JP2001127537A - レンズアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 要求利得が高い場合には、開口面積を大きく
しなければならないので、放射素子が増大し、製造コス
トが高くなるという課題があった。 【解決手段】 平面形状は楕円であって、天頂方向に沿
うＺ軸から所定の角度傾けた広角方向を光軸１８とし、
前記楕円の長軸方向の断面は前記光軸側が厚く光軸の反
対側が薄い誘電体レンズ１４と、前記誘電体レンズの焦
点Ｆの内側で前記天頂方向に沿うＺ軸に垂直に設置さ
れ、前記誘電体レンズの焦点Ｆから前記誘電体レンズを
見込む角度範囲内に配置され、前記誘電体レンズに給電
する複数の放射素子から形成され、ｆ１の周波数付近に
共振周波数を有する平面アレーアンテナ１７と、前記誘
電体レンズを前記天頂方向に沿うＺ軸の周りで回転させ
る回転機構２１とを備えた。 【効果】 放射素子数を低減することができ、かつ、コ
ストを低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、広角でより高い
利得を実現するレンズアンテナ装置に関するものであ
り、特に、低軌道衛星を使った通信を行うための地上端
末および衛星に搭載されるレンズアンテナ装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のレンズアンテナ装置について図面
を参照しながら説明する。図１０は、例えば実開昭６４
−４７１０９号公報に示された従来の誘電体レンズ付き
平面アレーアンテナ装置を示す図であり、（ａ）は断面
図、（ｂ）は斜視図である。

【０００３】図１０において、１は後述する放射素子が
配列されている平面、２は平面１上に２次元で配置され
た放射素子、３は平面アレー、４は誘電体レンズであ
る。

【０００４】また、同図において、５は天頂方向に向け
たz軸、６は極座標系（r, θ, φ）で定義したビームの
走査方向θ、７は極座標系（r, θ, φ）で定義したビ
ームの走査方向φ、８は平面アレー３の開口径ｄ₀、９
は平面アレー３から誘電体レンズ４に向けて吹き付けら
れる１次パターンの波面（等位相面）、１０は誘電体レ
ンズ４ら自由空間に向けて放射される２次パターンの波
面（等位相面）を示している。

【０００５】なお、複数の放射素子２には移相器や増幅
器が接続されており、放射素子２の励振位相や励振振幅
を変化させることができる。また、誘電体レンズ４は、
ｚ軸５に関して回転対称の構造であり、平面アレー３の
上方を半球で覆っている。

【０００６】つぎに、従来のレンズアンテナ装置の動作
について図面を参照しながら説明する。

【０００７】放射素子２から放射された電波は、誘電体
レンズ４に入射し、屈折して透過し、自由空間へ向けて
放射される。このとき、光線の方向は、誘電体レンズ４
の媒質の誘電率に応じて屈折し、同時に行路長が空気中
を伝播している場合よりも長くなる。

【０００８】そのため、１次パターンにおける開口径ｄ
₁よりも２次パターンにおける開口径ｄ₂を大きくするこ
とができ、また、１次パターンにおける波面９よりも２
次パターンにおける波面１０を傾けることができる。ビ
ームを走査する場合は、誘電体レンズ４によって振幅、
位相が変化することを考慮して、放射素子２の励振振
幅、位相を変化させる。

【０００９】誘電体レンズ４のない平面アレーアンテナ
に比べると、ｄ₁＜ｄ₂となることからわかるように、広
角方向にビームを向けたときの利得の向上を図ることが
できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
レンズアンテナ装置では、平面アレー３は、２次元に電
気的にビームを走査するために、放射素子２は２次元に
配列され、その上、励振振幅、位相を制御するための移
相器や増幅器が各放射素子に必要となる。要求利得が高
い場合には、開口面積を大きくしなければならないの
で、放射素子２が増大し、製造コストが高くなるという
問題点があった。

【００１１】また、広角度範囲にわたりビームを走査す
る場合には、グレーティングローブを発生させないよう
にするため放射素子間隔を狭くしなければならない。従
って、この場合にも放射素子の数が増大し、製造コスト
が高くなるという問題点があった。

