JP2010063051A - レンズアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】電波の反射損失を低減することが可能な平板状のレンズアンテナを提供する。
【解決手段】このレンズアンテナ１は、電波を透過する平板状のレンズ本体２と、電波の反射損失を低減するようにレンズ本体２のレンズ中心軸方向の少なくとも片側に設けられており、レンズ中心軸Ｃｅから周縁までの距離Ｒがレンズ本体２と略同一の平板状の反射防止体３Ａと、を備えてなり、レンズ本体２と反射防止体３Ａはともに、基板２１、３１上に小さな金属薄片２２、３２が多数設けられた層２０、３０から構成されており、金属薄片２２、３２の寸法がレンズ中心軸Ｃｅからから直交方向の距離に応じて異ならせてある。
【選択図】図２

Description

本発明は、準ミリ波〜ミリ波の帯域での使用に好適なレンズアンテナに関する。

近年、準ミリ波〜ミリ波の帯域でのアンテナは、自動車用レーダーや無線ＬＡＮなどの多様な分野において研究開発が進められている。この帯域では、通常、高い利得が必要な場合はパラボラアンテナ、標準的なもの又は測定系としてはホーンアンテナ、フェーズドアレイアンテナなどの高級なものの基本アンテナとしてはパッチアンテナ、が用いられているものの、これらのアンテナは構造が複雑であり、高価である。

これらのアンテナに比べて簡単な構造である誘電体レンズアンテナが知られている。誘電体レンズアンテナは、光学レンズと同様の考えで、電波を透過して収束させようとするものである。この誘電体レンズアンテナは、通常の光学レンズのような曲面を有する形状とするものが一般であるが、平板状のものも提案されている。例えば、特許文献１のように異なる比誘電率の材料を円環状に配置したり、特許文献２のように多数の貫通孔を形成したりすることによって比誘電率に空間分布を持たせたものが提案されている。

また、本願発明者らは、非特許文献１において、平板状のレンズ本体に小さな円盤状の金属薄片を多数設けることによって人工的に誘電体と等価な比誘電率を得、この金属薄片の寸法（レンズ中心軸に対して直交方向の寸法）をレンズ中心軸からの距離に応じて異ならせることにより比誘電率に空間分布を持たせたロープロファイル（薄型）のレンズアンテナを提案している。図１１（ａ）は、非特許文献１のレンズアンテナとして例示されたものの１つと同様のレンズアンテナ１０１をレンズ中心軸方向に拡大して示した簡略側面図である。レンズアンテナ１０１は、レンズ本体２が複数の層（レンズ層）２０、２０、・・・を重ね合わされて構成されている。レンズ層２０、２０、・・・の枚数は、例えば、１０枚程度である。レンズアンテナ１０１は、例えば、半径Ｒが２５ｍｍ、厚みｔ_Ｌが１．４０ｍｍとしている。図中のＣｅは、レンズアンテナ１０１のレンズ中心軸である。図１１（ｂ）は、レンズ層２０を更にレンズ中心軸方向に拡大して示した簡略側面図である。図１２は、レンズ層２０の正面図であり、（ａ）は奇数枚目のレンズ層２０、（ｂ）は偶数枚目のレンズ層２０を示している。各レンズ層２０には、基板２１上に小さな金属薄片２２が多数設けられており、金属薄片２２の寸法がレンズ中心軸Ｃｅから直交方向の距離ｒに応じて異ならせてある。図１２（ａ）に示す奇数枚目のレンズ層２０における金属薄片２２と（ｂ）に示す偶数枚目のレンズ層２０における金属薄片２２は、正面視で、互いの隙間に位置し、奇数枚目のレンズ層２０と偶数枚目のレンズ層２０を交互に重ねることで、金属薄片２２の面心正方配列を形成している。

特開平７−８６８２７号公報 特開２００１−８５９３６号公報 Ｉ．Ａｗａｉ，Ｓ．Ｋｉｄａ ａｎｄ Ｏ．Ｍｉｚｕｅ、"Ｖｅｒｙ ｔｈｉｎ ａｎｄ ｆｌａｔ ｌｅｎｓ ａｎｔｅｎｎａ ｍａｄｅ ｏｆ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ"、Ｐｒｏｃ ｏｆ ２００７ Ｋｏｒｅａ Ｊａｐａｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、２００７年１０月、ｐｐ．１７７−１８０

