JP2020017878A - レンズアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配線による損失を改善させたレンズアンテナ装置を提供する。【解決手段】レンズアンテナ装置１は、レンズ２、３と放射器６、７の放射方向と所定の角度を有する反射板４、５を有する。放射器６、７から放射された電磁波は反射板４，５に反射してレンズ２、３に入射する。外部から入射する入射電磁波もレンズ２、３を通過し、反射板４、５に反射して放射器６、７に入射する。２つの放射器６、７は隣接して、かつ、一直線上で逆向きに配置される。これにより、放射器６、７とＩＣチップとの配線９、１０の長さを短くする。【選択図】図１

Description

本発明は、レンズアンテナ装置に関する。更に詳しくは、配線による損失を改善させたレンズアンテナ装置に関する。

アンテナは、電波を送信・受信するための素子であり、従来からダイポール、八木アンテナ、ループアンテナは、ラジオ放送、テレビ放送、無線通信に利用されてきた。近年、電子機器の小型化と共に低電力化が進んでおり、小型のアンテナの重要度が増している。このような状況の中で、小型のアンテナは、低電力のため通信距離に制限があるが、ＲＦＩＤ（Radio-frequency identification）、携帯端末、センサー等に活用されている。

この中で、レンズアンテナとは、レンズの収束性を利用して、通信感度を向上させたアンテナである。アンテナの開口面の前方と周囲に誘電体のレンズを配置し、電磁波がレンズの収束性のために、アンテナの開口面の焦点となる。これにより、アンテナの指向性が向上し、通信機の場合は通信距離が長くなり、検知器の場合は検知感度が向上する。レンズアンテナ装置は、安価であるため様々な形態のものが提案されている。

例えば、特許文献１では、半球レンズで電波ビームを集束する半球型レンズアンテナと、半球型レンズアンテナの向きを機械的に制御しているレンズアンテナ装置が提案されている。このように半球型レンズアンテナの向きを機械的に制御すると、電波反射板に対する反射角が調整可能になる。また、特許文献２では、パッチアンテナと砲弾形状の誘電体レンズを用いたレンズアンテナを備えた速度センサーが提案されている。

高い指向性が求められるレンズアンテナの場合、レンズアンテナの受信感度を向上させるために、導波管を利用して、同軸線等でレンズアンテナを制御器に接続している。例えば、図２に、従来のレンズアンテナ装置３０を図示している。この例では、レンズ３１、３２が（１次）放射器３３，３４の前方に設置されており、放射器３３，３４の出力は、配線３６、３７でＩＣチップ３５に接続されている。

放射器３３，３４は、それぞれレンズ３１、３２の焦点に設置されるため、レンズ３１、３２に入力された電磁波が効率的に放射器３３，３４に入射され、又は、放射器３３、３４から発振される電磁波がレンズ３１、３２を通って高い指向性を有する。

特開２０１０−３４７５４号公報 特開２０１４−１５５１３４号公報

しかながら、図２に図示したようなレンズアンテナ装置３０において、高利得化するためには、レンズ３１、３２を大型化しなければならない。レンズ３１、３２を大型化すると、送信用と受信用の（１次）放射器３３、３４の距離が離れ、配線３６、３７が長くなり損失が増大する。通信において、配線が長くなると配線の電気抵抗、電磁波の漏えい等によって、信号損失が大きくなり、信号利得が低下する。レンズを大型化しても、高利得化できるレンズアンテナ装置が求められており、特に、その配線による損失を改善させたレンズアンテナ装置が求められている。

本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記の目的を達成する。
本発明の目的は、配線による損失を改善させたレンズアンテナ装置を提供する。
本発明の他の目的は、レンズアンテナを大型化しても、配線による損失を改善することができるレンズアンテナ装置を提供する。

本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明の発明１のレンズアンテナ装置は、
第１誘電体レンズ及び第２誘電体レンズ、
前記第１誘電体レンズ及び前記第２誘電体レンズの背部にそれぞれ設けられた送信又は受信用の第１放射手段と第２放射手段、及び、
前記第１放射手段と前記第２放射手段と第１配線と第２配線でそれぞれ接続され、前記第１放射手段と前記第２放射手段を制御するための制御部からなるレンズアンテナ装置において、
前記第１放射手段から放射された電磁波が反射して前記第１誘電体レンズに入射、及び、前記第１誘電体レンズを透過した電磁波が反射して前記第１放射手段に入射するために、前記第１誘電体レンズの前記背部に配置されている第１反射板、及び、
前記第２放射手段から放射された電磁波が反射して前記第２誘電体レンズに入射、及び、前記第２誘電体レンズを透過した電磁波が反射して前記第２放射手段に入射するために、前記第２誘電体レンズの前記背部に配置されている第２反射板
を備えたことを特徴とする。

