JP3422268B2 - 誘電体レンズアンテナおよびそれを用いた無線装置 - Google Patents
誘電体レンズアンテナおよびそれを用いた無線装置Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
- H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
- H01Q15/08—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism formed of solid dielectric material
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
- H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
- H01Q19/062—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens for focusing
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
- H01Q19/08—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens for modifying the radiation pattern of a radiating horn in which it is located
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体レンズアン
テナおよびそれを用いた無線装置、特に自動車衝突防止
用レーダーなどのマイクロ波、ミリ波帯の無線装置で用
いられる誘電体レンズアンテナおよびそれを用いた無線
装置に関する。
テナおよびそれを用いた無線装置、特に自動車衝突防止
用レーダーなどのマイクロ波、ミリ波帯の無線装置で用
いられる誘電体レンズアンテナおよびそれを用いた無線
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車衝突防止用レーダーなどの無線装
置においては、電波の指向性を制御するための１つの手
段として誘電体レンズアンテナが用いられる。図６に、
従来の誘電体レンズアンテナの断面図を示す。図６に示
した誘電体レンズアンテナは、特開平６−６１２８号広
報にその詳細が開示されている。
置においては、電波の指向性を制御するための１つの手
段として誘電体レンズアンテナが用いられる。図６に、
従来の誘電体レンズアンテナの断面図を示す。図６に示
した誘電体レンズアンテナは、特開平６−６１２８号広
報にその詳細が開示されている。
【０００３】図６において、誘電体レンズアンテナ１
は、略円盤状の誘電体レンズ２と、一次放射器３と、誘
電体レンズ２と一次放射器３との間に設けられた誘電体
レンズ２より誘電率の低い誘電体部材４から構成されて
いる。ここで、一次放射器３は誘電体レンズ２の後側焦
点位置に配置されている。また、誘電体部材４は一次放
射器３を頂点とし、誘電体レンズ２を底面とする略円錐
状に形成されており、その誘電率は均一となっている。
さらに、誘電体レンズ２と一次放射器３は誘電体部材４
によって互いに接続、固定されている。
は、略円盤状の誘電体レンズ２と、一次放射器３と、誘
電体レンズ２と一次放射器３との間に設けられた誘電体
レンズ２より誘電率の低い誘電体部材４から構成されて
いる。ここで、一次放射器３は誘電体レンズ２の後側焦
点位置に配置されている。また、誘電体部材４は一次放
射器３を頂点とし、誘電体レンズ２を底面とする略円錐
状に形成されており、その誘電率は均一となっている。
さらに、誘電体レンズ２と一次放射器３は誘電体部材４
によって互いに接続、固定されている。
【０００４】このように構成された誘電体レンズアンテ
ナ１においては、誘電体レンズ２の厚みを薄くでき、誘
電体レンズ２を一次放射器３に対して一定の位置に保持
するホルダーが不要になる。
ナ１においては、誘電体レンズ２の厚みを薄くでき、誘
電体レンズ２を一次放射器３に対して一定の位置に保持
するホルダーが不要になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
誘電体レンズアンテナにおいて、さらに薄型化を図るた
めには、誘電体レンズの誘電率を高くして誘電体レンズ
を薄くしたり、誘電体レンズの後側焦点距離を短くして
誘電体レンズから一次放射器までの距離を短くしたり、
あるいは誘電体部材の誘電率を高くして一次放射器と誘
電体レンズとの間隔を短くしたりする方法が考えられ
る。
誘電体レンズアンテナにおいて、さらに薄型化を図るた
めには、誘電体レンズの誘電率を高くして誘電体レンズ
を薄くしたり、誘電体レンズの後側焦点距離を短くして
誘電体レンズから一次放射器までの距離を短くしたり、
あるいは誘電体部材の誘電率を高くして一次放射器と誘
電体レンズとの間隔を短くしたりする方法が考えられ
る。
【０００６】
【０００７】また、誘電体レンズの後側焦点距離を短く
するためには、誘電体レンズの厚みを厚くする必要があ
り、誘電体レンズアンテナがトータルとして薄くならな
いという問題がある。さらには、誘電体レンズを作るた
めの材料の熱収縮が大きいために、誘電体レンズが厚く
なると射出成形で寸法精度が出せないという問題もあ
る。
するためには、誘電体レンズの厚みを厚くする必要があ
り、誘電体レンズアンテナがトータルとして薄くならな
いという問題がある。さらには、誘電体レンズを作るた