このレンズアンテナ１０１では、金属薄片２２の寸法は、金属薄片２２の寸法と比誘電率ε_Ｌとの関係を導いておき、電波の収束条件からレンズ本体２の各位置の比誘電率ε_Ｌを決め、比誘電率ε_Ｌに応じた金属薄片２２の寸法を選択することになる。図１３は、本願発明者がシミュレーションを行って導いた比誘電率ε_Ｌと金属薄片２２の寸法（半径ρ）との関係を示す特性図である。シミュレーションは、面心正方配列のレンズ本体２を一定の大きさの単位セルから構成し、その単位セルについて行った。図１４は、単位セルの斜視図である。単位セルは、縦Ｌｃ、横Ｗｃが各々４ｍｍ、厚さｔｃが基板２１の厚み０．１２２ｍｍ、金属薄片２２の厚み１８μｍのレンズ層２枚分とした。基板２１は、比誘電率が３．２７の三菱ガス化学製ＣＣＬ８７０Ｍを想定した。シミュレーションソフトは、電磁界分布のシミュレータであるアンソフト社製ＨＦＳＳを用いた。

図１３に示すように、比誘電率ε_Ｌは金属薄片２２の半径ρの増加に伴って大きくなり、金属薄片の半径ρが約１．２ｍｍで比誘電率ε_Ｌが１００以上とすることができる。１００程度の比誘電率ε_Ｌを用いると、平板状のレンズ本体２の厚さを極めて薄くすることが可能である。しかし、レンズ本体２の比誘電率ε_Ｌを高くすると、空気中から進入する電波にとっての大きな不整合を生じさせることになり、その結果、電波の反射損失が大きくなる。

本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、電波の反射損失を低減することが可能な平板状のレンズアンテナを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載のレンズアンテナは、電波を透過する平板状のレンズ本体と、電波の反射損失を低減するようにレンズ本体のレンズ中心軸方向の少なくとも片側に設けられており、レンズ中心軸から周縁までの距離がレンズ本体と略同一の平板状の反射防止体と、を備えてなることを特徴とする。

請求項２に記載のレンズアンテナは、請求項１に記載のレンズアンテナにおいて、前記反射防止体はレンズ本体の両側に設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載のレンズアンテナは、請求項１又は２に記載のレンズアンテナにおいて、前記レンズ本体と前記反射防止体はともに、基板上に小さな金属薄片が多数設けられた層から構成されており、金属薄片の寸法がレンズ中心軸から直交方向の距離に応じて異ならせてあることを特徴とする。

請求項４に記載のレンズアンテナは、請求項３に記載のレンズアンテナにおいて、前記レンズ本体と前記反射防止体の金属薄片は、フォトエッチングにより形成されていることを特徴とする。

請求項５に記載のレンズアンテナは、請求項３又は４に記載のレンズアンテナにおいて、前記金属薄片の寸法は、金属薄片の寸法と比誘電率との関係と、反射防止体と空気との境における反射防止体側のインピーダンス及び反射防止体とレンズ本体との境におけるレンズ本体側のインピーダンスを少なくとも用いて、前記反射防止体と空気との境における反射係数がゼロ又は定数値となるように導かれた反射防止体の比誘電率とレンズ本体の比誘電率との関係と、電波がレンズアンテナを透過したときの位相シフト量と反射防止体の比誘電率及びレンズ本体の比誘電率との関係と、焦点から放射された電波がレンズアンテナを透過したときに平面波になるように導かれた位相シフト量とレンズ中心軸から直交方向の距離との関係と、を用いて導かれたものであることを特徴とする。

請求項６に記載のレンズアンテナは、請求項３乃至５のいずれかに記載のレンズアンテナにおいて、前記反射防止体の厚みを前記レンズ本体の厚みよりも大きくしたことを特徴とする。

