmesser-Abmessung auf und bildet ein zylindrisches Laminat.
Wie in 7 veranschaulicht ist, umfasst jedes der Scheibenbauglieder 3 einen ebenen Teil 4 und Rippenteile 9. In dem ebenen Teil 4 ist eine Dickenabmessung Tp4 eines radial äußeren Bereichs 4B kleiner als eine Dickenabmessung Tp1 eines radial inneren Bereichs 4A. Die Rippenteile 9 erstrecken sich radial von einem Mittelabschnitt des ebenen Teils 4 hin zu einer radial äußeren Seite. Bei jedem der Rippenteile 9 sind eine Dickenabmessung Tf1 eines radial inneren Bereichs 9A und eine Dickenabmessung Tf2 eines radial äußeren Bereichs 9B gleich.
Genauer gesagt umfasst der ebene Teil 4 vier Scheibenbereiche 5 bis 8 mit jeweils verschiedenen Dickenabmessungen Tp1 bis Tp4. Die Scheibenbereiche 5 bis 8 sind konzentrisch angeordnet und von der Innenseite hin zu der Außenseite in der Radialrichtung positioniert, und die jeweiligen Dickenabmessungen Tp1 bis Tp4 derselben nehmen stufenweise ab.
Somit ist der erste Scheibenbereich 5 der Mittelbereich des Scheibenbauglieds 3, ist auf der innersten Seite positioniert und weist die Dickenabmessung Tp1 auf, welche die größte unter den Dickenabmessungen der Scheibenbereiche 5 bis 8 ist. Der zweite Scheibenbereich 6 umgibt den ersten Scheibenbereich 5 und ist benachbart zu dem ersten Scheibenbereich 5 auf der radial äußeren Seite. Die Dickenabmessung Tp2 des zweiten Scheibenbereichs 6 ist kleiner als die Dickenabmessung Tp1 des ersten Scheibenbereichs 5 (Tp2 < Tp1). Der dritte Scheibenbereich 7 umgibt den zweiten Scheibenbereich 6 und ist benachbart zu dem zweiten Scheibenbereich 6 auf der radial äußeren Seite. Die Dickenabmessung Tp3 des dritten Scheibenbereichs 7 ist kleiner als die Dickenabmessung Tp2 des zweiten Scheibenbereichs 6 (Tp3 < Tp2). Der vierte Scheibenbereich 8 umgibt den dritten Scheibenbereich 7 und ist benachbart zu dem dritten Scheibenbereich 7 auf der radial äußeren Seite. Die Dickenabmessung Tp4 des vierten Scheibenbereichs 8 ist kleiner ist als die Dickenabmessung Tp3 des dritten Scheibenbereichs 7 (Tp4 < Tp3). Der vierte Scheibenbereich 8 ist der äußere Kantenbereich des Scheibenbauglieds 3, ist auf der äußersten Seite positioniert und weist die Dickenabmessung Tp4 auf, welche die kleinste unter den Dickenabmessungen der Scheibenbereiche 5 bis 8 ist.
Die hinteren Oberflächen (unteren Oberflächen) der Scheibenbereiche 5 bis 8 teilen sich eine einzige flache Oberfläche. Die vorderen Oberflächen (obere Oberflächen) der Scheibenbereiche 5 bis 8 unterscheiden sich bezüglich der Höhe und sind ringförmige abgestufte Oberflächen.
Der Rippenteil 9 erstreckt sich radial von der Mitte des ebenen Teils 4 (Mittelachse C). Der Rippenteil 9 weist eine dünne Plattenform mit einer kleinen Breitenabmessung auf und befindet sich in dem Zustand, in dem derselbe von den vorderen Oberflächen des zweiten bis vierten Scheibenbereichs 6 bis 8 herausragt. Die Dickenabmessung des Rippenteils 9 ist über die gesamte Länge in der Radialrichtung hinweg befestigt. Somit weisen eine Dickenabmessung Tf1 des radial inneren Bereichs 9A und eine Dickenabmessung Tf2 des radial äußeren Bereichs 9B in dem Rippenteil 9 den gleichen Wert auf. Zusätzlich sind die Dickenabmessungen Tf1 und Tf2 des Rippenteils 9 gleich der Dickenabmessung Tp1 des radial inneren Bereichs 4A in dem ebenen Teil 4.
