JP2000278030A

JP2000278030A - 誘電体装荷アンテナ

Info

Publication number: JP2000278030A
Application number: JP11083653A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Sugio; 嘉彦杉尾; Tetsuo Tsugawa; 哲雄津川; Koji Iwami; 光司石見
Original assignee: DX Antenna Co Ltd
Current assignee: DX Antenna Co Ltd
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-10-06
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP4072280B2

Abstract

(57)【要約】【課題】誘電体の端面の面積を増加させても、利得が
向上する。【解決手段】放射用導波管１４に誘電体１６が装荷さ
れている。誘電体１６は、対向する端面１６ａ、１６ｂ
を有する円柱状である。誘電体１６の一方の端面１６ａ
が放射用導波管１４と対面して配置されている。この端
面１６ａは、放射用導波管１４が放射する電波の３波長
以上の直径を有している。他方の端面１６ｂには、誘電
体１６から離れるに従って誘電体１６の中心軸側に向か
って面積が減少するように凸レンズ状の曲面が形成され
ている。誘電体１６の長さ寸法は、誘電体１６の表面を
伝搬する表面波と、誘電体内部１６を伝搬する電波の位
相が端面１６ｂ側で揃うように選択されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体装荷アンテ
ナに関し、特に装荷される誘電体の形状に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】誘電率の低い誘電体を装荷した誘電体装
荷アンテナの代表的なものとして、従来、誘電体ロッド
アンテナと、レンズアンテナとがある。誘電体ロッドア
ンテナは、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、放射源
として超高周波の電波を放射する導波管２の開口の前面
に、導波管２と対向するように、円柱状の誘電体４を配
置したものである。

【０００３】従来の誘電体ロッドアンテナは、誘電体４
としては、例えばポリスチレン（比誘電率２．５４）の
円柱形のものを使用した場合、図１１（ａ）に示すよう
に、その直径ｄが０．８波長では、長さＬが約１波長に
おいて、利得が最大となり、その値は約１２ｄＢｉであ
る。誘電体４の直径ｄが０．５波長では、長さが約２．
３波長の場合に、利得が最大となり、その値は約１４ｄ
Ｂｉである。また、図１１（ｂ）に示すように、誘電体
の給電部の直径ｄを１波長とし、この部分から数波長分
の長さまでテーパー状に先端に向かって細くし、直径が
約０．４波長になった部分から、その太さを一定に保っ
て数波長分延長し、更にテーパー状に先端付近まで細く
するなどの工夫をして、合計長Ｌを約１５波長としたア
ンテナにおいて、２０ｄＢｉの利得を得ている例があ
る。

【０００４】誘電体ロッドアンテナは、軸方向、即ち正
面方向に伝搬する表面波のみを利用しているので、誘電
体柱の先端部の面積が広い場合には、この部分から、誘
電体の内部を伝搬した電波の透過波を放射し、その一部
は反射波となって誘電体内を波源に向かって伝搬すると
同時に、表面波に対しても反射波を励振し、定在波とな
る。これらにより、多くのサイドローブが発生し、高利
得を望めない。そこで、一般には、太い部分においても
１波長以下の誘電体柱を用い、誘電体柱の中心軸に対し
て２．５度から４度位の緩やかなテーパーを施して、誘
電体の先端部の面積を小さくすることによって、この部
分からの放射を極力抑えている。

【０００５】誘電体４の直径を１波長より太くしていく
と、利得は２から３波長くらいまでは高くなるが、多重
モードの電波が励振されるため、より多くのサイドロー
ブが生じ、指向性が乱れ、それ以上になると、利得は直
径によって大きく変動し、所望の利得が得られない。こ
のように、誘電体の直径を１波長よりも太くしていく
と、誘電体内に多重モードの電波を発生するため、その
理論解析は非常に複雑となり、太くするメリットもない
と思われていたので、その研究は乏しい。