【００１２】この発明は、前述した問題点を解決するた
めになされたもので、誘電体レンズの断面形状を端より
も中心で厚い収束系レンズ形状、端よりも中心で厚い収
束系レンズ形状で片側を平面とした形状、片側を球面形
状で片側を光軸方向で厚い放物線形状とすることによっ
て、給電アレーを構成している放射素子数を低減し、か
つ、上記誘電体レンズを傾けて設置して天頂方向に沿う
軸の周りで機械的に回転させることによって、ビームの
電気的な走査範囲を狭くして素子間隔を広くとって放射
素子数を低減し、その結果、低コストで広角度範囲にわ
たってビーム走査可能なレンズアンテナ装置を得ること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るレンズアンテナ装置は、平面形状は楕円であって、天
頂方向に沿う軸から所定の角度傾けた広角方向を光軸と
し、前記楕円の長軸方向の断面は前記光軸側が厚く光軸
の反対側が薄い誘電体レンズと、前記誘電体レンズの焦
点の内側で前記天頂方向に沿う軸に垂直に設置され、前
記誘電体レンズの焦点から前記誘電体レンズを見込む角
度範囲内に配置され、前記誘電体レンズに給電する複数
の放射素子から形成され、第１の周波数付近に共振周波
数を有する平面アレーアンテナと、前記誘電体レンズを
前記天頂方向に沿う軸の周りで回転させる回転機構とを
備えたものである。

【００１４】この発明の請求項２に係るレンズアンテナ
装置は、前記誘電体レンズを、上面及び下面が凸レンズ
形状としたものである。

【００１５】この発明の請求項３に係るレンズアンテナ
装置は、前記誘電体レンズを、上面が平面形状で、下面
が凸レンズ形状としたものである。

【００１６】この発明の請求項４に係るレンズアンテナ
装置は、前記誘電体レンズを、上面が凸レンズ形状で、
下面が凹レンズ形状としたものである。

【００１７】この発明の請求項５に係るレンズアンテナ
装置は、前記誘電体レンズが、その表面に整合層が設け
られているものである。

【００１８】この発明の請求項６に係るレンズアンテナ
装置は、前記誘電体レンズに、ゾーニングが施されてい
るものである。

【００１９】この発明の請求項７に係るレンズアンテナ
装置は、第２の周波数付近に共振周波数を有する第２の
平面アレーアンテナと、前記誘電体レンズと前記平面ア
レーアンテナ及び前記第２の平面アレーアンテナとの間
に設けられ、前記第１の周波数の電波を透過し、前記第
２の周波数の電波を反射する周波数選択鏡面とをさらに
備えたものである。

【００２０】この発明の請求項８に係るレンズアンテナ
装置は、前記第２の平面アレーアンテナと前記周波数選
択鏡面との間に設けられた反射板をさらに備え、前記平
面アレーアンテナ及び前記第２の平面アレーアンテナを
同一平面に配置したものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明の実施の
形態１に係るレンズアンテナ装置について図面を参照し
ながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係
るレンズアンテナ装置を示す図であり、（ａ）は断面
図、（ｂ）は斜視図である。なお、各図中、同一符号は
同一又は相当部分を示す。

【００２２】図１において、１１は天頂方向に向けたｚ
軸、１２は極座標系（ｒ，θ，φ）で定義したビームの
走査方向θ、１３は極座標系（ｒ，θ，φ）で定義した
ビームの走査方向φである。

【００２３】また、同図において、１４は断面が一方の
端よりも中心で厚い収束系レンズ（両側凸レンズ）を後
述するように切断した誘電体レンズ、１５は素子アンテ
ナ、１６は素子アンテナ１５を配置している平面基板、
１７は素子アンテナ１５と平面基板１６から成る平面ア
レーアンテナである。

【００２４】さらに、同図において、１８は誘電体レン
ズ１４の光軸、１９は誘電体レンズ１４の焦点Ｆ、２０
は光軸１８方向へのビーム、２１はｚ軸１１の周りで駆
動する回転機構、３０はレンズの端を通過する幾可光学
的な光線である。

【００２５】ここで、誘電体レンズ１４の形状について
図２を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施
の形態１に係るレンズアンテナ装置に使用される誘電体
レンズの切り取り方法を説明するための図である。

【００２６】図２において、Ａは断面が一方の端よりも
中心で厚い収束系誘電体レンズである。同図（ａ）に示
すように、上面（平面）から見た場合、円形の誘電体レ
ンズＡから、誘電体レンズＡの中心を通り、内接する楕
円Ｂを切り取る。この切り取った楕円Ｂを誘電体レンズ
１４として使用する。この誘電体レンズ１４は、同図
（ａ）に示すように光軸方向から見ると楕円であるが、
回転機構２１に斜めに取り付けた状態を天頂方法から見
ると円形にみえる。