Die dielektrische Linse 2 weist eine zylindrische Form auf, die durch ein Laminat aus der Mehrzahl von Scheibenbaugliedern 3 gebildet ist. Von den zwei benachbarten Scheibenbaugliedern 3 in der Axialrichtung sind die hervorstehenden Enden der Rippenteile 9 in einem der Scheibenbauglieder 3 in Kontakt mit der unteren Oberfläche des anderen Scheibenbauglieds 3. Somit sind in dem radial äußeren Bereich 4B des ebenen Teils 4 zwischen den zwei Scheibenbaugliedern 3 Spalte vorhanden. Die Abmessung jedes der Spalte in Bezug auf die Dickenabmessung in dem radial äußeren Bereich 4B ist größer als in dem radial inneren Bereich 4A. Demgemäß reduziert sich bei der dielektrischen Linse 2 die dielektrische Dichte und die effektive Permittivität nimmt zu der äußeren Region hin ab. Daher weist die dielektrische Linse 2 durch geeignetes Einstellen der Dickenabmessungen und der Größen der Scheibenbereiche 5 bis 8 in der Radialrichtung eine Permittivitätsverteilung auf, die sich einer Gleichung 1 annähert (Verteilung von effektiver relativer Permittivität ε_{r_eff}(r)), wobei r die Radiusabmessung ist. Folglich arbeitet die dielektrische Linse 2 als Lüneburg-Linse (Linse für Funkwellen). Somit weist die dielektrische Linse 2 eine Mehrzahl von Brennpunkten an verschiedenen Positionen in der Umfangsrichtung auf der Seite der äußeren Oberfläche derselben in Bezug auf eine elektromagnetische Welle einer vorbestimmten Frequenz auf. $ε_{r_eff} (r) = 2 - {(\frac{r}{R})}^{2},$
wobei r ≤ R
R: Scheibenradius
Die Gruppenantenne 10 umfasst eine Mehrzahl (z. B. 12) von Patch-Antennen 11A bis 11C, Speisungselektroden 13A bis 13C und eine Masseelektrode 14.
Die 12 Patch-Antennen 11A bis 11C sind an einer äußeren Oberfläche 2A der dielektrischen Linse 2 angebracht. Diese Patch-Antennen 11A bis 11C sind in einer Matrix (4 Reihen und 3 Spalten) an verschiedenen Positionen in der Umfangsrichtung und in der Axialrichtung angeordnet. Die Patch-Antennen 11A bis 11C können beispielsweise aus einem leitfähigen Film (Metallfilm) mit einer rechteckigen Form hergestellt sein, der sich in der Umfangsrichtung und der Axialrichtung der dielektrischen Linse 2 erstreckt, und sind mit den Speisungselektroden 13A bis 13C verbunden. Die Patch-Antennen 11A bis 11C fungieren als Antennenelemente (Strahlungselemente) durch Empfangen von Hochfrequenzsignalen, die von den Speisungselektroden 13A bis 13C zugeführt werden. Somit können die Patch-Antennen 11A bis 11C Hochfrequenzsignale von beispielsweise Submillimeterwellen oder Millimeterwellen senden oder empfangen, abhängig von beispielsweise den Längen oder Abmessungen derselben.
Die Patch-Antennen 11A, die Patch-Antennen 11B und die Patch-Antennen 11C sind in verschiedenen Spalten befestigt und können Hochfrequenzsignale unabhängig voneinander senden oder empfangen. Die Patch-Antennen 11A bis 11C können beispielsweise nebeneinander angeordnet und gleichmäßig in der Umfangsrichtung beabstandet sein.