【０００６】レンズアンテナには、光学的レンズ状の大
口径レンズと、球形をした小型のレンズアンテナとがあ
る。しかし、いずれも透過波が主役となるレンズ効果の
みを利用しているので、その開口効率は、１００パーセ
ント以下である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、誘電
体ロッドアンテナでは、誘電体の軸方向の直交した断面
積を大きくすると、誘電体の先端部の面から方面方向に
放射される電波の多重モードのため、波面が複雑にな
り、効率の高いアンテナは望めない。例えば、比誘電率
が２．２６の場合、誘電体の直径が３波長を超えると、
急激に利得が低下する。また、レンズアンテナでは、上
述したように透過波を主に使用しているので、開口効率
が低い。

【０００８】本発明は、利得及び開口効率を向上させた
誘電体装荷アンテナを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明による誘電体装荷アンテナは、電波の放射
源と、この放射源に装荷された誘電体とを有している。
該誘電体は、対向する２つの端面を有する柱状体であっ
て、その一方の端面が前記放射源と対向している。例え
ば、誘電体は、その中心軸を、波源の正面方向に軸に合
わせて装荷されている。柱状体としては、例えば円柱、
多角柱状のものを使用できる。前記放射源からの放射電
波の位相をアンテナの正面方向に揃えるように、前記誘
電体の他方の端面である誘電体先端面における前記誘電
体の中心軸に直交する断面形状を、前記放射源から離れ
るに従って前記誘電体の中心軸に向かって減少させてい
る。更に、この誘電体先端面から正面方向に放射される
電波を平面波に近づけ、この平面波の位相と前記誘電体
の正面方向に伝搬する表面波の位相とが、ほぼ同相とな
るように、前記誘電体の軸方向の長さが決定されてい
る。

【００１０】柱状の誘電体の中心軸を波面の正面方向の
軸に合わせて装荷した場合、誘電体の波源の端面の中央
から放射状に入射された電波は、誘電体先端面を波源か
ら見た視野角内を伝搬する電波と、この視野角外、即
ち、誘電体の側面に向かって伝搬する電波とに分けて考
えることができる。

【００１１】誘電体先端面を見た視野角内を伝搬する電
波のうち、波源の中心から誘電体の中心軸に沿った電波
の方が、波源の中心から誘電体先端面の周囲方向に伝搬
する電波よりも伝搬距離が短いので、位相が進んでい
る。このため、放射される電波は平面波とならない。従
って、誘電体の直径を大きくしても、利得の向上が望め
ない。そこで、誘電体先端面の付近において、その中心
軸に直交する方向の断面積が波源から離れるに従って、
減少するようにして、波源の中心から誘電体先端面の周
囲方向へ伝搬する電波の誘電体内径路を短くし、誘電体
の中心軸上の先端部に直交する平面上にほぼ誘電体を投
影した面積において、波源からの電波の位相を揃えて、
平面波となるように、誘電体先端面を形成している。即
ち、誘電体にレンズ効果を持たせ、誘電体からの放射波
先端面を積極的に利用している。

【００１２】しかし、波源の中心から誘電体柱の側面に
向かう電波、即ち、誘電体先端面を波源から見た視野角
外を伝搬する電波は、側面に対する入射角が臨界角より
小さい場合には、その一部は透過し、誘電体の外部に放
射され、また一部は誘電体内に反射する。臨界角より大
きい入射波は誘電体の側面で全反射される。この結果、
誘電体の側面付近に表面波を生成する。また、全反射さ
れた電波は、誘電体内を伝搬して、誘電体先端面に到達
する。この反射波の伝搬経路は、前記誘電体内をその中
心軸に沿って伝搬する電波の伝搬経路よりも長くなるの
で、この電波誘電体先端面に到達したときの位相は、前
記の伝搬経路を伝搬した電波の位相よりも遅れる。従っ
て、このことを加味して、アンテナ利得が最大になるよ
うに、誘電体先端面を補正することが望ましい。