めの材料の熱収縮が大きいために、誘電体レンズが厚く
なると射出成形で寸法精度が出せないという問題もあ
る。
【０００８】また、誘電体部材の誘電率を高くする方法
では、一次放射器から誘電体レンズまでの経路による位
相のずれが生じ（大きくなり）、誘電体レンズアンテナ
として正常に動作しないという問題がある。
では、一次放射器から誘電体レンズまでの経路による位
相のずれが生じ（大きくなり）、誘電体レンズアンテナ
として正常に動作しないという問題がある。
【０００９】本発明は上記の問題点を解決することを目
的とするもので、薄型化でき、効率の高い誘電体レンズ
アンテナおよびそれを用いた無線装置を提供する。
的とするもので、薄型化でき、効率の高い誘電体レンズ
アンテナおよびそれを用いた無線装置を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の誘電体レンズアンテナは、誘電体レンズ
と、一次放射器と、前記誘電体レンズと前記一次放射器
との間に設けられた誘電体部材とを備え、前記誘電体部
材の誘電率を不均一に分布させて構成し、前記誘電体部
材の誘電率を不均一に分布させた構成は、前記誘電体部
材を、前記誘電体レンズを底面とし前記一次放射器を頂
点とする略円錐状に形成するとともに、前記誘電体レン
ズの中心と前記一次放射器を通る線を中心として、前記
誘電体レンズの径方向に向かって誘電率を低下させて構
成し、かつ前記誘電体レンズの中央と前記一次放射器を
結ぶ直線を基準として、前記一次放射器から前記誘電体
レンズの径方向を望む角度で、前記誘電体部材の誘電率
を均一に分布させたことを特徴とする。
に、本発明の誘電体レンズアンテナは、誘電体レンズ
と、一次放射器と、前記誘電体レンズと前記一次放射器
との間に設けられた誘電体部材とを備え、前記誘電体部
材の誘電率を不均一に分布させて構成し、前記誘電体部
材の誘電率を不均一に分布させた構成は、前記誘電体部
材を、前記誘電体レンズを底面とし前記一次放射器を頂
点とする略円錐状に形成するとともに、前記誘電体レン
ズの中心と前記一次放射器を通る線を中心として、前記
誘電体レンズの径方向に向かって誘電率を低下させて構
成し、かつ前記誘電体レンズの中央と前記一次放射器を
結ぶ直線を基準として、前記一次放射器から前記誘電体
レンズの径方向を望む角度で、前記誘電体部材の誘電率
を均一に分布させたことを特徴とする。
【００１１】
【００１２】
【００１３】また、本発明の誘電体レンズアンテナは、
前記誘電体部材を、前記誘電体レンズの径方向に向かっ
て誘電率が段階的に低下する略円錐状の複数の層から構
成したことを特徴とする。
前記誘電体部材を、前記誘電体レンズの径方向に向かっ
て誘電率が段階的に低下する略円錐状の複数の層から構
成したことを特徴とする。
【００１４】また、本発明の誘電体レンズアンテナは、
前記誘電体部材の、等しい誘電率で構成されている各層
の最大部分の厚みを、前記各層における使用周波数の電
波の実効波長以下にしたことを特徴とする。
前記誘電体部材の、等しい誘電率で構成されている各層
の最大部分の厚みを、前記各層における使用周波数の電
波の実効波長以下にしたことを特徴とする。
【００１５】また、本発明の無線装置は上記のいずれか
に記載の誘電体レンズアンテナを用いたことを特徴とす
る。
に記載の誘電体レンズアンテナを用いたことを特徴とす
る。
【００１６】このように構成することにより、本発明の
誘電体レンズアンテナにおいては、効率を高くし、薄型
化を図ることができる。
誘電体レンズアンテナにおいては、効率を高くし、薄型
化を図ることができる。
【００１７】また、本発明の無線装置においては、誘電
体レンズアンテナの薄型化によって小型化が可能にな
る。
体レンズアンテナの薄型化によって小型化が可能にな
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１に、本発明の誘電体レンズア
ンテナの一実施例の断面図を示す。図１において、図６
と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説
明を省略する。
ンテナの一実施例の断面図を示す。図１において、図６
と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説
明を省略する。
【００１９】図１において、誘電体レンズアンテナ１０
の誘電体レンズ２と一次放射器３との間に設けられた誘
電体部材１１は、一次放射器３を頂点とし、誘電体レン
ズ２を底面とする略円錐状に形成されており、その誘電
率は不均一に分布している。より具体的には、誘電体部
材１１は、誘電率が誘電体レンズ２の中心と一次放射器
３を通る線を中心として、誘電体レンズ２の径方向（中
心から外側に向かう方向）に向かって略円錐状に連続的
に低下して構成されている。
の誘電体レンズ２と一次放射器３との間に設けられた誘
電体部材１１は、一次放射器３を頂点とし、誘電体レン
ズ２を底面とする略円錐状に形成されており、その誘電
率は不均一に分布している。より具体的には、誘電体部
材１１は、誘電率が誘電体レンズ２の中心と一次放射器
３を通る線を中心として、誘電体レンズ２の径方向（中
心から外側に向かう方向）に向かって略円錐状に連続的
に低下して構成されている。
【００２０】このときの誘電体部材１１の誘電率の変化
は、例えば次の（１）式に従って決定する。 ε（θ）＝（εｏ＋ｔａｎ2（θ））×ｃｏｓ2（θ） （１） （１）式において、εｏは誘電体部材１１の中央部の比
誘電率を、θは誘電体レンズ２の中央と一次放射器３を