Somit bilden die Patch-Antennen 11A bis 11C, wie in den 8 bis 10 veranschaulicht ist, Richtstrahlen hin zu einer gegenüberliegenden Seite über die Mittelachse C der dielektrischen Linse 2 hinaus. Die Patch-Antennen 11A bis 11C sind an verschiedenen Positionen in der Umfangsrichtung der dielektrischen Linse 2 angeordnet. Somit unterscheiden sich die Strahlungsrichtungen der Strahlen aus den Patch-Antennen 11A bis 11C voneinander.
Wie in den 1 und 2 veranschaulicht ist, ist eine Isolationsschicht 12, die alle Patch-Antennen 11A bis 11C bedeckt, an der äußeren Oberfläche 2A der dielektrischen Linse 2 befestigt. Die Isolationsschicht 12 ist aus einem röhrenförmigen Abdeckbauglied gebildet und kann beispielsweise eine Bondschicht zum engen Bonden der Patch-Antennen 11A bis 11C an die äußere Oberfläche 2A der dielektrischen Linse 2 umfassen.
Jede der Speisungselektroden 13A bis 13C ist aus einem langen, schmalen leitfähigen Film gebildet. Die Speisungselektroden 13A bis 13C sind zusammen mit den Patch-Antennen 11A bis 11C an der äußeren Oberfläche 2A der dielektrischen Linse 2 befestigt und sind mit der Isolationsschicht 12 bedeckt. Die Speisungselektrode 13A erstreckt sich axial entlang der vier Patch-Antennen 11A und ist mit den vier Patch-Antennen 11A verbunden. Die Speisungselektrode 13B erstreckt sich axial entlang der vier Patch-Antennen 11B und ist mit den vier Patch-Antennen 11B verbunden. Die Speisungselektrode 13C erstreckt sich axial entlang der vier Patch-Antennen 11C und ist mit den vier Patch-Antennen 11C verbunden. Die Basisenden der Speisungselektroden 13A bis 13C sind mit einer Sende- und Empfangsschaltung (nicht veranschaulicht) verbunden.
Die Masseelektrode 14 ist an der äußeren Oberfläche der Isolationsschicht 12 angeordnet. Die Masseelektrode 14 ist aus einem rechteckigen leitfähigen Film (Metallfilm) gebildet, der sich in der Umfangsrichtung und Axialrichtung der dielektrischen Linse 2 erstreckt, und bedeckt alle Patch-Antennen 11A bis 11C. Die Masseelektrode 14 ist mit einer externen Masse verbunden und wird auf Massepotenzial gehalten. Somit kann die Masseelektrode 14 bei einem Winkelbereich von beispielsweise nicht größer als 90 Grad in Bezug auf die Mittelachse C der dielektrischen Linse 2 gebildet sein und fungiert als Reflektor.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Fall, in dem die Gruppenantenne 10 die Patch-Antennen 11A bis 11C als Antennenelemente verwendet, beispielhaft beschrieben. Die Antennenelemente sind nicht auf die Patch-Antennen beschränkt. Ein anderes Beispiel kann eine Schlitzgruppenantenne sein, die Schlitzantennen als Antennenelemente verwendet.
Als Nächstes werden Aktionen der Antennenvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 8 bis 10 beschrieben.
Wenn den Patch-Antennen 11A Elektrizität von der Speisungselektrode 13A zugeführt wird, kann Strom durch die Patch-Antennen 11A fließen, beispielsweise in der Axialrichtung. Somit emittieren die Patch-Antennen 11A Hochfrequenzsignale, die der Abmessung in der Axialrichtung hin zu der dielektrischen Linse 2 entsprechen. Folglich kann die Antennenvorrichtung 1, wie in 8 veranschaulicht ist, Hochfrequenzsignale (Strahlen) in eine Richtung Da emittieren, die den Patch-Antennen 11A über die Mittelachse C der dielektrischen Linse 2 hinaus gegenüberliegt. Die Antennenvorrichtung 1 kann durch Verwenden der Patch-Antennen 11A auch Hochfrequenzsignale empfangen, die aus der Richtung Da kommen.