【００１３】この誘電体先端面形状は、誘電体の直径が
比較的小さい場合、例えば１波長から２．５波長くらい
までは誘電体先端面を、頂角が約１４０度くらいの円錐
面、或いは、この円錐の先端に一部平面を残して、円錐
台とすることで、レンズ効果が得られる。直径が大きく
なるに従って、円錐や複数の円錐台を組み合わせた形
状、或いは階段状部の組み合わせで、近似的にレンズ効
果を持たせることができる。しかし、補正された曲面で
正確にレンズを形成することが望ましいことは言うまで
もない。

【００１４】誘電体の側面を誘電体の中心軸方向に沿っ
て伝搬する表面波の位相と、誘電体先端面から正面方向
に放射される電波を平面波に近づけ、この平面波の位相
が同相となるように、誘電体の軸方向の長さが決定され
ている。これは、表面波の位相速度と誘電体内の位相速
度が異なるので、誘電体の先端で誘電体の中心軸と直交
する平面上で位相が同相になるようにするためである。
例えば、誘電体の比誘電率が２．２６の場合、誘電体の
直径に対する軸方向の長さの比を、直径によって多少異
なるが、１．０７乃至１．１７くらいまでの間とすれば
よい。

【００１５】以上のように、誘電体先端のレンズ効果が
充分に得られれば、この部分からの放射に、誘電体の側
面を伝搬する表面波が同相で加わるため、等価的な実行
開口面積が大きくなる。従って、誘電体の断面積をアン
テナの開口面積とすると、アンテナの開口効率は、１０
０パーセントを超えさせることが可能となる。

【００１６】図１０は、図９に示すレンズ効果を持たな
い単なる円柱誘電体４を導波管２に装荷したアンテナの
利得と開口効率を示したもので、誘電体の直径が３波長
を超えると、利得が急激に低下する。上記のように、レ
ンズ効果を持たせた誘電体を使用すれば、図７のように
誘電体の直径にほぼ比例した利得が望める。実験的に誘
電体の直径が７波長において、誘電体先端面を段状にし
て、レンズに近似させることによって、動作利得が２
６．２７ｄＢｉも得られ、開口効率は、約８８パーセン
トであり、電磁ホーンアンテナよりもよくなっている。
少なくともこの直径以下の誘電体を使用したアンテナの
開口効率は、直径が図７のように小さくなるほど良くな
っているので、電磁ホーンよりも効率が良く、従って、
小型のアンテナを実現できる。

【００１７】装荷される波源の開口面積が誘電体の断面
積よりも比較的小さい場合には、波源から放射する電波
は球面波に近づき、誘電体の側面に向かう入射波が増加
する。側面に対する入射角が臨界角より小さく入射する
電波は、側壁部分から外部に放射されて、サイドローブ
を作り、アンテナとしての効率が低下する。従って、こ
の部分から電波が透過しないように、波源の中央部から
の放射波が側面に入射する角度が臨界角になる側面部分
から放射源側の端面にかけて、曲面或いは、何段かの円
錐台形を形づくる。例えば、図８に示すように、波源の
中心０から放射される電波が誘電体の側面に臨界角θｃ
で入射する位置をＰとする。０−Ｐ間の距離をＲとし、
Ｐから法線上に距離Ｒの点にＡ点をとる。Ａ点を中心と
して半径Ｒで円を描き、この円が誘電体の放射源側の端
面１６３ａと交差する点をＢとする。Ｐ−Ｂの曲線を、
誘電体軸を中心として回転させてできる曲面１６４を形
成すれば、０点から放射され、この曲面に入射する電波
は全反射されるので、透過はなく、これによるサイドロ
ーブは抑制される。波源の開口の大きさは半径を０−Ｂ
とする誘電体の波源と対面した平坦な面積内に収まるこ
とが望ましい。従って、この曲線が適用できる波源の最
大径は誘電体の直径の０．６６倍以内である。しかし、
これより大きい波源に装荷する場合には、例えば波源の
最大径がａ’であれば、この波源の端Ｂ’から垂直に曲
線Ｂ−Ｐ上の点Ｃまで線を引き、線Ｂ’−Ｃ−Ｐを、誘
電体の軸を中心として回転させてできる形に成型すれば
よい。この場合、波源の中心からＢ’−Ｃ間に向かって
放射される電波は外へ透過するが、波源の大きさが大き
い場合、波源からこの角度で放射する電波は少なくな
り、その影響は小さい。なお、曲面部分は円錐台形を多
段重ねた形でテーパー面を形成し、この面によって近似
しても良い。誘電体の波源に対向する平坦部分１６３ａ
には、装荷する波源によって整合性をよくするために、
テーパー状の突起部を設けても良い。