結ぶ直線を基準として、一次放射器３から誘電体レンズ
２の径方向を望む角度（０＜＝θ＜π／２、以後一次放
射角と呼ぶ）を、ε（θ）は一次放射角θを変数とする
比誘電率の関数を示している。すなわち、誘電体部材１
１の各部の比誘電率は中央部の比誘電率εｏを初期値と
して決定することにより、（１）式から自動的に決まる
ことになる。
は、例えば次の（１）式に従って決定する。 ε（θ）＝（εｏ＋ｔａｎ2（θ））×ｃｏｓ2（θ） （１） （１）式において、εｏは誘電体部材１１の中央部の比
誘電率を、θは誘電体レンズ２の中央と一次放射器３を
結ぶ直線を基準として、一次放射器３から誘電体レンズ
２の径方向を望む角度（０＜＝θ＜π／２、以後一次放
射角と呼ぶ）を、ε（θ）は一次放射角θを変数とする
比誘電率の関数を示している。すなわち、誘電体部材１
１の各部の比誘電率は中央部の比誘電率εｏを初期値と
して決定することにより、（１）式から自動的に決まる
ことになる。
【００２１】次に、図２を用いて本発明の誘電体レンズ
アンテナの動作を説明する。図２においては、図１に示
した本発明の誘電体レンズアンテナ１０に加えて、誘電
体部材１１が無い場合の誘電体レンズ２の後側焦点位置
に配置された一次放射器３’を示している。
アンテナの動作を説明する。図２においては、図１に示
した本発明の誘電体レンズアンテナ１０に加えて、誘電
体部材１１が無い場合の誘電体レンズ２の後側焦点位置
に配置された一次放射器３’を示している。
【００２２】一般に、誘電体の中を通る電波は、誘電率
が低いときには速く進み、誘電率が高いときにはゆっく
り進む。これは言い換えれば誘電率が低いときには小さ
な、誘電率が大きな時には大きな波長短縮効果があるこ
とを意味する。また、誘電率の高いところと低いところ
が存在する場合には誘電率の高い方へ曲がるという性質
がある。
が低いときには速く進み、誘電率が高いときにはゆっく
り進む。これは言い換えれば誘電率が低いときには小さ
な、誘電率が大きな時には大きな波長短縮効果があるこ
とを意味する。また、誘電率の高いところと低いところ
が存在する場合には誘電率の高い方へ曲がるという性質
がある。
【００２３】そのため、誘電体レンズアンテナ１０にお
いて、一次放射器３から一次放射角αで放射された電波
ｒ１は、誘電体部材１１の中を進むに従って誘電率の高
い方、すなわち円錐の中心方向へと曲がりながら進み、
誘電体レンズ２の裏面に達する。一方、一次放射器３か
ら一次放射角０度で放射された電波ｒ２はそのまま直進
して誘電体レンズ２の中心部に達する。この２つの電波
ｒ１とｒ２を比較すると、一次放射器３から誘電体レン
ズ２の裏面に達するまでの距離は電波ｒ１の方が電波ｒ
２より長い。しかしながら、電波ｒ１は電波ｒ２より誘
電率の低いところを通るため、速く進む。その結果、電
波ｒ１と電波ｒ２は、いずれもほぼ同時に誘電体レンズ
アンテナ２の裏面に到達する。この点はその他の一次放
射角で放射された電波に対しても同様で、これより一次
放射器３から誘電体レンズ２までの経路による電波の位
相のずれを無くすることができる。これは誘電体部材の
誘電率が一様な場合にはあり得ない効果である。
いて、一次放射器３から一次放射角αで放射された電波
ｒ１は、誘電体部材１１の中を進むに従って誘電率の高
い方、すなわち円錐の中心方向へと曲がりながら進み、
誘電体レンズ２の裏面に達する。一方、一次放射器３か
ら一次放射角０度で放射された電波ｒ２はそのまま直進
して誘電体レンズ２の中心部に達する。この２つの電波
ｒ１とｒ２を比較すると、一次放射器３から誘電体レン
ズ２の裏面に達するまでの距離は電波ｒ１の方が電波ｒ
２より長い。しかしながら、電波ｒ１は電波ｒ２より誘
電率の低いところを通るため、速く進む。その結果、電
波ｒ１と電波ｒ２は、いずれもほぼ同時に誘電体レンズ
アンテナ２の裏面に到達する。この点はその他の一次放
射角で放射された電波に対しても同様で、これより一次
放射器３から誘電体レンズ２までの経路による電波の位
相のずれを無くすることができる。これは誘電体部材の
誘電率が一様な場合にはあり得ない効果である。
【００２４】また、一次放射器３から放射された電波が
誘電率の高い方、すなわち円錐の中心方向へと曲がりな
がら進むために、電波を誘電体レンズ２の中心方向へと
集中させることができ、誘電体レンズ２の外側に漏れて
しまう電波を少なくして効率を高くすることができる。
誘電率の高い方、すなわち円錐の中心方向へと曲がりな
がら進むために、電波を誘電体レンズ２の中心方向へと
集中させることができ、誘電体レンズ２の外側に漏れて
しまう電波を少なくして効率を高くすることができる。
【００２５】また、一次放射器３から放射された電波が
誘電体部材１１の中を進むので、一次放射器３から誘電
体レンズ２までの間の電波の波数は、誘電体部材１１が
存在しない状態において一次放射器３を誘電体レンズ２
からさらに離して３’の位置に配置したときと同じにな
る。これは逆に言えば誘電体部材１１を設けることによ
って一次放射器３と誘電体レンズ２との距離を短くする
（後側焦点距離を短くする）ことができるということで
あり、誘電体レンズアンテナ１０を薄型化できることを
意味している。
誘電体部材１１の中を進むので、一次放射器３から誘電
体レンズ２までの間の電波の波数は、誘電体部材１１が
存在しない状態において一次放射器３を誘電体レンズ２
からさらに離して３’の位置に配置したときと同じにな
る。これは逆に言えば誘電体部材１１を設けることによ
って一次放射器３と誘電体レンズ２との距離を短くする
（後側焦点距離を短くする）ことができるということで