Auf ähnliche Weise kann die Antennenvorrichtung 1, wie in 9 veranschaulicht ist, dann, wenn den Patch-Antennen 11B Elektrizität von der Speisungselektrode 13B zugeführt wird, Hochfrequenzsignale in eine Richtung Db senden, die den Patch-Antennen 11B über die Mittelachse C der dielektrischen Linse 2 hinaus gegenüberliegt, und kann auch Hochfrequenzsignale aus der Richtung Db empfangen.
Wie in 10 veranschaulicht, kann die Antennenvorrichtung 1 dann, wenn den Patch-Antennen 11C Elektrizität von der Speisungselektrode 13C zugeführt wird, Hochfrequenzsignale in eine Richtung Dc senden, die den Patch-Antennen 11C über die Mittelachse C der dielektrischen Linse 2 hinaus gegenüberliegt, und kann auch Hochfrequenzsignale aus der Richtung Dc empfangen.
Bei dem oben beschriebenen Beispiel handelt es sich um den Fall, in dem bewirkt wird, dass ein Strom in der Axialrichtung in die Patch-Antennen 11A bis 11C fließt und polarisierte elektromagnetische Wellen emittiert, die parallel zu der Dickenrichtung des Scheibenbauglieds 3 sind. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Der Strom kann dazu veranlasst werden, in der Umfangsrichtung in den Patch-Antennen 11A bis 11C zu fließen, und die Patch-Antennen 11A bis 11C können polarisierte elektromagnetische Wellen emittieren, die senkrecht zu der Dickenrichtung des Scheibenbauglieds 3 sind, oder kreisförmig polarisierte Wellen emittieren.
Somit ist die dielektrische Linse 2 bei dem ersten Ausführungsbeispiel aus dem zylindrischen Laminat aus der Mehrzahl von Scheibenbaugliedern 3 gebildet. Jedes der Scheibenbauglieder 3 umfasst den ebenen Teil 4, in dem die Dickenabmessung des radial äußeren Bereichs 4B kleiner ist als die des radial inneren Bereichs 4A, und die Rippenteile 9. Die Rippenteile 9 erstrecken sich radial von dem Mittelabschnitt des ebenen Teils 4 hin zu der radial äußeren Seite. Bei jedem der Rippenteile 9 weisen der radial innere Bereich 9A und der radial äußere Bereich 9B die gleiche Dickenabmessung auf.
Von den zwei benachbarten Scheibenbaugliedern 3 in der Axialrichtung stehen die hervorstehenden Enden der Rippenteile 9 in einem der Scheibenbauglieder 3 in Kontakt mit der unteren Oberfläche des anderen Scheibenbauglieds 3. Somit liegen in dem radial äußeren Bereich 4B des ebenen Teils 4 zwischen den zwei Scheibenbaugliedern 3 Spalte vor. Die Abmessung jedes der Spalte in Bezug auf die Dickenabmessung in dem radial äußeren Bereich 4B ist größer als die in dem radial inneren Bereich 4A. Folglich arbeitet die dielektrische Linse 2 als Lüneburg-Linse, da die effektive Permittivität auf der radial äußeren Seite niedriger ist als die auf der radial inneren Seite bei der dielektrischen Linse 2, in der die Mehrzahl von Scheibenbaugliedern 3 laminiert ist.
11 veranschaulicht ein Ergebnis einer Elektromagnetisches-Feld-Simulation, die auf der Basis der Konfiguration mit einer Linse berechnet wurde, deren Radius 15 mm in dem 79-GHz-Band beträgt. Wie in 11 veranschaulicht ist, ist die Wellenform des Richtstrahls der Antennenvorrichtung 1 dann, wenn die dielektrische Linse 2 verwendet wird, im Vergleich zu einem Fall, in dem die dielektrische Linse 2 nicht verwendet wird, schmaler, und der Antennengewinn ist um etwa 7 dB verbessert.