【００１８】上述したように、波源の中心から前記曲面
又はテーパー面を形成していない誘電体の側面に向かう
電波のうち、側面に対する入射角が臨界角より小さい場
合、その一部が透過する。この透過波を減少させるた
め、即ち、放射源からの電波が全反射するように構成し
てある。全反射波は、誘電体側面付近に表面波を生成す
ると共に、誘電体先端面まで伝搬される。

【００１９】また、本発明の誘電体装荷アンテナの他の
態様は、上記の誘電体装荷アンテナと同様な放射源と誘
電体とを有している。この誘電体の他方の端面から正面
方向に放射される電波の位相と前記誘電体の正面方向に
伝搬する表面波の位相とが、ほぼ同相となるように、前
記誘電体の軸方向の長さが決定されている。誘電体の放
射源に対向する端面には、放射源からの電波が誘電体柱
の側面を透過することを極力抑えるように、曲面或いは
テーパー面が形成されている。この曲面或いはテーパー
面の角度は、誘電体の側面及びテーパー面において、前
記放射源からの電波が全反射する角度に決定されてい
る。

【００２０】上述したように、曲面又はテーパー面を設
けていない誘電体を装荷した場合、波源の中心から誘電
体の側面に向かう電波のうち、側面に対する入射角が臨
界角よりも小さいものの一部が透過する。この透過波を
減少させるために、即ち、放射源からの電波が全反射す
るように、曲面又はテーパー面が形成されている。更
に、全反射波は、誘電体側面付近に表面波を形成し、か
つ、誘電体先端面に到達する。この表面波が誘電体側面
を誘電体の中心軸方向に沿って伝搬するときの位相と、
誘電体先端面から正面方向に評者される電波の位相とが
同相となるように、誘電体の軸方向の長さを決定し、表
面波の位相と誘電体内の電波の位相とが、誘電体の先端
で誘電体の中心軸と直交する平面で同相となるようにし
てある。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の１実施の形態の誘電体装
荷アンテナの一例は、図１に示すように、矩形導波管１
２によって給電された方形の放射導波管１４を波源とし
て使用し、先端部がレンズ状に形成された誘電体１６を
装荷した直線偏波アンテナである。波源としては、上記
の放射導波管１４の他に、スリットアンテナ、同軸線
路、マイクロストリップ線路、或いはコプレナー線路に
よって給電されたバッチアンテナ、さらにはループアン
テナや、スパイラルアンテナであっても良い。また、こ
の誘電体装荷アンテナはいくつかの素子を配列した平面
アンテナとしても、使用できる。

【００２２】なお、矩形導波管１２は、本体１０の２枚
の導電体、例えば金属板１０ａ、１０ｂの合わせ面に溝
を形成することによって形成されている。この給電用導
波管１２の先端部に、放射源、例えば放射用導波管１４
が形成されている。この金属板は、プラスチックに金属
メッキを施したものでもよく、その広さも誘電体１６の
断面積、或いはそれよりも小さいものでもよい。また、
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、導波管開口や、導波
管開口を少し広げたものに誘電体を装荷しても良い。導
波管開口を、例えば誘電体の断面までホーンとして広げ
て誘電体を装荷すると、この誘電体は平面波に近いもの
で、給電されるために円筒状の誘電体でよいが、全体と
しての長さが長くなる。