あり、誘電体レンズアンテナ１０を薄型化できることを
意味している。
【００２６】また、誘電体部材１１によって後側焦点距
離を短くすることができるため、レンズ２自身を厚くす
ることによって後側焦点距離を短くするという必要が無
くなり、逆に誘電体レンズ２をさらに薄くして効率の向
上を図ることもできる。
離を短くすることができるため、レンズ２自身を厚くす
ることによって後側焦点距離を短くするという必要が無
くなり、逆に誘電体レンズ２をさらに薄くして効率の向
上を図ることもできる。
【００２７】また、誘電体部材１１の誘電率の傾斜度合
いをコントロールすることによって電波の経路による位
相のコントロールができる。これによって誘電体レンズ
アンテナの設計の自由度を増やすことができる。
いをコントロールすることによって電波の経路による位
相のコントロールができる。これによって誘電体レンズ
アンテナの設計の自由度を増やすことができる。
【００２８】また、誘電体部材１１の誘電率を各種変更
することによって、誘電体部材１１の無い状態で設計し
た一定の厚みと後側焦点距離を持つ誘電体レンズをその
まま用いてさまざまな厚みの誘電体レンズアンテナを設
計することができる。そして、これによって誘電体レン
ズを作成する金型を共通化することができるため、誘電
体レンズアンテナの開発期間の短縮および設計・製造コ
ストの削減を図ることができる。
することによって、誘電体部材１１の無い状態で設計し
た一定の厚みと後側焦点距離を持つ誘電体レンズをその
まま用いてさまざまな厚みの誘電体レンズアンテナを設
計することができる。そして、これによって誘電体レン
ズを作成する金型を共通化することができるため、誘電
体レンズアンテナの開発期間の短縮および設計・製造コ
ストの削減を図ることができる。
【００２９】ここで、図３に示すフローチャートを用い
て、本発明の誘電体レンズアンテナの設計方法について
説明する。
て、本発明の誘電体レンズアンテナの設計方法について
説明する。
【００３０】まず、第１の手順として、誘電体レンズア
ンテナの仕様を元に、誘電体レンズの材料常数、開口
径、後側焦点距離、および誘電体レンズとの間隔などの
一次放射器の条件を決定する。次に、第２の手順とし
て、誘電体レンズと一次放射器の間隔から誘電体部材の
中心部の誘電率εｏを決定し、さらに例えば（１）式を
用いて誘電体部材の一次放射角θごとの誘電率を計算す
る。次に、第３の手順として、一次放射器から誘電体レ
ンズまでの誘電体部材内におけるレイパス（電波の通り
道）を計算する。次に、第４の手順として、誘電体レン
ズの裏面への電波の入射角を計算する。次に、第５の手
順として、スネルの法則と位相条件とエネルギー保存の
法則を用いて連立方程式を立てて誘電体レンズの形状を
計算する。このとき、誘電体レンズの形状としては複数
の解が考えられるので、そのうちの１つを選択する。最
後に、第６の手順として、第５の手順で求めたレンズの
形状が最適かどうかを判断し、必要に応じて第５の手順
を繰り返して誘電体レンズの別の形状を計算させ、誘電
体レンズアンテナとして最適な誘電体レンズの形状を得
る。このようにして、薄くて効率の良い誘電体レンズア
ンテナを設計することができる。
ンテナの仕様を元に、誘電体レンズの材料常数、開口
径、後側焦点距離、および誘電体レンズとの間隔などの
一次放射器の条件を決定する。次に、第２の手順とし
て、誘電体レンズと一次放射器の間隔から誘電体部材の
中心部の誘電率εｏを決定し、さらに例えば（１）式を
用いて誘電体部材の一次放射角θごとの誘電率を計算す
る。次に、第３の手順として、一次放射器から誘電体レ
ンズまでの誘電体部材内におけるレイパス（電波の通り
道）を計算する。次に、第４の手順として、誘電体レン
ズの裏面への電波の入射角を計算する。次に、第５の手
順として、スネルの法則と位相条件とエネルギー保存の
法則を用いて連立方程式を立てて誘電体レンズの形状を
計算する。このとき、誘電体レンズの形状としては複数
の解が考えられるので、そのうちの１つを選択する。最
後に、第６の手順として、第５の手順で求めたレンズの
形状が最適かどうかを判断し、必要に応じて第５の手順
を繰り返して誘電体レンズの別の形状を計算させ、誘電
体レンズアンテナとして最適な誘電体レンズの形状を得
る。このようにして、薄くて効率の良い誘電体レンズア
ンテナを設計することができる。
【００３１】なお、誘電体部材の誘電率は必ずしも
（１）式を用いて計算する必要はなく、別の方法で計算
して決定しても構わないものである。
（１）式を用いて計算する必要はなく、別の方法で計算
して決定しても構わないものである。
【００３２】図４に、本発明の誘電体レンズアンテナの
別の実施例の断面図を示す。図４において、図１と同一
もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省
略する。
別の実施例の断面図を示す。図４において、図１と同一
もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省
略する。
【００３３】図４において、誘電体レンズアンテナ２０
の誘電体レンズ２と一次放射器３との間に設けられた誘
電体部材２１は、一次放射器３を頂点とし、誘電体レン
ズ２を底面とする略円錐状に互いに誘電率の異なる５つ
の層２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅを重ねて
形成されている。より具体的には、誘電体部材２１は、
５つの層の誘電率が誘電体レンズ２の中心と一次放射器
３を通る線を中心として、誘電体レンズ２の径方向に向