本発明の発明２のレンズアンテナ装置は、発明１において、前記第１放射手段と前記第２放射手段が隣接して配置されていることを特徴とする。

本発明の発明３のレンズアンテナ装置は、発明２において、前記第１放射手段と前記第２放射手段が隣接して直線上で逆向きに配置されていることを特徴とする。

本発明の発明４のレンズアンテナ装置は、発明１乃至３において、前記第１反射板及び前記第２反射板は、導電体からなることを特徴とする。

本発明の発明５のレンズアンテナ装置は、発明１乃至３において、前記制御部は、前記第１放射手段と前記第２放射手段に隣接して配置されていることを特徴とする。

本発明によると、次の効果が奏される。本発明のレンズアンテナ装置は、レンズと所定の角度を有する反射板を用いて、放射器から放射された電磁波をレンズに入射させる構造とすることで、放射器とＩＣチップとの配線距離を短くすることができた。これにより、レンズアンテナ装置が高利得になり、コンパクトな構造にすることができた。

図１は、本発明の第１の実施の形態のレンズアンテナ装置の概要を示す概念図である。 図２は、従来のレンズアンテナ装置の概要を示す説明図である。

本発明の第１の実施の形態のレンズアンテナ装置１の概要について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態のレンズアンテナ装置１の概要を図示したものである。レンズアンテナ装置１は、レンズ２、レンズ３、反射板４、反射板５、放射器６、放射器７、制御器８等からなる。

レンズアンテナ装置１は、物体の遠隔検知、無線通信等に利用される放射手段と受信手段からなる装置である。ここで、放射手段から放射された電磁波が対象物に反射して戻ってきた電磁波を受信手段で検知して、制御器８へ送信し、最終的に、制御器８で信号を処理する。レンズ２とレンズ３は、電磁波を収束させる（集光する）ためのレンズである。言い換えると、レンズ２とレンズ３は、電波ビームを収束するためのものである。

レンズ２とレンズ３は、これに限定されないが誘電体からなるレンズ（誘電体レンズ）である。誘電体レンズは、樹脂、有機材、ガラス、無機材のいずれかによって加工された誘電体レンズであり、加工しやすい材料であるポリスチレン樹脂等のポリオレフィン系の合成樹脂を主体とするものを利用すると良い。誘電体レンズの誘電体は、電気伝導性を有しないものである。

レンズ２とレンズ３の誘電体レンズは、その形状は限定されないが、楕円形状、半球面レンズ等が利用できる。図１の例では、半球面レンズを利用している。放射器６と放射器７は、基本的に、指向性アンテナである。アンテナは電磁波を放射する放射手段として、そして、電磁波を受信する受信手段として、同一構造のものを利用することができるので、本例では、電磁波の送受信にかかわらず、「放射器」として記載する。

放射器６と放射器７は、指向性アンテナとして広く使用されているホーンアンテナであることが好ましいが、パッチアンテナ等も利用できる。放射器６と放射器７は、近距離の遠隔検知、無線通信等に小型放射器を利用する。反射板４と反射板５は、放射器６と放射器７から放射される電磁波を反射させてレンズ２とレンズ３へ、又は、レンズ２とレンズ３を通った電磁波を反射させて放射器６と放射器７に入射させるためのものである。

図中、電磁波を破線でその概要を図示している。制御器８は、放射器６と放射器７に、配線９と配線１０で接続されており、放射器６と放射器７へ信号を送信又は、放射器６と放射器７から受信信号を受信する。放射器６と放射器７の放射方向の前方に、そしてレンズ２とレンズ３の後方（背部）に、反射板４と反射板５がそれぞれ設置されている。レンズ２とレンズ３は、同一方向を向いており、言い換えると、レンズ２とレンズ３には平行に電磁波が入射し透過するように設置されている。