【００２３】この放射用導波管１４の開口面上に誘電体
１６が配置されている。この誘電体１６は、ほぼ円柱状
に形成されている。即ち、相対向する円形の端面１６
ａ、１６ｂを有し、一方の端面１６ａが放射用導波管１
４の開口に接するように配置されている。なお、端面１
６ａは、必ずしも放射用導波管１４の開口に接するとは
限らない。波源の設計は、誘電体が波源に接着或いは近
傍に配置することを考慮して行うので、接着するか、わ
ずかに間隙を設けるかは、波源によって考慮される。更
に、端面１６ａの中心部には、波源との整合をとるため
の突起部、例えば円錐形や円錐台の突起部を設けても良
い。

【００２４】このように誘電体１６を装荷したアンテナ
では、上述したように直径ｄを３λ以上としても、利得
は向上しない。そこで、この誘電体装荷アンテナでは、
誘電体１６の他方の端面１６ｂ、即ち、放射用導波管１
４の開口から離れた端面に、図１、図２（ａ）、（ｂ）
に示すように、誘電体レンズ、例えば凸レンズ面が形成
されている。或いは、図３に示すように、複数、例えば
４段の段部１８ａ乃至１８ｄが形成されている。これら
段部１８ａ乃至１８ｄも、短円柱状に形成されており、
端面１６ｂと一体に形成されている。これら段部１８ａ
乃至１８ｄは、いずれも誘電体１６の中心軸と同心に配
置されており、端面１６ｂに最も接近している段部１８
ａの直径が最も大きく、以下、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ
と、端面１６ｂから離れるに従って、直径が小さくなっ
ている。このように段部を設けることによって、擬似的
に段部１８ａ乃至１８ｄによって、図１、図２（ａ）、
（ｂ）に示すような凸レンズと同等な凸レンズが形成さ
れている。上述した各誘電体１６は、その端面に誘電体
レンズを有するものとなるので、例えば受信アンテナと
して使用した場合、良好に電波を集束することができ、
動作利得が向上する。また、誘電体１６の軸方向に、こ
の誘電体先端面から正面方向に放射される電波を平面波
に近づけ、この平面波の位相と前記誘電体１６の正面方
向に伝搬する表面波の位相とが、ほぼ同相となるよう
に、誘電体１６の全高さ寸法ｔが決定されているので、
この表面波が誘電体を取り巻いている分だけ、等価的な
実効開口面積が大きくなる。

【００２５】３．５λの直径を持つ誘電体１６の各部の
寸法は、使用周波数が、例えば１１．８５ＧＨｚの場
合、図４に示すようにｔ０は、８３．５ｍｍ（３．３
λ）、ｄは８８．５５ｍｍ（３．５λ）、段部１８ａの
直径ｄ１は、７５．９ｍｍ（３λ）、同高さｔ１は、
６．２ｍｍ（０．２５λ）、段部１８ｂの直径ｄ２は、
６３．２５ｍｍ（２．５λ）、同高さｔ２は、５．２ｍ
ｍ（０．２１λ）、段部１８ｃの直径ｄ３は、５０．６
ｍｍ（２λ）、同高さ寸法ｔ３は、６．２ｍｍ（０．２
５λ）、段部１８ｄの直径ｄ４は、２８．５ｍｍ（１．
１２５λ）、同高さ寸法ｔ４は、７．３ｍｍ（０．２９
λ）である。この場合、誘電体の全長ｔは、ｄの約１．
２２倍である。

【００２６】また、４λの直径ｄを持つ誘電体１６１を
使用する場合、図５に示すように、段部１６１ａ、１６
１ｂの２段の段部が形成される。この場合、誘電体１６
１の高さ寸法ｔ０は、１０３．２ｍｍ（４．０８λ）、
段部１６１ａの直径ｄ１は、７５．９ｍｍ（３λ）、同
高さ寸法ｔ１は、１１ｍｍ（０．４４λ）、段部１６１
ｂの直径ｄ２は、５０．６ｍｍ（２λ）、同高さ寸法ｔ
２は、４ｍｍ（０．１６λ）である。この場合、誘電体
１６１の全長ｔは、ｄの約１．１７倍である。