かって段階的に低下し、さらに、誘電体部材２１の各層
の最大部分の厚み、具体的には誘電体レンズ２と接する
部分の厚みが、その層における使用周波数の電波の実効
波長以下になるように設定されている。これによって誘
電体部材２１においては、擬似的な誘電率の傾斜構造が
実現されている。
の誘電体レンズ２と一次放射器３との間に設けられた誘
電体部材２１は、一次放射器３を頂点とし、誘電体レン
ズ２を底面とする略円錐状に互いに誘電率の異なる５つ
の層２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅを重ねて
形成されている。より具体的には、誘電体部材２１は、
５つの層の誘電率が誘電体レンズ２の中心と一次放射器
３を通る線を中心として、誘電体レンズ２の径方向に向
かって段階的に低下し、さらに、誘電体部材２１の各層
の最大部分の厚み、具体的には誘電体レンズ２と接する
部分の厚みが、その層における使用周波数の電波の実効
波長以下になるように設定されている。これによって誘
電体部材２１においては、擬似的な誘電率の傾斜構造が
実現されている。
【００３４】このときの誘電体部材２１の各層の誘電率
は、（１）式を使って、たとえば各層の最大あるいは最
小あるいはその中間の一次放射角θを入れて計算して求
めればよい。また、別の方法で求めても構わない。
は、（１）式を使って、たとえば各層の最大あるいは最
小あるいはその中間の一次放射角θを入れて計算して求
めればよい。また、別の方法で求めても構わない。
【００３５】このように構成された誘電体レンズアンテ
ナ２０においては、誘電体部材２１の各層の厚みをその
層における使用周波数の電波の実効波長以下に設定して
いるために、誘電体部材２１が図１に示した誘電体レン
ズアンテナ１０における誘電体部材１１とほぼ等価に作
用し、誘電体レンズアンテナ１０の場合と同様の作用効
果を奏するとともに、誘電体部材２１を誘電体部材１１
に比べて比較的容易に作ることができるために、誘電体
レンズアンテナ２０のコストダウンを図ることができ
る。
ナ２０においては、誘電体部材２１の各層の厚みをその
層における使用周波数の電波の実効波長以下に設定して
いるために、誘電体部材２１が図１に示した誘電体レン
ズアンテナ１０における誘電体部材１１とほぼ等価に作
用し、誘電体レンズアンテナ１０の場合と同様の作用効
果を奏するとともに、誘電体部材２１を誘電体部材１１
に比べて比較的容易に作ることができるために、誘電体
レンズアンテナ２０のコストダウンを図ることができ
る。
【００３６】図５に、本発明の無線装置の一実施例とし
て、車載用のミリ波レーダー装置のブロック図を示す。
図５において、ミリ波レーダー装置３０は、図１に示し
た誘電体レンズアンテナ１０、オシレータ３１、サーキ
ュレータ３２および３３、ミキサ３４、カプラ３５およ
び３６、信号処理回路３７で構成されている。
て、車載用のミリ波レーダー装置のブロック図を示す。
図５において、ミリ波レーダー装置３０は、図１に示し
た誘電体レンズアンテナ１０、オシレータ３１、サーキ
ュレータ３２および３３、ミキサ３４、カプラ３５およ
び３６、信号処理回路３７で構成されている。
【００３７】このように構成されたミリ波レーダー装置
３０において、オシレータ３１はガンダイオードを発振
素子として、バラクタダイオードを発振周波数制御用素
子として用いて電圧制御発振器を構成している。オシレ
ータ３１にはガンダイオードに対するバイアス電圧と周
波数変調用の制御電圧ＶＣＯ−ＩＮが入力され、その出
力である送信信号は、反射信号が戻らないようにサーキ
ュレータ３２を介してカプラ３５に入力される。カプラ
３５は送信信号を２つに分けて、一方をサーキュレータ
３３を介して誘電体レンズアンテナ１０から放射させ、
他方をローカル信号としてサーキュレータ３６に入力す
る。一方、誘電体レンズアンテナ１０で受信した信号
は、サーキュレータ３３を介してカプラ３６に入力され
る。カプラ３６は３ｄＢ方向性結合器として動作し、カ
プラ３５から送られてきたローカル信号を９０度の位相
差を持って等分してミキサ３４の２つのミキサ回路に入
力するとともに、サーキュレータ３３から送られてきた
受信信号も９０度の位相差を持って等分してミキサ３４
の２つのミキサ回路に入力する。ミキサ３４はローカル
信号と受信信号が混合された２つの信号を平衡形ミキシ
ングして、受信信号とローカル信号との周波数差成分を
ＩＦ信号として出力し、信号処理回路３７に入力する。
３０において、オシレータ３１はガンダイオードを発振
素子として、バラクタダイオードを発振周波数制御用素
子として用いて電圧制御発振器を構成している。オシレ
ータ３１にはガンダイオードに対するバイアス電圧と周
波数変調用の制御電圧ＶＣＯ−ＩＮが入力され、その出
力である送信信号は、反射信号が戻らないようにサーキ
ュレータ３２を介してカプラ３５に入力される。カプラ
３５は送信信号を２つに分けて、一方をサーキュレータ
３３を介して誘電体レンズアンテナ１０から放射させ、
他方をローカル信号としてサーキュレータ３６に入力す
る。一方、誘電体レンズアンテナ１０で受信した信号
は、サーキュレータ３３を介してカプラ３６に入力され
る。カプラ３６は３ｄＢ方向性結合器として動作し、カ
プラ３５から送られてきたローカル信号を９０度の位相
差を持って等分してミキサ３４の２つのミキサ回路に入
力するとともに、サーキュレータ３３から送られてきた
受信信号も９０度の位相差を持って等分してミキサ３４
の２つのミキサ回路に入力する。ミキサ３４はローカル
信号と受信信号が混合された２つの信号を平衡形ミキシ