放射器６と放射器７は、図１図示したように、隣接して直線状に配置されており、それぞれの放射口は逆向きに配置されている。そのため、放射器６と放射器７は、電磁波を逆方向に放射するようになる。放射器６は電磁波を放射、放射器７は電磁波を受信するので、放射器６が送信する電磁波の伝番方向と、放射器７が受信する電磁波の伝番方向は逆向きになる。レンズアンテナ装置１の放射手段は、レンズ２、反射板４及び放射器６からなる。レンズアンテナ装置１の受信手段は、レンズ３、反射板５及び放射器７からなる。

制御器８は配線９を介して放射するための信号を放射手段へ、言い換えると放射器６へ送信する。レンズ２とレンズ３は基本的に同じ構造であり、送信用にも受信用にも利用できる。同様に、反射板４と反射板５も、放射器６と放射器７も、は同じ構造であり、送信用にも受信用にも利用できる。上記の例では、制御器８の放射された電磁波が放射器６、反射板４、レンズ２を介して放射されており、外部からの電磁波がレンズ３、反射板５及び放射器７を介して受信され、制御器８に入力される。

このようにレンズアンテナ装置１の構成部品は、制御器８以外が同じ構造の一対の部品なので、送信手段として利用していた放射器６、反射板４及びレンズ２を受信手段として利用することができる。同様に、受信手段として利用していたレンズ３、反射板５及び放射器７を送信手段として利用することができる。

このように反射板４、５を利用すると、アンテナ４，５を大きくし、放射器６と放射器７が制御器８と接続する配線９、１０を短くすることができる。よって、レンズアンテナ装置１は高利得化を図ることができる。言い換えると、レンズを大型化しても、配線による損失が少なくでき、アンテナレンズ装置１の高利得化が図れる。

反射板４，５は少なくとも反射面が導体からなる。例えば、反射板４，５は、アルミニウム等の金属、表面が金属で覆われたプラスチック等からなる。放射器６（又は放射器７）の放射周波数は、これに限定しないが、ミリ波の周波数帯域を利用することができる。

放射器６（又は放射器７）として利用するホーンアンテナは、断面形状が略矩形状や略円形状の開口部を有することが好ましい。また、放射器６（又は放射器７）は、導波管に誘電体ロッドを装着した誘電体ロッドアンテナを利用することができる。

本発明は、小型アンテナを利用する分野、例えば、無線通信、遠隔検知等の分野に利用すると良い。

１…レンズアンテナ装置
２，３，３１，３２…レンズ
４，５…反射板
６，７，３３，３４…放射器
８…制御器
９，１０，３６，３７…配線
３５…ＩＣチップ

Claims (5)

1. 第１誘電体レンズ及び第２誘電体レンズ、
   前記第１誘電体レンズ及び前記第２誘電体レンズの背部にそれぞれ設けられた送信又は受信用の第１放射手段と第２放射手段、及び、
   前記第１放射手段と前記第２放射手段と第１配線と第２配線でそれぞれ接続され、前記第１放射手段と前記第２放射手段を制御するための制御部からなるレンズアンテナ装置において、
   前記第１放射手段から放射された電磁波が反射して前記第１誘電体レンズに入射、及び、前記第１誘電体レンズを透過した電磁波が反射して前記第１放射手段に入射するために、前記第１誘電体レンズの前記背部に配置されている第１反射板、及び、
   前記第２放射手段から放射された電磁波が反射して前記第２誘電体レンズに入射、及び、前記第２誘電体レンズを透過した電磁波が反射して前記第２放射手段に入射するために、前記第２誘電体レンズの前記背部に配置されている第２反射板
   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１に記載のレンズアンテナ装置において、
   前記第１放射手段と前記第２放射手段が隣接して配置されている
   ことを特徴とするレンズアンテナ装置。
3. 請求項２に記載のレンズアンテナ装置において、
   前記第１放射手段と前記第２放射手段が隣接して直線上で逆向きに配置されている
   ことを特徴とするレンズアンテナ装置。
4. 請求項１乃至３に記載のレンズアンテナ装置において、
   前記第１反射板及び前記第２反射板は、導電体からなる
   ことを特徴とするレンズアンテナ装置。
5. 請求項１乃至３に記載のレンズアンテナ装置において、
   前記制御部は、前記第１放射手段と前記第２放射手段に隣接して配置されている
   ことを特徴とするレンズアンテナ装置。

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