【００２７】また、３λ（７５．９ｍｍ）の直径ｄを持
つ誘電体１６２を使用する場合、図６に示すように、段
部１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃの３段の段部が形成さ
れる。この場合、誘電体１６２の高さ寸法ｔ０は、７
０．１３ｍｍ（２．７８λ）、段部１６２ａの直径ｄ１
は、６３．２５ｍｍ（２．５λ）、同高さ寸法ｔ１は、
５．２ｍｍ（０．２１λ）、段部１６２ｂの直径ｄ２
は、５０．６ｍｍ（２λ）、同高さ寸法ｔ２は、５．０
ｍｍ（０．２０λ）、段部１６２ｃの直径ｄ３は、２
８．５ｍｍ（１．１２５λ）、同高さ寸法ｔ３は、３．
０ｍｍ（０．１２λ）である。この場合、誘電体１６２
の全長ｔは、ｄの約１．１１倍である。

【００２８】上述したような誘電体１６、１６１、１６
２のような誘電体を使用した場合の動作利得及び開口効
率と誘電体の直径との関係を図７に示す。図７から明ら
かなように、誘電体飯野直径が３λ以上となっても、誘
電体１６、１６１、１６２のような誘電体を使用してい
ると、動作利得を増加させることができるし、１００パ
ーセント以上の開口効率を維持できる。なお、図７の特
性は、使用周波数を１１．８ＧＨｚ、放射用導波管１４
の放射開口の一辺の長さＡ（図１参照）を１５．４ｍｍ
とし、伝送用導波管１２の深さｄｅを２２．１８ｍｍと
した場合のものである。

【００２９】上記の実施の形態では、誘電体として円柱
状のものを使用したが、角柱状のものを使用することも
できる。上記の実施の形態の誘電体装荷アンテナでは、
放射用導波管を１個だけ設けたが、これらを複数個設
け、各放射用導波管それぞれに誘電体を装荷しても良
い。

【００３０】図８に第２の実施の形態において使用する
誘電体１６３を示す。この誘電体１６３でも、曲面によ
る誘電体レンズ１６３ｂが先端面に形成されている。

【００３１】また、電波の放射源側になる端面１６３ａ
の全域には、曲面１６４が形成されている。この曲面１
６４は、次のようにして形成されている。放射源Ｏから
放射される電波が誘電体の側面に臨界角で入射する位置
をＰとする。Ｏ−Ｐ間の距離をＲとし、Ｐから法線上に
距離Ｒの所にＡ点をとる。Ａ点を中心に半径Ｒで円を描
き、この円が誘電体の放射源側の端面１６３ａと交差す
る点をＢとする。誘電体軸を中心としてＰ−Ｂの曲線を
回転させて、曲面１６４ができる。この曲面は何段かの
円錐台で近似しても良い。なお、臨界角θｃはｓｉｎ^-1
（１／√εs ）と計算されるので、誘電体の比誘電率ε
s が２．２６であれば、４１．７度となる。波源の開口
の最大径がａ’であれば、波源の端Ｂ’から垂直に曲線
Ｂ−Ｐ上の点Ｃまで線を引き、線Ｂ’−Ｃ−Ｐを、誘電
体の軸を中心として回転させてできる形に形成されてい
る。なお、曲面部分は、円錐台形を多段重ねた形で近似
しても良い。

【００３２】この曲面１６４は、端面の中央から放射さ
れる電波の誘電体１６３の側面１６３ｃに対する入射角
がほぼ臨界角θｃとなる位置まで形成されている。

【００３３】このように誘電体１６３が形成されている
ので、放射源から放射された電波のうち曲面１６４に向
かった電波の曲面１６４に対する入射角θは、臨界角θ
ｃに等しいかそれよりも大きい。従って、この電波は透
過することなく、全反射し、誘電体１６３内部を端面１
６３ｂ側に向かって伝搬する。これは曲面１６４のいず
れの位置に置いても生じる。