ングして、受信信号とローカル信号との周波数差成分を
ＩＦ信号として出力し、信号処理回路３７に入力する。
【００３８】上記ミリ波レーダー装置３０は、たとえば
上記ＶＣＯ−ＩＮ信号として三角波信号を与えることに
より、信号処理回路７７でＩＦ信号から距離情報と相対
速度情報を求めることができる。従って、これを車載し
た場合に、他の車両までの相対距離と相対速度を測定す
ることが可能となる。しかも、本発明の誘電体レンズア
ンテナを用いることにより、誘電体レンズアンテナの薄
型化によってミリ波レーダー装置３６の小型化が可能と
なり車載が容易になる。また、誘電体レンズアンテナの
効率の向上により、ミリ波レーダー装置３０の他の部分
の設計が容易になり、コストダウンを図ることができ
る。
上記ＶＣＯ−ＩＮ信号として三角波信号を与えることに
より、信号処理回路７７でＩＦ信号から距離情報と相対
速度情報を求めることができる。従って、これを車載し
た場合に、他の車両までの相対距離と相対速度を測定す
ることが可能となる。しかも、本発明の誘電体レンズア
ンテナを用いることにより、誘電体レンズアンテナの薄
型化によってミリ波レーダー装置３６の小型化が可能と
なり車載が容易になる。また、誘電体レンズアンテナの
効率の向上により、ミリ波レーダー装置３０の他の部分
の設計が容易になり、コストダウンを図ることができ
る。
【００３９】
【発明の効果】本発明の誘電体レンズアンテナによれ
ば、誘電体レンズと、一次放射器と、誘電体レンズと一
次放射器との間に設けられた誘電体部材とを備えてな
り、しかも誘電体部材を、誘電体レンズを底面とし一次
放射器を頂点とする略円錐状に形成するとともに、誘電
体レンズの中心と一次放射器を通る線を中心として、誘
電体レンズの径方向に向かって誘電率を低下させて構成
する。また、誘電体部材を、誘電体レンズの径方向に向
かって誘電率が段階的に低下する略円錐状の複数の層か
ら構成し、各層の厚みを各層における使用周波数の電波
の実効波長以下にする。これらの構成によって、誘電体
レンズアンテナの薄型化と効率の向上を図ることができ
る。
ば、誘電体レンズと、一次放射器と、誘電体レンズと一
次放射器との間に設けられた誘電体部材とを備えてな
り、しかも誘電体部材を、誘電体レンズを底面とし一次
放射器を頂点とする略円錐状に形成するとともに、誘電
体レンズの中心と一次放射器を通る線を中心として、誘
電体レンズの径方向に向かって誘電率を低下させて構成
する。また、誘電体部材を、誘電体レンズの径方向に向
かって誘電率が段階的に低下する略円錐状の複数の層か
ら構成し、各層の厚みを各層における使用周波数の電波
の実効波長以下にする。これらの構成によって、誘電体
レンズアンテナの薄型化と効率の向上を図ることができ
る。
【００４０】また、本発明の無線装置においては、本発
明の誘電体レンズアンテナを用いることによって、小型
化が可能となり車載が容易になる。また、誘電体レンズ
アンテナの効率の向上により、無線装置の他の部分の設
計が容易になり、コストダウンを図ることができる。
明の誘電体レンズアンテナを用いることによって、小型
化が可能となり車載が容易になる。また、誘電体レンズ
アンテナの効率の向上により、無線装置の他の部分の設
計が容易になり、コストダウンを図ることができる。
【図１】本発明の誘電体レンズアンテナの一実施例を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】図１の誘電体レンズアンテナにおける電波の経
路を示す断面図である。
路を示す断面図である。
【図３】本発明の誘電体レンズアンテナの設計方法を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
【図４】本発明の誘電体レンズアンテナの別の実施例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図５】本発明の無線装置の一実施例を示すブロック図
である。
である。
【図６】従来の誘電体レンズアンテナを示す断面図であ
る。
る。
２…誘電体レンズ
３、３’…一次放射器
１０、２０…誘電体レンズアンテナ
１１、２１…誘電体部材
３０…ミリ波レーダー装置
θ、α…一次放射角
ｒ１、ｒ２…電波の経路
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01Q 19/06
H01Q 15/08
Claims (4)
- 【請求項１】 誘電体レンズと、一次放射器と、前記誘
電体レンズと前記一次放射器との間に設けられた誘電体
部材とを備え、前記誘電体部材の誘電率を不均一に分布
させて構成し、 前記誘電体部材の誘電率を不均一に分布させた構成は、
前記誘電体部材を、前記誘電体レンズを底面とし前記一
次放射器を頂点とする略円錐状に形成するとともに、前
記誘電体レンズの中心と前記一次放射器を通る線を中心
として、前記誘電体レンズの径方向に向かって誘電率を
低下させて構成し、かつ前記誘電体レンズの中央と前記
一次放射器を結ぶ直線を基準として、前記一次放射器か
ら前記誘電体レンズの径方向を望む角度で、前記誘電体
部材の誘電率を均一に分布させたことを特徴とする誘電
体レンズアンテナ。 - 【請求項２】 前記誘電体部材を、前記誘電体レンズの
径方向に向かって誘電率が段階的に低下する略円錐状の
複数の層から構成したことを特徴とする、請求項１に記
載の誘電体レンズアンテナ。 - 【請求項３】 前記誘電体部材の、等しい誘電率で構成
されている各層の最大部分の厚みを、前記各層における