【００２７】誘電体レンズ１４は、平面アレーアンテナ
１７のｚ軸方向上面に配置する。そして、誘電体レンズ
１４の光軸１８は、所望の広角方向のビーム走査特性を
得られるように、ｚ軸から所定の角度離角した方向に設
定する。また、誘電体レンズ１４の光軸１８はｚ軸を含
む平面内に含まれ、誘電体レンズ１４は円筒波状の電波
を平面波状の電波に変換するレンズの断面をｚ軸の周り
に回転させて形成される回転対称な形状になっている。
ｚ軸１１は平面基板１６に垂直である。

【００２８】つぎに、この実施の形態１に係るレンズア
ンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明す
る。

【００２９】所望の方向へビーム走査を行なう場合、θ
方向におけるビーム走査は、機械的には固定し、電気的
に１次元に行なわれる。また、φ方向におけるビーム走
査は、回転機構２１によって機械的に行なわれる。つま
り、誘電体レンズ１４および平面アレーアンテナ１７な
どが天頂方向に向けたｚ軸１１について回転対称な構造
であるので、ビームの走査方向θが同じであればビーム
の走査方向φでは対称な放射特性を有する。

【００３０】まず、光軸１８方向にビームを形成する場
合には、平面アレーアンテナ１７から誘電体レンズ１４
に入射する円筒波状の電波を光軸１８の方向へ放射す
る。円筒波状の電波は、誘電体レンズ１４を通過すると
光軸１８方向に進む平面波状の電波に変換され、光軸１
８方向にビーム２０を形成する。

【００３１】光軸１８の方向に対してある程度の角度ず
れて入射する円筒波状の電波を平面アレーアンテナ１７
から放射すると、誘電体レンズ１４を通過した電波は光
軸１８からずれた方向にビームが形成され、ビーム走査
を行なうことができる。

【００３２】また、平面アレーアンテナ１７は、素子ア
ンテナ１５に位相器などを接続して、励振位相を変化さ
せることにより、フェーズドアレーアンテナとして動作
する。

【００３３】さらに、素子アンテナ１５に可変増幅器な
どを接続して、励振振幅を変化させることにより、アク
ティブフェーズドアレーアンテナとして動作させても良
い。

【００３４】以上のように構成された実施の形態１に係
るレンズアンテナ装置では、平面アレーアンテナ１７を
機械的に固定、電気的に１次元走査し、誘電体レンズ１
４を機械的に回転させることにより、２次元的にビーム
を走査することができ、平面アレーアンテナのみの場合
と比較して、各素子アンテナに接続する送受信機モジュ
ール数を削減することが可能となる。

【００３５】また、誘電体レンズＡを切断した誘電体レ
ンズ１４を平面アレーアンテナ１７のｚ軸方向上面に配
置することにより、誘電体レンズＡを１枚用いる場合と
比較して小型化することができる。

【００３６】さらに、誘電体レンズ１４によって所望の
広角方向から見たアンテナ開口径が拡大するので、平面
アレーアンテナのみで同等の利得を得る場合と比較し
て、より小さい平面アレーアンテナ、より少ない素子ア
ンテナ数で済む利点がある。

【００３７】実施の形態２．この発明の実施の形態２に
係るレンズアンテナ装置について図面を参照しながら説
明する。図３は、この発明の実施の形態２に係るレンズ
アンテナ装置の構成を示す断面図である。

【００３８】図３において、１１は天頂方向に向けたｚ
軸、１２は極座標系（ｒ，θ，φ）で定義したビームの
走査方向θ、１３は極座標系（ｒ，θ，φ）で定義した
ビームの走査方向φである。

【００３９】また、同図において、１４Ａは断面が一方
の端よりも中心で厚い収束系レンズ（片側凸レンズ）を
上記実施の形態１と同じように切断した誘電体レンズ、
１５は素子アンテナ、１６は素子アンテナ１５を配置し
ている平面基板、１７は素子アンテナ１５と平面基板１
６から成る平面アレーアンテナである。