本発明のレンズアンテナによれば、平板状のレンズ本体のレンズ中心軸方向の少なくとも片側に平板状の反射防止体を設けているので、全体が平板状であり、しかも、電波の反射損失を低減することが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は、本発明の実施形態に係るレンズアンテナ１の全体構成をレンズ中心軸方向に拡大して示した簡略側面図である。このレンズアンテナ１は、上記のレンズアンテナ１０１と同様の電波を透過する平板状のレンズ本体２を備え、更にその両側に２つの平板状の反射防止体３Ａ、３Ｂを備える。レンズ本体２と反射防止体３Ａ、３Ｂは、そのレンズ中心軸Ｃｅから直交方向の周縁までの距離Ｒが略同一である。レンズ本体２は、複数の層（レンズ層）２０、２０、・・・が重ね合わされて構成されており、反射防止体３Ａ、３Ｂも同様に複数の層（反射防止層）３０、３０、・・・が重ね合わされて構成されている。レンズ本体２と反射防止体３Ａ、３Ｂの大きさは、レンズアンテナ１を適用する機器の電波周波数ｆとレンズアンテナ１に割り当てられた設置スペースを考慮して決められるが、この実施形態では、レンズ本体２と反射防止体３Ａ、３Ｂの半径Ｒを２５ｍｍ、レンズ本体２の厚みｔ_Ｌ、反射防止体３Ａ、３Ｂの厚みｔ_Ａをともに１．４０ｍｍとしてある。図１（ｂ）は、レンズ層２０を更にレンズ中心軸方向に拡大して示した簡略側面図である。

図２は、レンズ層２０と反射防止層３０の正面図である。（ａ）は奇数枚目のレンズ層２０、（ｂ）は偶数枚目のレンズ層２０、（ｃ）は奇数枚目の反射防止層３０、（ｄ）は偶数枚目の反射防止層３０を示している。各レンズ層２０には、基板２１上に小さな円盤状の金属薄片２２が多数設けられており、金属薄片２２の寸法がレンズ中心軸Ｃｅから直交方向の距離ｒに応じて異ならせてある。そして、奇数枚目のレンズ層２０における金属薄片２２と偶数枚目のレンズ層２０における金属薄片２２は、正面視で、互いの隙間に位置し、奇数枚目のレンズ層２０と偶数枚目のレンズ層２０を交互に重ねることで、金属薄片２２の面心正方配列を形成したレンズ本体２を構成している。また、反射防止層３０には、基板３１上に小さな円盤状の金属薄片３２が多数設けられており、金属薄片３２の寸法がレンズ中心軸Ｃｅから直交方向の距離ｒに応じて異ならせてある。そして、奇数枚目の反射防止層３０における金属薄片３２と偶数枚目の反射防止層３０における金属薄片３２は、正面視で、互いの隙間に位置し、奇数枚目の反射防止層３０と偶数枚目の反射防止層３０を交互に重ねることで、金属薄片３２の面心正方配列を形成した反射防止体３Ａ、３Ｂを構成している。

金属薄片２２及び金属薄片３２は、例えば、ＣｕやＡｇなどからなり、厚みは１５〜２０μｍ程度としている。レンズ本体２と反射防止体３Ａ、３Ｂにおける多様な寸法の金属薄片２２、３２は、フォトエッチングにより容易に形成することができる。ここで重要な点は、反射防止体３Ａ、３Ｂがレンズ本体２と同様の基板とプロセスにより容易に製造できるという点である。

レンズ層２０と反射防止層３０における金属薄片２２、３２の好ましい寸法を決める設計方式を以下に説明する。この設計方式は、（Ａ）：金属薄片２２の寸法と比誘電率ε_Ｌとの関係（同様の金属薄片３２の寸法と比誘電率ε_Ａとの関係）の導出、（Ｂ）：反射防止体３Ａと空気との境における反射防止体３Ａ側のインピーダンスＺｉ、反射防止体３Ａとレンズ本体２との境におけるレンズ本体２側のインピーダンスＺｊ、レンズ本体２と反射防止体３Ｂとの境における反射防止体３Ｂ側のインピーダンスＺｋを用いて、反射防止体３Ａと空気との境における反射係数Ｒｅがゼロとなる（電波の無反射条件を満足する）ような反射防止体３Ａ、３Ｂの比誘電率ε_Ａとレンズ本体２の比誘電率ε_Ｌとの関係の導出、（Ｃ）：反射防止体３Ａに入射した電波がレンズアンテナ１全体を透過したときの位相シフト量Φと比誘電率ε_Ａ及び比誘電率ε_Ｌとの関係の導出、（Ｄ）：レンズアンテナ１のレンズ中心軸Ｃｅ上に有って反射防止体３Ａの外部に位置する焦点４から放射された電波がレンズアンテナ１を透過したときに全て同位相になる（平面波になる）ような位相シフト量Φとレンズ中心軸Ｃｅから直交方向の距離ｒとの関係の導出、（Ｅ）：上記（Ｄ）から上記（Ａ）に各々の関係をたどるようにして金属薄片２２、３２の寸法の導出、を行うものである。以下、詳細を順次説明する。