使用周波数の電波の実効波長以下にしたことを特徴とす
る、請求項２に記載の誘電体レンズアンテナ。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の誘
電体レンズアンテナを用いたことを特徴とする無線装
置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34305998A JP3422268B2 (ja) | 1998-12-02 | 1998-12-02 | 誘電体レンズアンテナおよびそれを用いた無線装置 |
| EP99123575A EP1006611B1 (en) | 1998-12-02 | 1999-11-26 | Dielectric lens antenna and radio device including the same |
| DE69940494T DE69940494D1 (de) | 1998-12-02 | 1999-11-26 | Dielektrische Linsenantenne und Funkgerät mit einer derartigen Antenne |
| US09/454,166 US6356246B1 (en) | 1998-12-02 | 1999-12-01 | Dielectric lens antenna and radio device including the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34305998A JP3422268B2 (ja) | 1998-12-02 | 1998-12-02 | 誘電体レンズアンテナおよびそれを用いた無線装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000174547A JP2000174547A (ja) | 2000-06-23 |
| JP3422268B2 true JP3422268B2 (ja) | 2003-06-30 |
Family
ID=18358628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34305998A Expired - Fee Related JP3422268B2 (ja) | 1998-12-02 | 1998-12-02 | 誘電体レンズアンテナおよびそれを用いた無線装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6356246B1 (ja) |
| EP (1) | EP1006611B1 (ja) |
| JP (1) | JP3422268B2 (ja) |
| DE (1) | DE69940494D1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH066128A (ja) * | 1992-06-19 | 1994-01-14 | Murata Mfg Co Ltd | 誘電体レンズアンテナおよびその製造方法 |
| JP3664094B2 (ja) * | 2000-10-18 | 2005-06-22 | 株式会社村田製作所 | 複合誘電体成形物、その製造方法、およびそれを用いたレンズアンテナ |
| JP2002217638A (ja) * | 2001-01-23 | 2002-08-02 | Mitsubishi Electric Corp | アンテナ装置 |
| JP3735663B2 (ja) * | 2001-03-06 | 2006-01-18 | 国土交通省国土技術政策総合研究所長 | 路面状況把握システム |
| US6721103B1 (en) * | 2002-09-30 | 2004-04-13 | Ems Technologies Canada Ltd. | Method for fabricating luneburg lenses |
| US6894652B2 (en) * | 2003-02-18 | 2005-05-17 | Harris Corporation | Dielectric lens with changeable focal length using fluidic dielectrics |
| JP2006033034A (ja) | 2004-07-12 | 2006-02-02 | Japan Aviation Electronics Industry Ltd | 電磁波送受信デバイス |
| US7301504B2 (en) | 2004-07-14 | 2007-11-27 | Ems Technologies, Inc. | Mechanical scanning feed assembly for a spherical lens antenna |
| EP1619753A1 (en) * | 2004-07-23 | 2006-01-25 | Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO | Double structure broadband leaky wave antenna |
| EP1619754A1 (en) | 2004-07-23 | 2006-01-25 | Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO | Broadband leaky wave antenna |