【００４０】さらに、１８は誘電体レンズ１４Ａの光
軸、１９は誘電体レンズ１４Ａの焦点Ｆ、２０は光軸１
８方向へのビーム、３０はレンズの端を通過する幾可光
学的な光線である。

【００４１】誘電体レンズ１４Ａは、平面アレーアンテ
ナ１７のｚ軸方向上面に配置する。そして、誘電体レン
ズ１４Ａの光軸１８は、所望の広角方向のビーム走査特
性を得られるように、ｚ軸から所定の角度離角した方向
に設定する。

【００４２】また、誘電体レンズ１４Ａの光軸１８はｚ
軸を含む平面内に含まれ、誘電体レンズ１４Ａは円筒波
状の電波を平面波状の電波に変換するレンズの断面をｚ
軸の周りに回転させて形成される回転対称な形状になっ
ている。ｚ軸は平面基板１６に垂直である。上記実施の
形態１の構成と相違する点は誘電体レンズ１４Ａの片
側、つまり、ビーム放射方向側を平面としたことであ
る。

【００４３】つぎに、この実施の形態２に係るレンズア
ンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明す
る。

【００４４】この実施の形態２の基本的動作は上記実施
の形態１と同様であるため、ここでは実施の形態１との
相違点について述べる。誘電体レンズ１４Ａを両側凸レ
ンズ形状から片側を平面とした凸レンズ形状にすること
で、円筒波状の電波を平面波状の電波に変換する作用は
変わらない。つまり、誘電体レンズ１４Ａは片側を平面
としても両側凸レンズ形状の場合と同様に動作する。し
たがって、片側凸レンズ形状の誘電体レンズＡを上記実
施の形態１と同じように切断するため誘電体レンズ１４
Ａの厚さが薄くなり、重量が軽くなる。

【００４５】以上のように構成された実施の形態２に係
るレンズアンテナ装置では、誘電体レンズ１４Ａを片側
を平面とした凸レンズ形状にすることにより、レンズの
厚さを薄くすることができ、軽量化することができる。

【００４６】実施の形態３．この発明の実施の形態３に
係るレンズアンテナ装置について図面を参照しながら説
明する。図４は、この発明の実施の形態３に係るレンズ
アンテナ装置の構成を示す断面図である。

【００４７】アンテナを構成する部材は上記実施の形態
１と同様である。実施の形態１の構成と相違する点は、
誘電体レンズ１４Ｂの形状を両側凸レンズ形状から片側
凹レンズ形状、片側凸レンズ形状としたことである。誘
電体レンズ１４Ｂの形状は、誘電体レンズ１４Ｂの平面
アレーアンテナ１７側の面を球面形状とする。そして、
誘電体レンズ１４Ｂのビーム放射方向側の形状は一方の
断面が端よりも光軸１８方向で厚い放物線形状とする。

【００４８】次に、この実施の形態３の動作について説
明する。この実施の形態３の基本的動作は上記実施の形
態１と同様であるため、ここでは実施の形態１との相違
点について述べる。平面アレーアンテナ１７から放射さ
れる円筒波状の電波は、平面アレーアンテナ１７側の面
を球面形状とした誘電体レンズ１４Ｂを通過し、円筒波
状の電波は平面波状の電波に変換される。つまり、誘電
体レンズ１４Ｂの形状を平面アレーアンテナ１７側の面
を球面状とし、ビーム放射方向側を放物線形状としても
両側凸レンズ形状の場合と同様に動作する。したがっ
て、誘電体レンズ１４Ｂは球面に沿った形状となり、両
側凸レンズ形状の場合と比較してレンズの厚さが薄くな
り、重量が軽くなる。

【００４９】以上のように構成された実施の形態３に係
るレンズアンテナ装置では、誘電体レンズ１４Ｂの形状
について一方の片側を球面形状、他方の片側を光軸１８
方向で厚い放物線形状とすることにより、誘電体レンズ
１４Ｂの形状が球面に沿った形状となり、両側凸レンズ
形状の場合と比較してレンズの厚さを薄くでき、軽量
化、さらには小型化することができる。

【００５０】実施の形態４．この発明の実施の形態４に
係るレンズアンテナ装置について図面を参照しながら説
明する。図５は、この発明の実施の形態４に係るレンズ
アンテナ装置の誘電体レンズの構成を示す断面図であ
る。