Da das Scheibenbauglied 3 aus dem ebenen Teil 4, der von dem Mittelabschnitt hin zu dem Umfangsabschnitt dünner wird, und den Rippenteilen 9 zusammengesetzt ist, deren Dicken fest sind, kann die Struktur des Scheibenbauglieds 3 leicht durch Spritzgießen gebildet werden. Somit können die Scheibenbauglieder 3 leicht in der Massenproduktion hergestellt werden, und die Massenproduktivität der dielektrischen Linsen 2 kann verbessert werden. Darüber hinaus weist die Mehrzahl von Scheibenbaugliedern 3 die gleiche Außendurchmesser-Abmessung auf und bildet ein zylindrisches Laminat. Somit kann die zylindrische Lüneburg-Linse gebildet werden.
Als Nächstes ist eine Lüneburg-Linsen-Antennenvorrichtung 21 (nachfolgend als Antennenvorrichtung 21 bezeichnet) gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in 12 veranschaulicht. Das zweite Ausführungsbeispiel weist die Merkmale der Rippenteile auf, von denen jeder eine Mehrzahl von zwischen der Mitte und der Außenkante in der Radialrichtung positionierten Vertiefungen umfasst und kleine Dickenabmessungen und eine Mehrzahl von anders als die Vertiefungen positionierten Vorsprünge aufweist und große Dickenabmessungen aufweist. In der Beschreibung zu der Antennenvorrichtung 21 werden die gleichen Bezugszeichen in der gleichen Konfiguration verwendet wie bei der Antennenvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und die Beschreibung zu dieser Konfiguration ist weggelassen.
Die Antennenvorrichtung 21 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Antennenvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlich. Die Antennenvorrichtung 21 umfasst eine dielektrische Linse 22 und die Gruppenantenne 10.
Die dielektrische Linse 22 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist aus einem Laminat aus einer Mehrzahl von Scheibenbaugliedern 23 mit einer Permittivitätsverteilung gebildet, die in Bezug auf die Radialrichtung variiert, wie in dem Fall der dielektrischen Linse 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Wie in 13 und 14 veranschaulicht ist, ähnelt jedes der Scheibenbauglieder 23 dem Scheibenbauglied 3 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Somit umfasst das Scheibenbauglied 23 den ebenen Teil 4, in dem die Dickenabmessung des radial äußeren Bereichs 4B kleiner ist als die Dickenabmessung des radial inneren Bereichs 4A, und Rippenteile 24, die radial von dem Mittelabschnitt des ebenen Teils 4 hin zu der radial äußeren Seite erstrecken. Bei jedem der Rippenteile 24 sind eine Dickenabmessung Tf21 eines radial inneren Bereichs 24A und eine Dickenabmessung Tf22 eines radial äußeren Bereichs 24B gleich.
Der Rippenteil 24 umfasst eine Mehrzahl von Vertiefungen 25, die zwischen der Mitte und der Außenkante in der Radialrichtung positioniert sind und kleinere Dickenabmessungen aufweisen, und eine Mehrzahl von Vorsprüngen 26, die anders als die Vertiefungen 25 positioniert sind und größere Dickenabmessungen aufweisen. Insofern unterscheidet sich der Rippenteil 24 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel von dem Rippenteil 9 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Dickenabmessungen desselben über die gesamte Länge in der Radialrichtung befestigt ist. Die Vertiefungen 25 steigen zu den Vorsprüngen 26 hin und weisen sich verjüngende Formen auf, bei denen die Dickenabmessungen derselben kontinuierlich in Richtung der Vorsprünge 26 zunehmen. Somit sind die Vertiefungen 25 und die Vorsprünge 26 gleichmäßig miteinander entlang der Radialrichtung verbunden.