| WO2006018956A1 (ja) * | 2004-08-19 | 2006-02-23 | Electronic Navigation Research Institute, An Independent Administrative Institution | 誘電体レンズを用いた装置 |
| CN102447163B (zh) * | 2010-10-08 | 2013-08-07 | 中国移动通信集团设计院有限公司 | 一种宽频带双极化全向天线及馈电方法 |
| DE102013222963B4 (de) | 2012-11-12 | 2022-07-21 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Radarantenne |
| US10374316B2 (en) | 2016-10-21 | 2019-08-06 | At&T Intellectual Property I, L.P. | System and dielectric antenna with non-uniform dielectric |
| US10811767B2 (en) * | 2016-10-21 | 2020-10-20 | At&T Intellectual Property I, L.P. | System and dielectric antenna with convex dielectric radome |
| KR101938957B1 (ko) * | 2017-01-19 | 2019-01-16 | 국방과학연구소 | Rf파 집중 렌즈 제조방법 |
| KR101846775B1 (ko) * | 2017-02-27 | 2018-04-10 | 국방과학연구소 | Rf 평면파 렌즈 제조방법 |
| US10162040B1 (en) * | 2017-08-01 | 2018-12-25 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Ultra-wideband low-profile electronic support measure array |
| CN109088173A (zh) * | 2018-08-21 | 2018-12-25 | 电子科技大学 | 基于相控阵馈电的宽角扫描椭球介质透镜天线 |
| US11016574B2 (en) | 2018-10-31 | 2021-05-25 | Rogers Corporation | Millimeter-wave-radar-based electromagnetic apparatus |
| US10826196B1 (en) * | 2019-04-11 | 2020-11-03 | The Boeing Company | Dielectric lens antenna |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3312974A (en) * | 1964-07-17 | 1967-04-04 | Radiation Inc | Fresnel zone correcting antenna having a plurality of concentric spaced conical dielectric sections |
| JPS61163704A (ja) * | 1985-01-16 | 1986-07-24 | Junkosha Co Ltd | 誘電体線路 |
| US5047776A (en) * | 1990-06-27 | 1991-09-10 | Hughes Aircraft Company | Multibeam optical and electromagnetic hemispherical/spherical sensor |
| JPH066128A (ja) * | 1992-06-19 | 1994-01-14 | Murata Mfg Co Ltd | 誘電体レンズアンテナおよびその製造方法 |
| JP3257383B2 (ja) * | 1996-01-18 | 2002-02-18 | 株式会社村田製作所 | 誘電体レンズ装置 |
| JP3119176B2 (ja) * | 1996-10-23 | 2000-12-18 | 株式会社村田製作所 | 誘電体線路用アンテナ共用分配器および送受信装置 |
| JPH10145129A (ja) * | 1996-11-01 | 1998-05-29 | Honda Motor Co Ltd | アンテナ装置 |
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- 1998-12-02 JP JP34305998A patent/JP3422268B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-11-26 EP EP99123575A patent/EP1006611B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-11-26 DE DE69940494T patent/DE69940494D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-12-01 US US09/454,166 patent/US6356246B1/en not_active Expired - Fee Related
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