【００５１】図５において、２２は誘電体レンズ１４Ａ
の周囲に設けた整合層、１４Ｃは誘電体レンズである。
なお、同一または相当のものは同じ符号で示す。

【００５２】整合層２２の構成方法は様々であるが、例
えば誘電体レンズ１４Ａの屈折率をｎ、誘電体レンズ１
４Ａの外部媒質の屈折率を１（空気や真空）とした場
合、√ｎの屈折率を有する誘電帯層を、１／４λｇ（λ
ｇ：整合層誘電体内における使用する電波の波長）の厚
みで誘電体レンズ１４Ａの表面に設置する方法が挙げら
れる。

【００５３】整合層のない誘電体レンズに電波が入射す
ると、誘電体レンズの表面で反射が起こる。反射した電
波は損失や不要な放射となり、アンテナ装置の性能を劣
化させる。この実施の形態４では、誘電体レンズ１４Ａ
の表面に整合層２２を設けることにより誘電体レンズ１
４Ｃを構成して上記反射を軽減し、アンテナ装置の性能
劣化を軽減できる利点を有する。この実施の形態４は、
前記の実施の形態１から３に適用できる。

【００５４】実施の形態５．この発明の実施の形態５に
係るレンズアンテナ装置について図面を参照しながら説
明する。図６は、この発明の実施の形態５に係るレンズ
アンテナ装置の誘電体レンズの構成を示す断面図であ
る。

【００５５】図６において、２３は誘電体レンズ１４Ｄ
の掘り込みであり、２４は掘り込み幅ｈである。なお、
同一または相当のものは同じ符号で示す。

【００５６】図６のように誘電体レンズ１４Ｄに掘り込
み２３を設けることをゾーニングと言う。誘電体レンズ
１４Ｄの屈折率をｎ、使用する電波の自由空間中の波長
をλ０とすると、掘り込み幅ｈは、ｈ＝λ０／（ｎ−
１）で表される。ゾーニングを施しても、誘電体レンズ
１４Ｄはゾーニングを施す前とほぼ同等の性能を有す
る。

【００５７】図７は、ゾーニングを施した誘電体レンズ
１４Ｄ（Ｂ）を平面から見た図である。前述したよう
に、誘電体レンズ１４Ｄは、円形の誘電体レンズＡから
楕円の誘電体レンズＢを切り取ったものである。誘電体
レンズ１４Ｄ上の掘り込み２３の線形は、図７に示すよ
うに、誘電体レンズＡの中心から同心円を描いたもので
ある。

【００５８】この実施の形態５では、誘電体レンズ１４
Ｄにゾーニングを施すことにより、レンズを薄くでき、
性能に影響を与えることなく重量を軽減できる利点を有
する。また、誘電体レンズ１４Ｄの薄型化により誘電体
レンズの通過損失を低減できる利点を有する。この実施
の形態５は、前記の実施の形態１から３に適用できる。

【００５９】実施の形態６．この発明の実施の形態６に
係るレンズアンテナ装置について図面を参照しながら説
明する。図８は、この発明の実施の形態６に係るレンズ
アンテナ装置の構成を示す断面図である。

【００６０】図８において、１１は天頂方向に向けたｚ
軸、１２は極座標系（ｒ，θ，φ）で定義したビームの
走査方向θ、１３は極座標系（ｒ，θ，φ）で定義した
ビームの走査方向φである。

【００６１】また、同図において、１４は断面が一方の
端よりも中心で厚い収束系レンズ（両側凸レンズ）を上
述したように切断した誘電体レンズ、１５は素子アンテ
ナ、１６は素子アンテナ１５を配置している平面基板、
１７は素子アンテナ１５と平面基板１６から成るｆ１付
近に共振周波数を有する平面アレーアンテナである。

【００６２】さらに、１８は誘電体レンズ１４の光軸、
１９は誘電体レンズ１４の焦点Ｆ、２５は楕円形状の周
波数選択鏡面（ＦＳＲ：Frequency Selective Reflecto
r）、２６はｆ２付近に共振周波数を有する円形の平面
アレーアンテナ（構成は平面アレーアンテナ１７と同
じ）、３０はレンズの端を通過する幾可光学的な光線で
ある。