なお、具体的に数値を入れて計算するときは、電波周波数ｆを１８ＧＨｚとし、レンズ本体２のレンズ層２０の枚数は１０枚、反射防止体３Ａの反射防止層３０の枚数は１０枚、反射防止体３Ｂの反射防止層３０の枚数は１０枚とし、レンズ本体２の厚みｔ_Ｌ、反射防止体３Ａ、３Ｂの厚みｔ_Ａはともに１．４０ｍｍとし、基板２１及び基板３１の比誘電率は３．２７とし、焦点距離ｆｏはレンズアンテナ１への入射漏れ（スピルオーバー）による損失を少なくするために２ｃｍとして計算している。

上記設計方式（Ａ）を説明する。金属薄片２２の半径ρと比誘電率ε_Ｌとの関係は、発明が解決しようとする課題の欄で説明した図１３のとおり導かれ、同様の関係が金属薄片３２の半径ρと比誘電率ε_Ａにも適用される。

上記設計方式（Ｂ）を説明する。電波の無反射条件は、空気と反射防止体３Ａとの境において空気側から入射した電波の反射係数Ｒｅが０となるように、次の（１）式で与えられる。Ｚ_０、Ｚｉはそれぞれ、空気のインピーダンス、空気と反射防止体３Ａとの境における反射防止体３Ａ側のインピーダンスである。

レンズアンテナ１は、媒質の違いから、図３（ａ）の等価回路図のように表され、空気と反射防止体３Ａとの境における反射防止体３Ａ側のインピーダンスＺｉ、反射防止体３Ａとレンズ本体２との境におけるレンズ本体２側のインピーダンスＺｊ、レンズ本体２と反射防止体３Ｂとの境における反射防止体３Ｂ側のインピーダンスＺｋはそれぞれ、次の（２）〜（４）式で与えられる。

ここで、Ｚ_０、Ｚ_Ａ、Ｚ_Ｌ、β_０、β_Ａ、β_Ｌは次の（５）〜（１０）式で与えられるものである。ε_０とμ_０はそれぞれ、空気の誘電率と透磁率である。μ_Ａとμ_Ｌはそれぞれ、反射防止体３Ａ、３Ｂとレンズ本体２の比透磁率である。

上記（１）式を、簡略のため比透磁率μ_Ｌ、μ_Ａを１として解くと、図３（ｂ）に示すように、比誘電率ε_Ａは比誘電率ε_Ｌに対して複数の解を有する関数の関係となる。こうして、比誘電率ε_Ａは比誘電率ε_Ｌの値に対してどのような値を取るべきかが決められる。

この設計方式（Ｂ）で重要な点は、レンズアンテナ１は平板状である上に極めて薄く、また、適用の電波は非常にコヒーレントであるために、レンズアンテナ１の両側における反射と透過（すなわち、空気と反射防止体３Ａとの境、反射防止体３Ａとレンズ本体２との境、レンズ本体２と反射防止体３Ｂとの境、反射防止体３Ｂと空気との境、における反射と透過）による干渉を考慮して設計を行っていることである。この点は、光学レンズにおいては、レンズ形状が曲面であり、光線がインコヒーレントであることから、レンズの両面における反射と透過による干渉を考慮する必要がない点と異なる。

上記設計方式（Ｃ）を説明する。位相シフト量Φは、反射防止体３Ａ、３Ｂの比誘電率ε_Ａ及びレンズ本体２の比誘電率ε_Ｌとの関数であって、次の式（１１）で与えられる。