【００３４】また曲面１６４の形成位置が上述したよう
に設定されているので、誘電体１６３の側面１６３ｃに
入射した電波の入射角θ１は、臨界角θｃ以上となり、
全反射する。これも、誘電体１６３の側面１６３ｃのい
ずれの部分でも生じる。従って、誘電体１６３の側面１
６３ｃから電波が外部に透過することはない。

【００３５】なお、曲面１６４や側面１６３ｃによって
全反射したことにより、上述したように表面波が発生す
る。この表面波は、側面１６３ｃを先端面１６３ｂ側に
向かって伝搬する。この表面波の先端面１６３ｂにおけ
る位相が、誘電体１６３の内部を伝搬した電波の位相と
同相となるように、誘電体１６３の高さ寸法ｔが決定さ
れている。この寸法ｔも、第１の実施の形態に関連し
て、説明した値とほぼ同様な値である。

【００３６】第２の実施の形態の誘電体装荷アンテナで
は、誘電体レンズを備えるので、第１の実施の形態の誘
電体装荷アンテナと同様に、誘電体１６３内を伝搬した
電波の位相は、誘電体レンズ１６３ｂから放射されて揃
い、放射波は平面波に近くなる。また、誘電体１６３の
側面１６３ｃや曲面１６４に向かって伝搬された電波
は、側面１６３ｃや曲面１６４によって全反射され、外
部に透過されずに、誘電体１６３内を誘電体レンズ１６
３ｂ側に伝搬するので、スピルオーバーが殆ど生じな
い。また、全反射された電波によって生じた表面波の位
相が、誘電体レンズ１６３ｂから正面方向に放射される
電波の位相とほぼ同相となるように、誘電体の軸方向の
長さが決定されているので、利得が向上し、開口効率も
向上する。

【００３７】なお、第２の実施の形態では、誘電体レン
ズ１６３ｂを形成したが、誘電体の直径が約３波長以下
の場合には、これを除去して、誘電体１６３の波源と反
対側の端面を平面とすることもできる。第２の実施の形
態では、曲面１６４を使用したが、テーパー面を使用し
ても良い。また、両実施の形態では、直線偏波の電波を
放射したが、円偏波の電波を放射してもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、誘電体先端部が平面の場
合には、直径が３波長を超えれば、急激に利得が向上す
る。しかし、本発明による誘電体装荷アンテナによれ
ば、装荷される誘電体柱の先端部にレンズ効果を持たせ
ることや、表面波と誘電体柱内の伝搬波の位相を揃える
ように誘電体の長さを調整したことにより、直径が約１
波長以上において、利得の向上を直径にほぼ比例させる
ことができる。例えば、直径が１．１７波長では約０．
３ｄＢ、３．５波長では約２．８ｄＢの利得を向上させ
ることができる。誘電体柱の直径が３波長を超えると、
その効果が顕著になり、４波長では３．５ｄＢも向上で
きる。更に、直径７波長の本発明において使用した誘電
体を用いれば、１素子でも２６．２７ｄＢであるのに対
し、例えば素子間隔が０．６波長、開口効率が７０パー
セントの１２８素子のマイクロストリップパッチアンテ
ナの利得が２６．０８ｄＢであるので、本発明のアンテ
ナであれば、１素子でよいことになる。

【００３９】このアンテナは、周波数が倍になれば、誘
電体の体積は１／４ですむので、周波数が高くなれば、
非常に有利となり、その上、構造が簡単であり、製造が
容易で、低コストのアンテナを実現できる。

【００４０】また、例えば比誘電率２．２６の場合、直
径が１波長から１．３波長くらいの誘電体の先端部にレ
ンズ効果等を持たせることにより、１素子で約０．２ｄ
Ｂ程度の利得を向上させることができるので、この誘電
体を使用して、配列アンテナを構成すると、利得、効率
の高い平面アンテナを構成することができる。特に、素
子の利得が高いので、素子間隔が１波長以上になって
も、グレーティングローブを低く抑えられ、導波管によ
る並列給電回路網の使用が可能であるため、１００ＧＨ
ｚ以上のアンテナであっても、効率の非常に高いアンテ
ナの実現が可能となる。