【００６３】誘電体レンズ１４は、平面アレーアンテナ
１７のｚ軸方向上面に配置する。そして、誘電体レンズ
１４の光軸１８は、所望の広角方向のビーム走査特性を
得られるように、ｚ軸から所定の角度離角した方向に設
定する。また、誘電体レンズ１４の光軸１８はｚ軸を含
む平面内に含まれ、誘電体レンズ１４は円筒波状の電波
を平面波状の電波に変換するレンズの断面をｚ軸の周り
に回転させて形成される回転対称な形状になっている。
ｚ軸は平面基板１６に垂直である。

【００６４】機械的に回転させるのは誘電体レンズ１４
部分のみで、平面アレーアンテナ１７、平面アレーアン
テナ２６、ＦＳＲ２５等はすべて固定である。ＦＳＲ２
５はｆ１付近の周波数の電波は透過し、ｆ２付近の周波
数の電波は反射させる性質を持つ。

【００６５】次に、この実施の形態６の動作について説
明する。この実施の形態６の基本的動作は上記実施の形
態１と同様であるため、ここでは実施の形態１との相違
点について述べる。ｆ１付近に共振周波数を有する平面
アレーアンテナ１７から放射される電波はＦＳＲ２５を
透過し、誘電体レンズ１４を通過して光軸１８方向にビ
ームを形成する。

【００６６】一方、ｆ２付近に共振周波数を有する平面
アレーアンテナ２６から放射される電波はＦＳＲ２５で
反射され、誘電体レンズ１４を通過して光軸１８方向に
ビームを形成する。あるいは、光軸１８方向から到来す
るｆ２付近の周波数の電波がＦＳＲ２５で反射されｆ２
付近に共振周波数を有する平面アレーアンテナ２６で受
信する。

【００６７】以上のように構成された実施の形態６に係
るレンズアンテナ装置では、ＦＳＲ２５を設けｆ１付近
の周波数の電波を透過、ｆ２付近の周波数の電波を反射
することにより、異なる周波数帯において同時に送信、
受信、あるいは送受信することができる。この実施の形
態６は、前記の実施の形態１から３に適用できる。

【００６８】実施の形態７．この発明の実施の形態７に
係るレンズアンテナ装置について図面を参照しながら説
明する。図９は、この発明の実施の形態７に係るレンズ
アンテナ装置の構成を示す断面図である。

【００６９】図９において、１１は天頂方向に向けたｚ
軸、１２は極座標系（ｒ，θ，φ）で定義したビームの
走査方向θ、１３は極座標系（ｒ，θ，φ）で定義した
ビームの走査方向φである。

【００７０】また、同図において、１４は断面が一方の
端よりも中心で厚い収束系レンズ（両側凸レンズ）を上
述したように切断した誘電体レンズ、１５は素子アンテ
ナ、１６は素子アンテナ１５を配置している平面基板、
１７は素子アンテナ１５と平面基板１６から成るｆ１付
近に共振周波数を有する平面アレーアンテナである。

【００７１】さらに、同図において、１８は誘電体レン
ズ１４の光軸、１９は誘電体レンズ１４の焦点Ｆ、２５
は楕円形状の周波数選択鏡面（ＦＳＲ：Frequency Sele
ctive Reflector）、２６はｆ２付近に共振周波数を有
する円形の平面アレーアンテナ（構成は平面アレーアン
テナ１７と同じ）、２７は楕円形状の反射板、３０はレ
ンズの端を通過する幾可光学的な光線である。

【００７２】誘電体レンズ１４は、平面アレーアンテナ
１７のｚ軸方向上面に配置する。そして、誘電体レンズ
１４の光軸１８は、所望の広角方向のビーム走査特性を
得られるように、ｚ軸から所定の角度離角した方向に設
定する。また、誘電体レンズ１４の光軸１８はｚ軸を含
む平面内に含まれ、誘電体レンズ１４は円筒波状の電波
を平面波状の電波に変換するレンズの断面をｚ軸の周り
に回転させて形成される回転対称な形状になっている。
ｚ軸は平面基板１６に垂直である。

【００７３】機械的に回転させるのは誘電体レンズ１４
部分のみで、平面アレーアンテナ１７、平面アレーアン
テナ２６、ＦＳＲ２５、反射板２７等はすべて固定であ
る。ＦＳＲ２５はｆ１付近の周波数の電波は透過し、ｆ
２付近の周波数の電波は反射させる性質を持つ。