ここで、図３（ｂ）に示した比誘電率ε_Ａと比誘電率ε_Ｌとの関係を用いると、位相シフト量Φと比誘電率ε_Ｌは、図４に示すような関係となる。

上記設計方式（Ｄ）を説明する。図５（ａ）は、焦点４から放射された電波のレンズアンテナ１における様子を表した模式図である。次の式（１２）から、位相シフト量Φとレンズ中心軸Ｃｅから直交方向の距離ｒとの関係を求める。

ここで、レンズ本体２の周縁（ｒ＝Ｒ）において、金属薄片２２が存在しないようにすると、比誘電率ε_Ｌは基板２１自体の比誘電率（＝３．２７）となるので、図４より、レンズアンテナ１の周縁における位相シフト量Φ（Ｒ）は０．９２π［ｒａｄ］となる。この値を式（１２）の周縁における次の式（１２’）に代入すると、レンズ中心軸Ｃｅ上における位相シフト量Φ（０）が求まる。

図５（ｂ）は、こうして導出した位相シフト量Φとレンズ中心軸Ｃｅから直交方向の距離ｒとの関係を示す図である。位相シフト量Φは、距離ｒが大きくなるに従って小さくなっている。なお、図の点線の部分は後述する。

上記設計方式（Ｅ）を説明する。図６は、図５（ｂ）を第１象限に、図４を第２象限に、図３（ｂ）を第３象限に置いて、それらを組み合わせた図である。よって、図６のＸ軸の正の値はレンズ中心軸Ｃｅから直交方向の距離ｒ、Ｙ軸の正の値は位相シフト量Φ、Ｘ軸の負の値は比誘電率ε_Ｌ、Ｙ軸の負の値は比誘電率ε_Ａである。図６を用いると、第１象限でレンズ中心軸Ｃｅから直交方向の距離ｒに応じた位相シフト量Φを求め、第２象限で位相シフト量Φを満足する比誘電率ε_Ｌを求め、第３象限で比誘電率ε_Ｌから比誘電率ε_Ａを求めることができる。こうして、レンズ中心軸Ｃｅから直交方向の距離ｒに対応した比誘電率ε_Ｌと比誘電率ε_Ａが導き出される。そして、上記図１３を用いて、比誘電率ε_Ｌと比誘電率ε_Ａに対応するレンズ層２０と反射防止層３０における金属薄片２２、３２の半径ρを求める。

このようにして設計すると、図２で示したレンズ層２０と反射防止層３０において、多様な寸法の金属薄片２２、３２の具体的な空間分布が得られる。なお、この空間分布は、レンズ中心軸Ｃｅから直交方向の距離ｒが大きくなるにつれて単純に金属薄片２２、３２の寸法（半径ρ）が小さくなるものとは限らない。

このレンズアンテナ１を試作して本願発明者が行った実験について、以下説明する。図７は実験の構成図である。無響室５０の中で、周波数ｆが１７ＧＨｚであって±１８０度の方向を中心として３２度の半値の指向性の電波を放射する長方形のパッチアンテナ（１次放射器）５１と電波を収束するレンズアンテナ１と電波を受信するホーンアンテナ５２を設置した。レンズアンテナ１はパッチアンテナ５１から焦点距離ｆｏである２ｃｍの距離で、±１８０度の方向に位置し、ホーンアンテナ５２は、レンズアンテナ１から２．５ｍの距離にあって、周波数ｆが１７ＧＨｚの電波の利得を測定した。図８は、その結果の指向性図である。（ａ）上記のレンズアンテナ１を用いた場合のもの、（ｂ）は反射防止体３Ａ、３Ｂを取り除いてレンズ本体２のみを用いた場合のもの、（ｃ）はパッチアンテナとホーンアンテナの間に何も取り付けない場合のものである。図８において、下方向が±１８０度の方向であり、最大半径の円が−５０ｄＢを示し、順にその内側の円は、−６０ｄＢ、−７０ｄＢ、−８０ｄＢを示す。図８によると、反射防止体３Ａ、３Ｂがない（ｂ）の場合では反射の量が多いが、反射防止体３Ａ、３Ｂが設けられた（ａ）の場合では反射の量は減少している。