【００４１】更に、誘電体の放射源側の端面に曲面又は
テーパー面を形成することにより、誘電体の側面や曲面
またはテーパー面に伝搬した電波が全反射されて、誘電
体の外部に透過することがなく、サイドローブが抑制さ
れて、更に利得を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の１例の誘電体装荷
アンテナの斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の他の例の誘電体装
荷アンテナの斜視図である。

【図３】第１の実施の形態の誘電体装荷アンテナに使用
する誘電体の一例の斜視図である。

【図４】第１の実施の形態の誘電体装荷アンテナに使用
する誘電体の他の例の正面図である。

【図５】第１の実施の形態の誘電体装荷アンテナに使用
する誘電体の別の例の正面図である。

【図６】第１の実施の形態の誘電体装荷アンテナに使用
する誘電体の更に別の例の正面図である。

【図７】第１の実施の形態の誘電体装荷アンテナの直径
と動作利得及び開口効率との関係を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態の誘電体装荷アンテ
ナで使用する誘電体の正面図である。

【図９】従来の誘電体装荷アンテナの一例の斜視図であ
る。

【図１０】図９の誘電体装荷アンテナの直径と動作利得
及び開口効率との関係を示す図である。

【図１１】従来の誘電体装荷アンテナの他の例の正面図
である。

【符号の説明】

１４放射用導波管（放射源）１６１６１１６２１６３誘電体１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ段部１６１ａ、１６１ｂ段部１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ段部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者津川哲雄京都府八幡市男山指月13番１号 (72)発明者石見光司兵庫県神戸市兵庫区浜崎通２番15号デイエツクスアンテナ株式会社内Ｆターム(参考） 5J020 BB01 BB11 BC12 CA04 DA02 5J045 AA05 AB05 DA04 DA18 EA10 HA01 LA03 MA04 NA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電波の放射源と、この放射源に装荷され
た誘電体とを有し、該誘電体は、対向する２つの端面を
有する柱状体であって、その一方の端面が前記放射源と
対向し、前記放射源からの放射電波を平面波としてアン
テナの正面方向に向かって放射するように、前記誘電体
の他方の端面である誘電体先端面における前記誘電体の
中心軸に直交する断面形状が、前記誘電体から離れるに
従って前記誘電体の中心軸に向かって減少し、この誘電
体先端面から正面方向に放射される電波の位相と、前記
誘電体の正面方向に伝搬する表面波の位相とが、ほぼ同
相となるように、誘電体の軸方向の長さが決定されてい
る誘電体装荷アンテナ。
【請求項２】請求項１記載の誘電体装荷アンテナにお
いて、前記誘電体の放射源に対向する端面には、前記放
射源からの電波が前記誘電体の側面を透過することを極
力抑えるように、曲面あるいはテーパー面を形成し、こ
の曲面あるいはテーパー面は前記放射源からの電波がほ
ぼ全反射する角度に決定されている誘電体装荷アンテ
ナ。
【請求項３】電波の放射源と、この放射源に装荷され
た誘電体とを有し、該誘電体は、対向する２つの端面を
有する柱状体であって、その一方の端面が前記放射源と
対向し、この誘電体の他方の端面から正面方向に放射さ
れる電波の位相と前記誘電体の正面方向に伝搬する表面
波の位相とが、ほぼ同相となるように、前記誘電体の軸
方向の長さが決定され、前記誘電体の放射源に対向する
端面には、前記放射源からの電波が前記誘電体の側面を
透過することを極力抑えるように、曲面あるいはテーパ
ー面を形成し、この曲面あるいはテーパー面は前記放射
源からの電波が全反射する角度に決定されている誘電体
装荷アンテナ。