Eine Längenabmessung L1 der Vertiefung 25 in der Radialrichtung ist auf einen Wert eingestellt, der kleiner als 1/4 einer Wellenlänge von Hochfrequenzsignalen ist, die von den Patch-Antennen 11A bis 11C als eine zu verwendende Funkwelle emittiert werden. Eine Längenabmessung L2 des Vorsprungs 26 in der Radialrichtung ist auf einen Wert eingestellt, der kleiner als 1/4 der Wellenlänge der zu verwendenden Funkwelle ist. Die Längenabmessungen L1 der Mehrzahl von Vertiefungen 25 sind nicht notwendigerweise die gleichen und können verschiedene Werte sein. Auf ähnliche Weise sind die Längenabmessungen L2 der Mehrzahl von Vorsprüngen 26 nicht notwendigerweise die gleichen und können verschiedene Werte sein.
Daher kann das zweite Ausführungsbeispiel im Wesentlichen auch die gleichen Betriebsvorteile erzielen wie das erste Ausführungsbeispiel. Der Rippenteil 24 umfasst die Mehrzahl von Vertiefungen 25, die zwischen der Mitte und der Außenkante in der Radialrichtung positioniert sind und kleinere Dickenabmessungen aufweisen, und die Mehrzahl von Vorsprüngen 26, die anders als die Vertiefungen 25 positioniert sind und größere Dickenabmessungen aufweisen. Dies kann zu einer Reduktion des Unterschieds zwischen der effektiven Permittivität der dielektrischen Linse 22 zu einer polarisierten Welle, die parallel zu der Dickenabmessung des Scheibenbauglieds 23 ausgerichtet ist, und der effektiven Permittivität der dielektrischen Linse 22 zu einer polarisierten Welle führen, die senkrecht zu der Dickenrichtung des Scheibenbauglieds 23 ausgerichtet ist. Folglich kann die effektive Permittivität eine gewünschte Verteilung nicht nur für die polarisierte Welle erhalten, die parallel zu der Achse der dielektrischen Linse 22 ausgerichtet ist, sondern auch für die polarisierte Welle, die senkrecht zu der Achse der dielektrischen Linse 22 ausgerichtet ist. Somit ist die effektive Permittivität für eine polarisierte Welle, die senkrecht zu der Zylinderachse der dielektrischen Linse 22 ausgerichtet ist, leicht steuerbar. Jede der Längenabmessung L1 der Vertiefung 25 in der Radialrichtung und der Längenabmessung L2 des Vorsprungs 26 in der Radialrichtung ist auf einen Wert eingestellt, der kleiner als 1/4 der Wellenlänge eines Hochfrequenzsignals ist. Somit kann eine Diskontinuität zwischen der Vertiefung 25 und dem Vorsprung 26 in Bezug auf das Hochfrequenzsignal reduziert werden.
Bei dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel umfasst das Scheibenbauglied 3 den ebenen Teil 4, wobei die Dickenabmessung desselben stufenweise (schrittweise) in Bezug auf die Radialrichtung abnimmt. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Wie bei einer ersten Variation, die in 15 veranschaulicht ist, kann ein Scheibenbauglied 31 einen ebenen Teil 32 umfassen, wobei die Dickenabmessung desselben in Bezug auf die Radialrichtung kontinuierlich abnimmt. Diese Konfiguration ist auch auf das zweite Ausführungsbeispiel anwendbar.
Wie bei einer zweiten Variation, die in 16 veranschaulicht ist, kann ein Scheibenbauglied 41 in der Mitte des ebenen Teils 4 ein Durchgangsloch 42 aufweisen. In diesem Fall ist in dem Zustand, in dem eine Mehrzahl von Scheibenbaugliedern 41 laminiert ist, ein Kernbauglied 43, das aus dem gleichen dielektrischen Material hergestellt ist wie der ebene Teil 4, in den Durchgangslöchern 42 platziert. In diesem Fall können die Mitten der Mehrzahl von Scheibenbaugliedern 41 durch die Verwendung des Kernbauglieds 43 leicht miteinander ausgerichtet werden. Diese Konfiguration ist auch auf das zweite Ausführungsbeispiel anwendbar.