なお、図４においては、位相シフト量Φが１．４２π〜１．９４π［ｒａｄ］ではそれに対応するε_Ｌの値が存在していない。そのために、図５（ｂ）の点線で示すように、実際、その間は１．４２π［ｒａｄ］か１．９４π［ｒａｄ］のどちらかを当てはめたものを実験では用いた。図８における±１８０度の位置で、（ａ）の場合の利得が（ｂ）の場合の利得よりも高くはなっていないのは、このことが原因と推測される。この±１８０度の位置での利得を高めるには、多少の反射を甘受することになっても位相シフト量Φが１．４２π〜１．９４π［ｒａｄ］となる半径ｒでは反射防止の設計を行わないようにすることもできるが、望ましくは、図４において位相シフト量Φに対応するε_Ｌが存在していない範囲が小さくなるように、更に複雑な設計を行う。具体的には、上記（１）式の無反射条件を緩めるか、或いは、反射防止体３Ａ、３Ｂを構成する反射防止層３０の金属薄片３２によって得られる比誘電率ε_Ａをレンズ中心軸方向に徐々に変えることなどが可能である。その中で、レンズ本体２の厚みｔ_Ｌ（すなわち、レンズ層２０の枚数）と反射防止体３Ａ、３Ｂの厚みｔ_Ａ（すなわち、反射防止層３０の枚数）を調整するのが、簡単でありながら、以下に説明するように非常に効果的である。

上記設計方式において、具体的数値を、レンズ本体２のレンズ層２０の枚数は６枚、反射防止体３Ａの反射防止層３０の枚数は１２枚、反射防止体３Ｂの反射防止層３０の枚数は１２枚とし、レンズ本体２の厚みｔ_Ｌ、は０．８４ｍｍ、反射防止体３Ａ、３Ｂの厚みｔ_Ａは１．６８ｍｍとし、その他は上記と同様にして計算した。そうすると、比誘電率ε_Ａと比誘電率ε_Ｌは図３（ｂ）と異なる図９に示すような関係となり、位相シフト量Φと比誘電率ε_Ｌは図４と異なる図１０（ａ）に示すような関係となる。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の一部を拡大したものである。図１０（ｂ）によると、位相シフト量Φに対応するε_Ｌが存在していない範囲は１．６８π〜１．７０π［ｒａｄ］であり、極めて小さい。従って、図５（ｂ）の点線で示す部分も極めて小さくすることができる。

このように、反射防止体３Ａ、３Ｂの厚みｔ_Ａをレンズ本体２の厚みｔ_Ｌよりも大きくすることは、位相シフト量Φに対応するε_Ｌが存在していない範囲を小さくするという点で好ましい結果が得られ、レンズ本体２のレンズ層２０の枚数は１０枚、反射防止体３Ａの反射防止層３０の枚数は１５枚、反射防止体３Ｂの反射防止層３０の枚数は１５枚としても、図１０と同様に、位相シフト量Φに対応するε_Ｌが存在していない範囲が極めて小さい位相シフト量Φと比誘電率ε_Ｌの関係が得られることを確認した。

以上、本発明の実施形態に係るレンズアンテナ１について説明した。レンズアンテナ１は、透過型であるため電波の反射損失を本質的に多少は必ず有してしまうものであるが、反射防止体３Ａ、３Ｂを設けることにより反射損失を大きく低減することができる。また、レンズアンテナ１は、全体が平板状であり、ロープロファイル（薄型）性を維持できる。従って、レンズアンテナ１と１次放射器の複合体を最適化して小さなものにすることができ、また、既存のアンテナ（例えば、パラボラアンテナ、ホーンアンテナ、パッチアンテナなど）の前面にレンズアンテナ１を単に設置することによって、簡便に不足している利得を増大させることもできる。

本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、レンズ本体２の両側に反射防止体３Ａ、３Ｂが設けてあるものについて述べたが、電波が反射防止体３Ａ側の外部からのみレンズアンテナ１に入射する場合などには、反射防止体３Ｂを省略することも可能である。また、上記実験に関して述べたように、無反射の条件を緩めて、空気と反射防止体３Ａとの境において入射した電波の反射係数Ｒｅが０ではない微小な定数値（例えば、−１０ｄＢ）とした設計を行うこともできる。