【００７４】次に、この実施の形態７の動作について説
明する。この実施の形態７の基本的動作は上記実施の形
態６と同様であるため、ここでは実施の形態６との相違
点について述べる。ｆ２付近に共振周波数を有する平面
アレーアンテナ２６をｆ１付近に共振周波数を有する平
面アレーアンテナ１７と同一平面上に配置する。ｆ２付
近に共振周波数を有する平面アレーアンテナ２６から放
射される電波は反射板２７で反射され、さらにＦＳＲ２
５で反射され、誘電体レンズ１４を通過して光軸１８方
向にビームを形成する。あるいは、光軸１８方向から到
来するｆ２付近の周波数の電波がＦＳＲ２５で反射さ
れ、さらに反射板２７で反射され、ｆ２付近に共振周波
数を有する平面アレーアンテナ２６で受信する。

【００７５】以上のように構成された実施の形態７に係
るレンズアンテナ装置では、ＦＳＲ２５を設けｆ１付近
の周波数の電波を透過、ｆ２付近の周波数の電波を反射
することにより、異なる周波数帯において同時に送信、
受信、あるいは送受信することができる。さらに、反射
板２７を設けることにより、ｆ１付近に共振周波数を有
する平面アレーアンテナ１７とｆ２付近に共振周波数を
有する平面アレーアンテナ２６を同一平面状に配置する
ことができ製作が容易になる。この実施の形態７は、前
記の実施の形態１から３に適用できる。

【００７６】

【発明の効果】この発明の請求項１に係るレンズアンテ
ナ装置は、以上説明したとおり、平面形状は楕円であっ
て、天頂方向に沿う軸から所定の角度傾けた広角方向を
光軸とし、前記楕円の長軸方向の断面は前記光軸側が厚
く光軸の反対側が薄い誘電体レンズと、前記誘電体レン
ズの焦点の内側で前記天頂方向に沿う軸に垂直に設置さ
れ、前記誘電体レンズの焦点から前記誘電体レンズを見
込む角度範囲内に配置され、前記誘電体レンズに給電す
る複数の放射素子から形成され、第１の周波数付近に共
振周波数を有する平面アレーアンテナと、前記誘電体レ
ンズを前記天頂方向に沿う軸の周りで回転させる回転機
構とを備えたので、放射素子数を低減することができ、
かつ、コストを低減することができるという効果を奏す
る。

【００７７】この発明の請求項２に係るレンズアンテナ
装置は、以上説明したとおり、前記誘電体レンズを、上
面及び下面が凸レンズ形状としたので、誘電体レンズを
小型化することができ、平面アレーアンテナを小さくす
ることができるという効果を奏する。

【００７８】この発明の請求項３に係るレンズアンテナ
装置は、以上説明したとおり、前記誘電体レンズを、上
面が平面形状で、下面が凸レンズ形状としたので、誘電
体レンズの厚さを薄くすることができ、軽量化すること
ができるという効果を奏する。

【００７９】この発明の請求項４に係るレンズアンテナ
装置は、以上説明したとおり、前記誘電体レンズを、上
面が凸レンズ形状で、下面が凹レンズ形状としたので、
誘電体レンズの厚さを薄くでき、軽量化、さらには小型
化することができるという効果を奏する。

【００８０】この発明の請求項５に係るレンズアンテナ
装置は、以上説明したとおり、前記誘電体レンズが、そ
の表面に整合層が設けられているので、反射を軽減し、
性能劣化を軽減できるという効果を奏する。

【００８１】この発明の請求項６に係るレンズアンテナ
装置は、以上説明したとおり、前記誘電体レンズに、ゾ
ーニングが施されているので、誘電体レンズを薄くで
き、性能に影響を与えることなく重量を軽減できるとい
う効果を奏する。

【００８２】この発明の請求項７に係るレンズアンテナ
装置は、以上説明したとおり、第２の周波数付近に共振
周波数を有する第２の平面アレーアンテナと、前記誘電
体レンズと前記平面アレーアンテナ及び前記第２の平面
アレーアンテナとの間に設けられ、前記第１の周波数の
電波を透過し、前記第２の周波数の電波を反射する周波
数選択鏡面とをさらに備えたので、異なる周波数帯にお
いて同時に送信、受信、あるいは送受信することができ
るという効果を奏する。