Darüber hinaus weist die dielektrische Linse 2 bei dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel eine zylindrische Form auf, die durch das Laminat aus den Scheibenbaugliedern 3 mit der gleichen Außendurchmesser-Abmessung gebildet ist. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Wie bei einer dritten Variation, die in 17 veranschaulicht ist, kann beispielsweise eine Mehrzahl von Scheibenbaugliedern 52 ähnlich wie die Scheibenbauglieder 3 mit verschiedenen Außendurchmesser-Abmessungen gebildet sein. Das Laminat aus der Mehrzahl von Scheibenbaugliedern 52 mit verschiedenen Außendurchmesser-Abmessungen kann eine kugelförmige dielektrische Linse 51 bilden. Diese Konfiguration ist auch auf das zweite Ausführungsbeispiel anwendbar.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind beispielhaft veranschaulicht und die in verschiedenen Ausführungsbeispielen veranschaulichten Konfigurationen können teilweise ersetzt oder kombiniert werden.
Als Nächstes ist die Erfindung beschrieben, die in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen enthalten ist. Die vorliegende Erfindung ist eine dielektrische Linse, die aus einem Laminat aus einer Mehrzahl von Scheibenbaugliedern mit einer Permittivitätsverteilung, die in Bezug auf die Radialrichtung variiert, gebildet ist. Jedes der Scheibenbauglieder umfasst einen ebenen Teil, bei dem die Dickenabmessung eines radial äußeren Bereichs kleiner ist als die eines radial inneren Bereichs, und Rippenteile, die sich radial von dem Mittelabschnitt des ebenen Teils hin zu der radial äußeren Seite hin erstrecken. Bei jedem der Rippenteile weisen der radial innere Bereich und der radial äußere Bereich die gleiche Dickenabmessung auf.
Bei dieser Konfiguration können die Rippenteile, wenn die Mehrzahl von Scheibenbaugliedern laminiert ist, Spalte in dem radial äußeren Bereich bilden. Die Abmessung jedes der Spalte in Bezug auf die Dickenrichtung in dem radial äußeren Bereich ist größer als die in dem radial inneren Bereich. Weil die effektive Permittivität auf der radial äußeren Seite niedriger ist als die auf der radial inneren Seite, arbeitet die dielektrische Linse, die aus dem Laminat aus der Mehrzahl von Scheibenbaugliedern gebildet ist, folglich als eine Lüneburg-Linse. Die Scheibenbauglieder müssen nicht viele Löcher aufweisen und können leicht durch Spritzgießen gebildet werden. Somit kann die Massenproduktivität der dielektrischen Linsen verbessert werden.
Bei der vorliegenden Erfindung umfasst jeder der Rippenteile eine Mehrzahl von Vertiefungen, die zwischen der Mitte und der Außenkante in der Radialrichtung positioniert sind und kleinere Dickenabmessungen aufweisen, und eine Mehrzahl von Vorsprüngen, die anders als die Vertiefungen positioniert sind und größere Dickenabmessungen aufweisen. Die Längenabmessung jeder der Vertiefungen in der Radialrichtung ist auf einen Wert eingestellt, der kleiner als 1/4 der Wellenlänge einer zu verwendeten Funkwelle ist, und die Längenabmessung jedes der Vorsprünge in der Radialrichtung ist auf einen Wert eingestellt, der kleiner als 1/4 der Wellenlänge der zu verwendeten Funkwelle ist.