本発明の実施形態に係るレンズアンテナの構成を示す簡略側面図である。 同上のレンズアンテナを構成するレンズ層と反射防止層の例示の正面図である。 同上のレンズアンテナの等価回路図及び比誘電率ε_Ａと比誘電率ε_Ｌとの関係を示す図である。 同上のレンズアンテナの位相シフト量Φと比誘電率ε_Ｌとの関係を示す図である。 同上のレンズアンテナの焦点から放射された電波のレンズアンテナにおける様子を表した模式図と、位相シフト量Φとレンズ中心軸Ｃｅから直交方向の距離ｒとの関係を示す図であるである。 図５（ｂ）と図４と図３（ｂ）を組み合わせた図である。 本願発明者が同上のレンズアンテナを用いて行った実験の構成図である。 同上の実験の結果の指向性図である。 同上のレンズアンテナの別の数値的条件を適用した比誘電率ε_Ａと比誘電率ε_Ｌとの関係を示す図である。 同上のレンズアンテナの別の数値的条件を適用した位相シフト量Φと比誘電率ε_Ｌとの関係を示す図である。 従来のレンズアンテナを示す簡略側面図である。 従来のレンズアンテナを構成するレンズ層の例示の正面図である。 本願発明者が導いた比誘電率ε_Ｌと金属薄片の寸法（半径ρ）との関係を示す特性図である。 本願発明者がシミュレーションに用いた単位セルの斜視図である。

符号の説明

１ レンズアンテナ
２ レンズ本体
２０ レンズ層
２２ レンズ層の金属薄片
３Ａ、３Ｂ 反射防止体
３０ 反射防止層
３２ 反射防止層の金属薄片
Ｃｅ レンズ中心軸
ｆ 電波周波数
ｆｏ 焦点距離
Φ 位相シフト量
ｒ レンズ本体と反射防止体のレンズ中心軸からの距離
Ｒ レンズ本体と反射防止体の半径
ｔ_Ａ 反射防止体の厚み
ｔ_Ｌ レンズ本体の厚み
ε_Ａ 反射防止体の比誘電率
ε_Ｌ レンズ本体の比誘電率
ρ 金属薄片の半径

Claims (6)

1. 電波を透過する平板状のレンズ本体と、
   電波の反射損失を低減するようにレンズ本体のレンズ中心軸方向の少なくとも片側に設けられており、レンズ中心軸から周縁までの距離がレンズ本体と略同一の平板状の反射防止体と、
   を備えてなることを特徴とするレンズアンテナ。
2. 請求項１に記載のレンズアンテナにおいて、
   前記反射防止体はレンズ本体の両側に設けられていることを特徴とするレンズアンテナ。
3. 請求項１又は２に記載のレンズアンテナにおいて、
   前記レンズ本体と前記反射防止体はともに、基板上に小さな金属薄片が多数設けられた層から構成されており、金属薄片の寸法がレンズ中心軸から直交方向の距離に応じて異ならせてあることを特徴とするレンズアンテナ。
4. 請求項３に記載のレンズアンテナにおいて、
   前記レンズ本体と前記反射防止体の金属薄片は、フォトエッチングにより形成されていることを特徴とするレンズアンテナ。
5. 請求項３又は４に記載のレンズアンテナにおいて、
   前記金属薄片の寸法は、
   金属薄片の寸法と比誘電率との関係と、
   反射防止体と空気との境における反射防止体側のインピーダンス及び反射防止体とレンズ本体との境におけるレンズ本体側のインピーダンスを少なくとも用いて、前記反射防止体と空気との境における反射係数がゼロ又は定数値となるように導かれた反射防止体の比誘電率とレンズ本体の比誘電率との関係と、
   電波がレンズアンテナを透過したときの位相シフト量と反射防止体の比誘電率及びレンズ本体の比誘電率との関係と、
   焦点から放射された電波がレンズアンテナを透過したときに平面波になるように導かれた位相シフト量とレンズ中心軸から直交方向の距離との関係と、
   を用いて導かれたものであることを特徴とするレンズアンテナ。
6. 請求項３乃至５のいずれかに記載のレンズアンテナにおいて、
   前記反射防止体の厚みを前記レンズ本体の厚みよりも大きくしたことを特徴とするレンズアンテナ。

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