【００８３】この発明の請求項８に係るレンズアンテナ
装置は、以上説明したとおり、前記第２の平面アレーア
ンテナと前記周波数選択鏡面との間に設けられた反射板
をさらに備え、前記平面アレーアンテナ及び前記第２の
平面アレーアンテナを同一平面に配置したので、異なる
周波数帯において同時に送信、受信、あるいは送受信す
ることができ、製作が容易になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係るレンズアンテ
ナ装置の構成を示す図である。

【図２】 この発明の実施の形態１に係るレンズアンテ
ナ装置の誘電体レンズを切り取る方法を説明するための
図である。

【図３】 この発明の実施の形態２に係るレンズアンテ
ナ装置の構成を示す図である。

【図４】 この発明の実施の形態３に係るレンズアンテ
ナ装置の構成を示す図である。

【図５】 この発明の実施の形態４に係るレンズアンテ
ナ装置の誘電体レンズの構成を示す断面図である。

【図６】 この発明の実施の形態５に係るレンズアンテ
ナ装置の誘電体レンズの構成を示す断面図である。

【図７】 この発明の実施の形態５に係るレンズアンテ
ナ装置の誘電体レンズ上の掘り込みの形状を示す平面図
である。

【図８】 この発明の実施の形態６に係るレンズアンテ
ナ装置の構成を示す図である。

【図９】 この発明の実施の形態７に係るレンズアンテ
ナ装置の構成を示す図である。

【図１０】 従来のレンズアンテナ装置の構成を示す図
である。

【符号の説明】

１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ 誘電体レン
ズ、１５ 素子アンテナ、１６ 平面基板、１７ 平面
アレーアンテナ、２１ 回転機構、２５ 周波数選択鏡
面（ＦＳＲ）、２６ 平面アレーアンテナ、２７ 反射
板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千葉 勇 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 浦崎 修治 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5J020 AA02 BB01 BB08 BC04 CA04 DA10 5J021 AA05 AA06 AA11 AB01 BA03 DA03 GA02 HA01 HA07 JA07

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面形状は楕円であって、天頂方向に沿
   う軸から所定の角度傾けた広角方向を光軸とし、前記楕
   円の長軸方向の断面は前記光軸側が厚く光軸の反対側が
   薄い誘電体レンズと、 前記誘電体レンズの焦点の内側で前記天頂方向に沿う軸
   に垂直に設置され、前記誘電体レンズの焦点から前記誘
   電体レンズを見込む角度範囲内に配置され、前記誘電体
   レンズに給電する複数の放射素子から形成され、第１の
   周波数付近に共振周波数を有する平面アレーアンテナ
   と、 前記誘電体レンズを前記天頂方向に沿う軸の周りで回転
   させる回転機構とを備えたことを特徴とするレンズアン
   テナ装置。
2. 【請求項２】 前記誘電体レンズは、上面及び下面が凸
   レンズ形状であることを特徴とする請求項１記載のレン
   ズアンテナ装置。
3. 【請求項３】 前記誘電体レンズは、上面が平面形状
   で、下面が凸レンズ形状であることを特徴とする請求項
   １記載のレンズアンテナ装置。
4. 【請求項４】 前記誘電体レンズは、上面が凸レンズ形
   状で、下面が凹レンズ形状であることを特徴とする請求
   項１記載のレンズアンテナ装置。
5. 【請求項５】 前記誘電体レンズは、その表面に整合層
   が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項
   ４までのいずれかに記載のレンズアンテナ装置。
6. 【請求項６】 前記誘電体レンズは、ゾーニングが施さ
   れていることを特徴とする請求項１から請求項４までの
   いずれかに記載のレンズアンテナ装置。
7. 【請求項７】 第２の周波数付近に共振周波数を有する
   第２の平面アレーアンテナと、 前記誘電体レンズと前記平面アレーアンテナ及び前記第
   ２の平面アレーアンテナとの間に設けられ、前記第１の
   周波数の電波を透過し、前記第２の周波数の電波を反射
   する周波数選択鏡面とをさらに備えたことを特徴とする
   請求項１から請求項４までのいずれかに記載のレンズア
   ンテナ装置。
8. 【請求項８】 前記第２の平面アレーアンテナと前記周
   波数選択鏡面との間に設けられた反射板をさらに備え、 前記平面アレーアンテナ及び前記第２の平面アレーアン
   テナを同一平面に配置したことを特徴とする請求項７記
   載のレンズアンテナ装置。