Bei der vorliegenden Erfindung umfasst der Rippenteil die Mehrzahl von Vertiefungen, die zwischen der Mitte und der Außenkante in der Radialrichtung positioniert sind und kleinere Dickenabmessungen aufweisen, und die Mehrzahl von Vorsprüngen, die anders als die Vertiefungen positioniert sind und größere Dickenabmessungen aufweisen. Dies kann zu einer Reduktion des Unterschieds zwischen der effektiven Permittivität der dielektrischen Linse zu einer polarisierten Welle, die parallel zu der Dickenrichtung des Scheibenbauglieds ausgerichtet ist, und der effektiven Permittivität der dielektrischen Linse zu einer polarisierten Welle führen, die senkrecht zu der Dickenrichtung des Scheibenbauglieds ausgerichtet ist. Folglich kann die effektive Permittivität eine gewünschte Verteilung nicht nur für die polarisierte Welle erhalten, die parallel zu der Dickenrichtung des Scheibenbauglieds ausgerichtet ist, sondern auch für die polarisierte Welle, die senkrecht zu der Dickenrichtung des Scheibenbauglieds ausgerichtet ist. Jede der Längenabmessung der Vertiefung in der Radialrichtung und der Längenabmessung des Vorsprungs in der Radialrichtung ist auf einen Wert eingestellt, der kleiner als 1/4 der Wellenlänge der zu verwendenden Funkwelle beträgt. Somit kann eine Diskontinuität zwischen der Vertiefung und dem Vorsprung in Bezug auf die zu verwendende Funkwelle reduziert werden.
Bei der vorliegenden Erfindung weist die Mehrzahl von Scheibenbaugliedern die gleiche Außendurchmesser-Abmessung auf und bildet das zylindrische Laminat. Somit kann die zylindrische Lüneburg-Linse gebildet werden.
Bezugszeichenliste

1, 21: Lüneburg-Linsen-Antennenvorrichtung (Antennenvorrichtung)
2, 22, 51: dielektrische Linse
3, 23, 31, 41, 52: Scheibenbauglied
4, 32: ebener Teil
9, 24: Rippenteil
25: Vertiefung
26: Vorsprung
10: Gruppenantenne

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

S. Rondineau, M. Himidi, J. Sorieux, „A Sliced Spherical Luneburg Lens,“ IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Bd. 2, 2003 [0003]

Claims

Eine dielektrische Linse, die Folgendes aufweist: ein Laminat aus einer Mehrzahl von Scheibenbaugliedern, wobei jedes der Scheibenbauglieder eine Permittivitätsverteilung aufweist, die in Bezug auf eine Radialrichtung desselben variiert, wobei das Scheibenbauglied einen ebenen Teil, in dem eine Dickenabmessung eines radial äußeren Bereichs kleiner ist als eine Dickenabmessung eines radial inneren Bereichs, und einen Rippenteil umfasst, der sich radial von einem Mittelabschnitt des ebenen Teils hin zu einer radial äußeren Seite erstreckt und in dem ein radial innerer Bereich und ein radial äußerer Bereich die gleiche Dickenabmessung aufweisen.
Die dielektrische Linse gemäß Anspruch 1, wobei der Rippenteil eine Mehrzahl von Vertiefungen, die zwischen der Mitte und der Außenkante desselben in der Radialrichtung positioniert sind und kleinere Dickenabmessungen aufweisen, und eine Mehrzahl von Vorsprüngen umfasst, die anders als die Vertiefungen positioniert sind und größere Dickenabmessungen aufweisen, eine Längenabmessung jeder der Vertiefungen in der Radialrichtung auf einen Wert eingestellt ist, der kleiner als 1/4 einer Wellenlänge einer zu verwendenden Funkwelle ist, und eine Längenabmessung jedes der Vorsprünge in der Radialrichtung auf einen Wert eingestellt ist, der kleiner als 1/4 der Wellenlänge der zu verwendenden Funkwelle ist.
Die dielektrische Linse gemäß Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Scheibenbaugliedern die gleiche Außendurchmesser-Abmessung aufweist und das Laminat aus den Scheibenbaugliedern eine zylindrische Form bildet.